Les carcinomes épidermoïdes cutanés (CEC) sont des cancers invasifs du kératinocyte qui se développent suite à la subversion du système immunitaire. Une reprogrammation de l’immunité antitumorale par stimulation locale des cellules dendritiques (DC) et des macrophages pourrait être bénéfique. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse a été de comprendre l’hétérogénéité ontogénique, phénotypique et fonctionnelle de ces cellules immunitaires au cours de la carcinogenèse cutanée afin de développer des approches thérapeutiques les stimulant. Nous avons, d’abord, caractérisé les macrophages de la peau de souris et infiltrant les CEC chez l’homme. Nous avons identifié par cytométrie en flux spectrale une population de macrophages matures, autofluorescents et résidents de la peau de souris. Ces macrophages résidents présentent une polarisation fonctionnelle d’homéostasie et de réparation tissulaire. Dans les CEC humains, les macrophages autofluorescents semblent avoir les mêmes caractéristiques que leurs équivalents dans la peau de souris. Dans une seconde étude, nous avons mis en évidence que les DC associées aux tumeurs sont dysfonctionnelles. Une immunothérapie locale composée d’un agoniste de TLR9 et d’un anticorps bloquant la signalisation sous le récepteur à l’IL-10 induit la régression de tumeurs cutanées. Cette approche permet la reprogrammation fonctionnelle des DC et la génération de lymphocytes T CD8+ producteurs d’IFNγ, de TNFα et d’IL-17. Ces résultats mettent en évidence l’hétérogénéité fonctionnelle des cellules myéloïdes dans la peau et les CEC. Leur reprogrammation fonctionnelle permettrait le développement de nouvelles thérapeutiques contre les CEC chez l’homme. / Skin Squamous cell carcinoma (sSCC) are invasive keratinocyte tumor that develop after immune system subversion. The reprogrammation of anti-tumoral immunity using local stimulation of dendritic cells (DC) and macrophages could be useful. In this line, the aim of my thesis was to understand ontogenic, phenotypic and functional heterogeneity of these cell subsets along skin carcinogenesis to develop new immunotherapies. First, we characterized skin macrophage subsets in mouse and those infiltrating sSCC in human. Using spectral flow cytometry, we identified matured autofluorescent tissue-resident macrophages. These macrophages are anti-inflammatory polarized. In human sSCC, autofluorescent macrophages seem to have same properties that their mouse counterparts. In second study, we identified tumor-infiltrating DC with altered functions. We used a local immunotherapy composed by a TLR9 agonist and blocking antibody against α-chain of IL-10 receptor. This combination induced tumor regression through DC reprogrammation and IFNγ+, TNFα+ IL17A+ T CD8+ lymphocyte generation. These results highlight functional myeloid heterogeneity in skin and sSCC. Their reprogrammation could promote the development of immunotherapies against sSCC in human.

It is submitted in this thesis that the degree of activation or inhibition of macrophage function may differ in N. asteroides and N. brasiliensis infections with respect to release of plasminogen activator and of lysozyme The pattern of secretion of plasminogen activator and lysozyme in N. asteroides infections appears to differ in N. brasiliensis infection; and there is possibly a difference in the amount of lysozyme released by 2 day N. asteroides-activated macrophages and 2 day N. brasiliensis -activated macrophages. Strains of Nocardia organism did not influence macrophage morphology or ultrastructure. The study also shows the biochemical characteristics of plasminogen activator and lysozyme release, but not macrophage morphology and ultrastructure, are modified in the first 21 days of experimental Nocardia infections. There are three apparent mechanisms by which virulent strains of N. asteroides manage to survive within macrophages: (i) an ability to inhibit phagosome-lysozome fusion: (ii) alteration in the intraphagosomal pH: and (iii) alteration in the activity of the lysozomal enzyme acid-phosphatase. This study attempted to elucidate further the mechanisms enabling Nocardia organisms to persist and grow within macrophages. Reduced lysozyme release reflects diminished functional status of the macrophages of mice inoculated with N. asteroides or N. brasiliensis at certain times during infection. Reduced intracellular lysozyme levels have been linked with defects in bactericidal function. Such a reduction in intracellular and consequently extracellular levels of lysozyme might explain the capacity of Nocardia to survive intracellularly and to proliferate in the macrophage host.

