Les Toll-Like Receptors (TLRs) jouent un rôle majeur dans la réponse immunitaire innée, en reconnaissant des motifs moléculaires précis retrouvés exclusivement chez différents pathogènes (lipopolysaccharides (LPS), peptidoglycane, flagelline, ...). Le LPS est reconnu pour favoriser la production de cytokines pro-inflammatoires (ex. IL-1, IL-8, et TNF-ot) par les monocytes/macrophages via l'induction du facteur de transcription NK-KB par le TLR4. D'autre part, le virus d'immunodéficience humaine de type I (VIH-1) possède deux sites de liaison pour NF-KB dans sa région promotrice. L'objectif de cette étude était de vérifier l'effet de la stimulation au LPS sur la réplication et la production du VIH-1 dans une lignée cellulaire macrophagique ainsi que dans les macrophages primaires humains. L'ensemble des résultats obtenus montre que le LPS augmente l'activation de la transcription dans la lignée THP89GFP, alors que le contraire est observé dans les macrophages primaires humains et ce même si l'activation de NF-KB et la production de TNF-a sont observées dans ces cellules suite à un traitement au LPS. Cette étude révèle que les conclusions faites à partir d'une lignée cellulaire bien établie ne peuvent directement être appliquées à une un modèle plus physiologique. Ainsi, la réponse aux ligands des TLR devrait être étudiée dans un système de culture cellulaire beaucoup plus proche de la situation in vivo. / Toll-Like Receptors (TLRs) play a major role in the innate immune response, by recognizing precise molecular patterns found exclusively on different pathogens (lipopolysaccharides/LPS, peptidoglycans, flagellin, etc.). LPS is known to induce the production of pro-inflammatory cytokines (e.g. IL-1, IL-8, and TNF-a) by monocytes/macrophages through TLR4-mediated induction of the transcription factor NFKB. Interestingly, HIV-1 carries two consensus NF-KB binding sequences within its promoter region. The main goal of this study is a comparison of the modulatory effect of LPS treatment on HFV-1 transcription and virus production in a promonocytic cell line and primary monocyte-derived macrophages (MDM). We found that LPS increases virus gene expression in THP89GFP cells by activation of NF-KB, which is in sharp contrast with what is seen in primary MDM even though NF-KB and TNF-a were both stimulated upon treatment of the latter cell type by LPS. More importantly, our findings reveals that conclusions made with established human-derived cell lines cannot be directly applied to the situation prevailing in a more natural cellular setting. Thus, the response to TLR ligands should be studied in an appropriate cell culture System to more closely parallel the in vivo situations.

Le cancer superficiel de la vessie (CSV) présente un taux élevé de récidive (60%). De ces récidives 10 à 15% progresseront vers un cancer infiltrant beaucoup plus dangereux. La résection transurétrale (RTU) des tumeurs superficielles est souvent suivie d’immunothérapie intravésicale par le BCG (Bacille-Calmette-Guérin) afin de prévenir la récidive et la progression ; cependant ce traitement échoue dans 40% des cas. De plus, la sévérité des effets secondaires empêche plusieurs patients de tolérer un traitement complet. La prédiction de la réponse au BCG et le développement de traitements alternatifs s’avèrent donc nécessaires. Nous avons d’abord évalué la signification clinique de la présence de cellules dendritiques matures infiltrant la tumeur (CDIT) et de macrophages associés aux tumeurs (MAT) dans des CSV à bas risque, traités seulement par RTU. La présence de CDIT a permis d’identifier des patients à risque élevé de progression. Chez des patients à haut risque de récidive et de progression traités au BCG, nous avons observé que ceux qui ont un haut niveau d'infiltration par des CDIT ou des MAT ne répondaient pas efficacement au BCG. Dans un deuxième volet, j’ai exploré la possibilité d’utiliser d’autres agents théarapeutiques pouvant se combiner au BCG ou le remplacer pour stimuler la réponse antitumorale. Pour un tel rôle j’ai choisi les agonistes des Toll-like receptors (TLR). Les TLR, principalement exprimés par les cellules du système immunitaire et quelques cellules épithéliales, jouent un rôle important