Au cours de ce travail de thèse nous avons proposé une stratégie de ciblage des macrophages alvéolaires afin d’y vectoriser des glucocorticoïdes. Une prodrogue de budésonide, le palmitate de budésonide (BP) a été synthétisée dans le but de prolonger sa demi-vie dans les poumons après inhalation. Des nanoparticules PEGylées de BP ont été développées et étudiées pour obtenir une formulation stable avec des caractéristiques physico-chimiques appropriées et un taux de charge élevé pour pénétrer dans les macrophages alvéolaires, cellules centrales dans l'inflammation pulmonaire. Des tests in vitro sur les macrophages RAW 264.7 ont confirmé l'activité anti-inflammatoire et l'absence de cytotoxicité des nanoparticules. Celles-ci ont ensuite été séchée au sein de microparticules Troyennes obtenues par atomisation-séchage afin de faciliter leur administration pulmonaire sous forme de poudres et libérer les nanoparticules à proximité des alvéoles pulmonaires. Les microparticulessphériques creuses contenant de 0 % à 20 % de nanoparticules de BP présentent des diamètres aérodynamiques et une fraction de particules fines appropriés pour la délivrance pulmonaire. Les études pharmacocinétiques in vivo montrent des concentrations élevées et prolongées de budésonide dans les poumons, avec de faibles concentrations plasmatiques. Dans la deuxième partie de cette thèse, une autre stratégie de ciblage des macrophages a été évaluée par la décoration de la surface des nanoparticules avec du mannose. Après la synthèse d'un lipide mannosylé, des nanoparticules ont été formulées et caractérisées, démontrant un taux de charge élevé et une bonne stabilité jusqu'à 30 jours. Des tests in vitro sur les macrophages RAW 264.7 ont montré que la présence du mannose à la surface augmente l'internalisation des nanoparticules d’un facteur 2 après 48 h d'incubation, par rapport aux nanoparticules PEGylées. / This work focuses on strategies to target glucocorticoids to alveolar macrophages. We have synthesized a budesonide prodrug, budesonide palmitate (BP), increasing its lipophilicity to extend drug half-life in the lungs. BP PEGylated nanoparticles were developed and studied to obtain a stable formulation with suitable physicochemical characteristics and high drug loading to enter alveolar macrophages, key players in lung inflammation. In vitro tests on RAW 264.7 macrophages confirmed the anti-inflammatory activity and absence of cytotoxicity of nanoparticles. These were then encapsulated into Trojan microparticles obtained by spray-drying to facilitate their delivery to the lung as dry powders and release nanoparticles directly to the pulmonary alveoli. Spherical hollow microparticles containing from 0 % to 20 % of BP nanoparticles presented suitable aerodynamic diameters and fine particle fraction for lung delivery. In vivo pharmacokinetic studies demonstrated high and extended budesonide concentrations in the lungs, with low plasma concentrations. In the second part of this thesis, another macrophage targeting strategy was assessed by decoration of nanoparticle surface with mannose. After synthesis of a mannosylated lipid, nanoparticles were formulated and characterized, demonstrating high drug loading and stability up to 30 days. In vitro tests on RAW 264.7 macrophages showed that the presence of mannose on the surface increases nanoparticles internalization 2 fold after 48 h incubation, as compared with PEGylated nanoparticles.