dans l’immunité innée en reconnaissant des motifs moléculaires conservés de pathogènes. J’ai d’abord montré que les TLR sont exprimés et fonctionnels dans des cellules urothéliales normales et tumorales. Par la suite, j’ai démontré que le poly(I :C), agoniste du TLR3, a un effet cytotoxique et antiprolifératif direct sur des lignées de cancer de vessie. Dans les cellules MGH-U3, il induit également la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires et induit fortement l’expression des molécules du CMH de classe I alors que le BCG a très peu d’effet sur l’immunogénicité de ces cellules. Un essai d’inhibition de croissance tumorale utilisant le modèle de cancer de vessie murin MBT-2 a montré que l’utilisation combinée du BCG et du poly(I :C) inhibe très significativement la croissance tumorale alors que chacun des produits utilisés seuls n’avait pas d’effet significatif. Notre étude suggère que le poly(I :C) dû à ses effets anti-néoplasiques pourrait améliorer l’efficacité thérapeutique du BCG dans l’immunothérapie du CSV. / Non-muscle invasive bladder cancer (NMIBC) is characterized by a high rate of recurrence (60%). Ten to fiftheen % of the recurrences will progress toward muscle-invasive tumors, which are more dangerous. Transurethral resection (TUR) of non-muscle invasive tumors is frequently followed by intravesical immunotherapy using BCG (bacillus Calmette-Guérin) to prevent recurrence and progression but this treatment fails in 40% of cases. Moreover, the severity of the side effects prevents many patients to comply with the whole treatment. Tools to predict the response to BCG and the development of alternative treatments are therefore required. We first evaluated the clinical significance of the presence of tumor infiltrating mature dendritic cells (TIDCs) and of tumor-associated macrophages (TAMs) in low-risk NMIBCs treated only by TUR. The presence of TIDCs allowed the identification of patients that were at high risk of progression. In patients with NMIBCs at high risk of recurrence and progression treated with BCG, we observed that those with a high level of MAT or TIDC infiltration did not respond efficiently to BCG. In the second part of my work, I have explored the possibility to use other immunomodulatory agents to replace or complement BCG immunotherapy. I therefore selected toll-like receptors (TLRs) agonists for this purpose. TLRs, which are mainly expressed in immune cells but also epithelial cells, play an important role in the innate immunity by recognizing molecular patterns that are conserved between pathogens. I have first showed that TLRs are expressed and functional in normal and tumor urothelial cells. Then, I showed that poly(I:C), a TLR3 agonsist, has direct cytotoxic and antiproliferative effects on bladder cancer cell lines. In MGH-U3 cells, it induces the secretion of proinflammatory cytokines and expression of major histocompatibility class I molecules whereas BCG has little effect on the immunogenicity of these cells. A growth inhibition assay using the MBT-2 murine bladder cancer model showed that the combination of poly(I:C) and BCG inhibited very significantly the growth of bladder cancer cells whereas each product alone had no significant effect. Our study suggests that poly(I:C), due to its anti-tumoral effects, could improve the therapeutic efficacy of BCG for the immunotherapy of NMIBCs.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / La maladie d’Alzheimer (MA) est la plus fréquente cause de démence mondialement et son incidence augmente en parallèle au vieillissement de la population. La pathogenèse de cette maladie neurodégénérative, actuellement sans traitement curatif, est associée à l’accumulation de bêta-amyloïde (Aβ) dans le parenchyme et la vasculature du cerveau en réponse à l’élimination déficiente de ce peptide neurotoxique. Des évidences épidémiologiques et expérimentales soulignent le rôle crucial du système immunitaire inné dans la MA. Plus précisément, plusieurs études suggèrent que les phagocytes mononucléaires (microglies, monocytes et macrophages cérébraux) constituent des cellules pivots pour combattre l’accumulation d’Aβ. Les études incluses dans cette thèse de doctorat avaient comme objectif d’accroitre les connaissances concernant le rôle des phagocytes mononucléaires dans la pathologie du modèle murin APP/PS1 de la MA. Un nombre croissant d’études indique que les Toll-like receptors (TLRs) seraient critiques pour la clairance d’Aβ par les phagocytes mononucléaires. Nous avons donc étudié le rôle de la protéine adaptatrice myeloid differentiation factor 88 (MyD88), qui permet la transduction du signal intracellulaire de la plupart des TLRs. Nous avons observé une augmentation des niveaux d’Aβ solubles et une aggravation des déficits cognitifs dans les souris APP/PS1 avec une signalisation MyD88 défectueuse, vraisemblablement suite à une réduction de la phagocytose des phagocytes mononucléaires et une coordination défaillante de la réponse immunitaire innée. La stimulation des TLRs pourrait ainsi avoir un grand potentiel thérapeutique pour la MA. Nous avons démontré que des injections systémiques répétées du ligand TLR4 monophosphoryl lipid A (MPL) dans les souris APP/PS1 ont mené à une réduction significative des niveaux d’Aβ et une amélioration des fonctions cognitives. Le MPL induit une forte réponse phagocytique des phagocytes mononucléaires tout en générant une réaction inflammatoire modérée. Finalement, en utilisant la microscopie intravitale biphotonique, nous avons dévoilé que les monocytes patrouilleurs en état basal sont attirés et rampent sur la face luminale de veines contenant de l’Aβ, capturent l’Aβ et ont la capacité de regagner à nouveau la circulation sanguine. L’ablation sélective des monocytes patrouilleurs dans les souris APP/PS1 a induit une augmentation significative des niveaux d’Aβ dans le cortex et l’hippocampe. Ensemble, ces données démontrent que les phagocytes mononucléaires sains et fonctionnels peuvent promouvoir l’élimination d’Aβ et constituent une cible thérapeutique prometteuse pour la MA. / Alzheimer’s disease (AD) is the most common cause of dementia worldwide and its incidence is rising in parallel with the aging population. The pathogenesis of this neurodegenerative disease, currently without curative treatment, is associated with the accumulation of amyloid-β (Aβ) in the brain parenchyma and cerebral vasculature in response to the impaired clearance of this neurotoxic peptide. Epidemiological and experimental evidence underline the crucial role of the innate immune system in AD. More precisely, several studies suggest that mononuclear phagocytes (microglia, monocytes and cerebral macrophages) constitute pivotal cells to fight the accumulation of Aβ. The studies enclosed in this doctoral thesis intended to better understand the role of mononuclear phagocytes on the pathology of the APP/PS1 mouse model of AD. Accumulating evidence indicates a critical role of Toll-like receptors (TLRs) in the clearance of Aβ by mononuclear phagocytes. We thus investigated the role of the myeloid differentiation factor 88 (MyD88), which is the adaptor protein for most of these innate immune receptors, transducing the intracellular signal from TLRs to the nucleus. We observed increased soluble levels of A oligomers and enhanced cognitive deficits in APP/PS1 mice with impaired MyD88 signalling, likely through reduced phagocytosis of mononuclear phagocytes and an impaired coordination of the innate immune response. Compounds that stimulate TLRs to clear Aβ may therefore have great therapeutic potential in AD patients. We demonstrated that repeated systemic injections of the TLR4 ligand monophosphoryl lipid A (MPL) in APP/PS1 mice led to a significant reduction in Aβ load and improved cognitive function. MPL induced a potent phagocytic response by mononuclear phagocytes while triggering a moderate inflammatory reaction. Finally, using live intravital two-photon microscopy, we discovered that patrolling monocytes in steady state are attracted and crawl onto the luminal walls of Aβ-positive veins, uptake Aβ and are able to circulate back into the bloodstream. Selective removal of patrolling monocytes in APP/PS1 mice induced a significant increase of Aβ load in the cortex and hippocampus. Overall, these studies demonstrate that healthy and functional mononuclear phagocytes can promote the elimination of Aβ and constitute a promising therapeutic target for AD.