Enterococcus faecalis est une bactérie commensale du microbiote intestinal humain. Inoffensive chez l'homme sain, E. faecalis est aussi un pathogène opportuniste. En conditions de dysbiose post-antibiotique, E. faecalis peut devenir une espèce dominante, traverser la barrière intestinale avant de disséminer. E. faecalis se classe désormais comme la troisième cause d'infections nosocomiales dans le monde. La pathogénie de E. faecalis est un processus multifactoriel dont les mécanismes cellulaires de son interaction avec l'hôte sont encore mal compris. À l'aide de modèles cellulaires d'infection et de modèles in vivo, nous avons entrepris de caractériser le rôle du facteur de virulence ElrA pendant l'infection cellulaire.Notre objectif était également de déterminer si FHL2, un partenaire eucaryote de ElrA, était impliqué dans l'infection par E. faecalis et de determiner l'impact de l'interaction ElrA-FHL2. Nous avons démontré que ElrA agit comme une cape d'invisibilité permettant à E. faecalis de ne pas être détecté par des macrophages. Nous avons également montré que FHL2 est impliqué dans la défense de l’hôte contre l'infection par E. faecalis, mais ce rôle implique partiellement ElrA. Parallèlement, nous avons montré pour la première fois que E. faecalis est capable de se multiplier dans les hepatocytes. En conclusion, ce travail apporte de nouvelles perspectives sur les interactions de E. faecalis avec son hôte. / Enterococcus faecalis is a core member of the human gut microbiota. Harmless for healthy humans, it is able to cause disease in susceptible patients under antibiotic-induced microbiota alteration. Nowadays, E. faecalis ranks as the third cause of nosocomial infections worldwide. E. faecalis pathogenicity is a multifactorial process but the cellular mechanisms of its interaction with the host remain poorly understood. Using cellular models of infection and in vivo models, we aimed to characterize the role of the virulence factor ElrA during cellular infection. Our goal was also to determine if FHL2, an ElrA eukaryotic partner, was implicated in E. faecalis infection and the impact of ElrA-FHL2 interaction. We have demonstrated that ElrA acts as an invisibility cloak allowing E. faecalis to avoid macrophage recognition. Also, we have shown that FHL2 is implicated in the defense against E. faecalis infection, involving partially ElrA. In parallel, we showed that intracellular replication of E. faecalis in hepatic cells. Altogether, our work provides new insights in E. faecalis interactions with the host cell.

Les bactéries appartenant au complexe Burkholderia cepacia (Bcc) sont des pathogènes opportunistes intracellulaires qui causent des infections pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose, aggravant leur pronostic clinique. Ces infections pulmonaires sont caractérisées par des périodes chroniques avec des exacerbations intermittentes détériorant la fonction pulmonaire, et pouvant causer des nécroses broncho-pulmonaires et septicémies fatales reconnues sous le nom du “Syndrome Cepacia”. Ces bactéries intrinsèquement multi-résistantes aux antibiotiques sont aussi responsables de sérieuses infections émergentes dans des contextes hors mucoviscidose, à la fois dans des conditions intra et extra-hospitalières. Burkholderia cenocepacia, l’une des espèces les plus répandues et isolées chez les patients, est capable d’échapper à la dégradation par les macrophages de l’hôte en bloquant la maturation des (auto)phagosomes. Nous avons récemment démontré que les macrophages servent de niche essentielle pour la réplication intracellulaire de B. cenocepacia K56-2, et sont nécessaires pour le développement d’une réponse pro-inflammatoire aiguë et fatale dans des larves de poisson zèbre. Cette étude exploite d’autant plus le modèle du poisson zèbre pour mieux comprendre quels sont les facteurs bactériens et de l’hôte qui sont impliqués dans la différence entre infection aiguë et persistante, et dans la transition entre ces deux phases infectieuses.ShvR est un régulateur transcriptionnel appartenant aux LTTRs (“LysR-Type Transcriptional Regulators”) chez B. cenocepacia K56-2. Il a été démontré dans le modèle d’infection pulmonaire chez le rat, que ShvR a un rôle important dans l’induction de la réponse pro-inflammatoire, mais pas dans les infections persistantes. Pour cette étude nous utilisons une approche bioinformatique, le modèle du poisson zèbre et des études transcriptomiques afin d’obtenir plus d’informations sur le rôle de ShvR dans la virulence et dans la transition entre infection persistante et réponses pro-inflammatoires. Nos données bioinformatiques suggèrent que le gène shvR s’est adapté par évolution divergente, et a été perdu dans une sous-classe du Bcc. Grâce au modèle du poisson zèbre, nous avons démontré que ShvR n’est pas essentiel pour les stades intra-macrophagiques, mais qu’il est requis pour la dissémination de B. cenocepacia K56-2 des macrophages et pour le développement d’une réponse pro-inflammatoire fatale. Le profile persistant de l’infection a été confirmé par l’analyse du transcriptome de l’hôte, donnant plus d’informations sur les différentes réponses de l’hôte envers les infections par des mutants comparées à la souche sauvage. Le travail de cette thèse a contribué non seulement à une meilleure compréhension du rôle de ShvR et aux gènes cibles régulés par ce dernier qui joue un rôle important dans les infections aiguës, mais également à établir de nouvelles pistes pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques luttant contre les infections par les bactéries appartenant au complexe Bcc. / Bacteria belonging to the Burkholderia cepacia complex (Bcc) are opportunistic pathogens with an intracellular life style. Pulmonary infections with these bacteria significantly worsen clinical outcome for cystic fibrosis (CF) patients. Chronic infections with recurrent acute exacerbations deteriorate lung function with sometimes fatal necrotizing pneumonia and septicaemia (Cepacia Syndrome). These intrinsically multi resistant bacteria are also emerging as the culprit of serious infections in non-CF settings, both in- and outside the hospital. B. cenocepacia, one of the more prevalent species in the complex, is able to avoid degradation by host macrophages by arresting (auto)phagosome maturation. We have recently shown that macrophages provide a critical site for intracellular replication of B. cenocepacia K56-2 and development of acute fatal pro-inflammatory infection in zebrafish larvae. This study further explores the zebrafish infection model to better understand bacterial and host factors involved in the difference between persistent and acute infection, and the transition between these stages.ShvR, a LysR-type transcriptional regulator of B. cenocepacia K56-2, has been shown to play an important role in the induction of pro-inflammatory responses in a rat lung infection model, but not in persistent infection. We used bioinformatics, the zebrafish infection model, and host transcriptome profiling to gain more insight into the role of ShvR in virulence, and in transition between persistent and pro-inflammatory responses. Our bioinformatics study suggests that shvR has adapted by divergent evolution, and has been lost in a subclade of the Bcc. Using the zebrafish embryo model, we demonstrate that ShvR is not important for intramacrophage stages, but is required for dissemination of B. cenocepacia K56-2 from infected macrophages and the development of pro-inflammatory fatal disease. The persistent character of the infection was confirmed by host transcriptomic analysis, giving insight into the differential host response towards the mutant compared to wildtype infection. This thesis contributes to a better understanding of the role of ShvR and its possible target genes that play an important role in acute infection and to future perspectives of development of new targets for the treatment of Bcc infections.

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An estimated 45% of all deaths can be attributed to various chronic fibroproliferative diseases. Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most common form of interstitial lung disease which is characterized by progressive decline in lung function. While the pathogenesis of IPF is not fully understood, alternatively activated macrophages (M2) have been implicated as a key contributor to the fibrotic process. The plasticity of macrophages in vivo challenges the ability to specifically target the M2 macrophage phenotype across species. Previous bioinformatic analysis from our lab identified Dectin-1/Clec7a as a unique marker of M2 macrophages in both human and murine model systems. The expression of the transmembrane receptor Dectin-1 has not been elucidated in the context of pulmonary fibrosis. To prevent the progression of fibrosis by targeting alternatively activated macrophages, we investigated the expression of Dectin-1 in IPF and an experimental model of fibrotic lung disease. Our data demonstrated that while protein expression of Dectin-1 was increased in archived lung tissues of patients with IPF, mRNA expression of this receptor was downregulated in the tissues of these IPF patients. Gene expression of Dectin-1 was shown to be increased in monocyte-derived macrophages, further suggesting a circulatory component contributing to lung fibrosis. As expected, we confirmed that Dectin-1 was highly expressed past the injury phase of the bleomycin-model of induced pulmonary fibrosis which aligns with the increased immune infiltrates at this time point. Preliminary work into the time dependency of the resolution phase of the bleomycin-induced model of lung fibrosis was shown. All in all, our data suggests that Dectin-1 may be a useful marker in characterizing and differentiating phenotypes of macrophages implicated in the fibrotic process. Future efforts aim to gain insight into the functional requirement of Dectin-1 in the alternative activation of profibrotic macrophages to identify novel therapeutic targets for fibrotic lung disease. / Thesis / Master of Science (MSc)

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a disease of unknown pathogenesis characterized by scarring of the lung and declining respiratory function. Originating from bone marrow, circulating monocytes can be recruited into the lung tissue and polarized toward the alternatively activated (M2) profibrotic macrophage phenotype. Recent literature has shown that cluster of differentiation 14 positive (CD14+) monocytes are more abundant in IPF patient blood and are associated with disease outcome and acute exacerbation. Additionally, a 52-gene risk profile from peripheral blood mononuclear cells for outcome prediction in IPF was recently published. Here, we began by characterizing macrophages in human IPF lung tissue. We then assembled a biobank and examined transcriptomic characteristics of blood-derived circulating monocytes from IPF patients. Various histological assessments were completed on a tissue microarray including lung biopsies from 24 IPF patients and 17 controls, to characterize M2 macrophage expression in human tissue. Whole blood samples were collected from 50 IPF patients and 12 control subjects. CD14+ monocytes were isolated and mRNA was extracted for bulk RNA sequencing. Data were analyzed for differential expression (DE), and Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) was performed to examine enrichment of the previously published 52-gene risk profile in our dataset. We found that M2 macrophage expression was increased in IPF lung tissue compared to controls. CD14+ monocyte levels were significantly elevated in IPF patients in our cohort compared to control participants, and was negatively correlated with forced vital capacity (FVC). DE analysis comparing IPF and control monocytes yielded a 35-gene signature, with 16 up-regulated genes and 19 down-regulated genes. When comparing the signature related to long transplant-free survival from the published dataset to our data, GSEA demonstrated that this signature is enriched in donors from our dataset, supporting concurrence between the meanings of the two datasets. Overall, these results provide insight to identify targets to modulate monocyte/macrophage function in IPF and potentially affect progressive disease. / Thesis / Master of Science (MSc) / Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a disease of unknown cause that results in excessive scarring of the lungs and progressive impairment in lung function. We believe that white blood cells called monocytes and macrophages play a key role in the development and progression of this disease. Overall, it is thought that monocytes, which circulate in the blood, enter the lung tissue and become macrophages. These macrophages then lead to the formation of scar tissue, which is characteristic to IPF. In order to better understand how these cells contribute to IPF, we studied their properties in blood and lung biopsies from IPF patients. We found significant differences between monocytes/macrophages in IPF than those in healthy controls, that may help explain disease progression. We hope that these findings will provide insight into causes of the IPF, and potential avenues for therapeutic intervention.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Cette thèse de doctorat fait l'étude de la progression tumorale et des interactions entre la tumeur et son environnement. Plus précisément, l'attention a été portée sur le rôle des macrophages et sur l'impact d'un anti-inflammatoire dans la croissance des cellules gliomales, ainsi que sur les fonctions de molécules solubles retrouvées dans la tumeur comme l'angiopoietine 2 et macrophage migration inhibitory factor. Le système immunitaire permet de protéger le corps contre différentes menaces comme les infections bactériennes, la transformation cellulaire par les virus et les mutations cellulaires pouvant causer des tumeurs. Les cellules immunitaires sont rapidement recrutées au site tumoral où elles peuvent jouer différents rôles tout dépendant de leur phénotype et du type de cancer. Les macrophages, qui sont les cellules immunitaires les plus nombreuses dans la tumeur, ont souvent été considérés comme des promoteurs de la croissance tumorale. Cependant, l'impact de ces cellules dans la progression des glioblastomes, un cancer agressif du cerveau, était mal compris avant la réalisation de nos travaux. L'objectif principal des travaux était donc de comprendre le rôle de l'infiltration des macrophages dans un glioblastome murin. Dans un second temps, nous avons étudié l'impact d'un anti-inflammatoire (dexaméthasone) et d'une molécule angiogénique (angiopoietine 2) sur la progression des glioblastomes. Finalement, nous avons tenté de comprendre l'utilité d'une molécule sécrétée (macrophage migration inhibitory factor) par les cellules gliomales en déterminant ses effets sur le recrutement des cellules immunitaires et, par le fait même, sur la croissance tumorale. Ces travaux ont permis de mettre en lumière les fonctions antitumorales des macrophages dans un glioblastome, les effets de la dexaméthasone et de l'angiopoietine 2 sur la vasculature tumorale et finalement l'absence d'impact lors d'une inhibition de la synthèse protéique de macrophage migration inhibitory factor dans la croissance des cellules tumorales. En conclusion, les travaux réalisés dans cette thèse permettent de mieux comprendre le rôle des cellules immunitaires recrutées au site tumoral, un domaine toujours nébuleux et rempli de controverses.