Le virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), agent causal du syndrome d'immunodéficience humaine (SIDA), est rapidement devenu pandémique suite à son identification en 1981. Les données statistiques publiées par l'Organisation des Nations Unies pour le Syndrome d'Immunodéficience Acquise (ONUSIDA) démontrent que, parmi les 34,3 à 41,4 millions de cas d'infection recensés en 2014, près de 70 % d'entre eux ont été répertoriés en Afrique subsaharienne et environ 6,5 % en Europe et en Amérique du Nord. L'Agence de la santé publique du Canada estimait, quant à elle, à près de 75 500 le nombre de personnes vivant avec le VIH-1 sur son territoire en 2014, dont environ 18 000 résidant au Québec. Malgré l'avènement de trithérapies contrôlant l'infection, à ce jour, aucune médicamentation n'en permet la guérison. La complexité de la pathogenèse virale menant à l'établissement d'une infection latente et à des comorbidités associées à l'état d'inflammation chronique est si considérable qu'aucun traitement ne peut encore enrayer la maladie. La recherche fondamentale et translationnelle, permettant de mieux comprendre le fonctionnement du système immunitaire en réponse à l'infection et d'associer plus efficacement ces avancées faites en laboratoire à la pratique médicale, sont donc primordiales. Les résultats présentés dans cette thèse abondent dans ce sens, puisqu'ils mènent à une meilleure compréhension du rôle que peut avoir le microbiote sur la susceptibilité à l'infection au VIH-1 des lymphocytes T CD4+ primaires, ce qui pourrait inspirer l'élaboration de composés médicamenteux limitant le dialogue entre les bactéries et les cellules permissives au virus. En effet, l'infection au VIH-1 peut être associée à un désordre du tractus gastro-intestinal menant à une translocation de bactéries de la lumière intestinale vers les muqueuses avoisinantes. Cette migration bactérienne semble influencer la susceptibilité à l'infection des lymphocytes T CD4+, mais encore aujourd'hui, tous les mécanismes ne sont pas parfaitement connus. Les deux études présentées dans ce manuscrit contribuent donc à l'avancement des connaissances dans le domaine puisqu'elles démontrent que 1) l'engagement du TLR2 semble entraîner la production de virus par les lymphocytes T CD4+ activés en favorisant l'activité de NF-B et la réplication virale chez les cellules CCR6+ et que 2) la sécrétion d'acétate (petit acide gras produit par la fermentation de composés non digestibles par les bactéries du tractus gastro-intestinal) semble promouvoir l'activation cellulaire et la diminution de l'activité des HDAC de classe 1 et 2 de sorte à accentuer l'intégration de l'ADN proviral dans le génome des lymphocytes T CD4+.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Chaque année, 130 000 personnes subissent une lésion de la moelle épinière, entraînant une paralysie totale ou partielle de leurs membres. Le seul traitement approuvé, un glucocorticoïde, demeure controversé puisque le rôle de la réponse inflammatoire qui se développe à la suite d'une lésion est encore mal compris. Par l'étude d'un nerf périphérique pouvant régénérer de façon autonome, il est possible d'évaluer l'importance de l'inflammation dans le processus de régénérescence axonale. Notre étude porte sur le rôle des récepteurs Toll-like (TLRs) dans l'initiation de la réponse immunitaire, la dégénérescence Wallérienne et le recouvrement locomoteur suite à une lésion nerveuse périphérique. Les expériences furent effectuées en utilisant des animaux déficients en TLR2, TLR4 et MyD88, ou en employant des agonistes ou inhibiteurs des TLRs. Nos résultats suggèrent que les TLRs seraient activés par des molécules endogènes présentes ou relâchées lors d'une blessure physique et, par l'initiation d'une réponse immune, favoriseraient l'élimination des débris de myéline et la régénérescence nerveuse. / Each year, 130 000 people suffer a spinal cord injury, inducing a total or partial paralysis of their members. The only approved treatment, a glucocorticoid, is still controversial since the role of the inflammatory response that develops after injury is still poorly understood. With the study of a peripheral nerve that can regenerate in an autonomous manner, it is possible to evaluate the importance of inflammation in the process of axonal regeneration. Our study involves the role of the toll-like receptors (TLRs) in the initiation of the immune response, Wallerian degeneration and behavioural recovery after a peripheral nerve lesions. The experiments were performed using mice deficient for TLR2, TLR4 and MyD88, or by employing agonists or inhibitors of TLR signaling. Our results indicate that TLRs could be activated by endogenous molecules present or expressed following traumatic injury and, through initiation of immune responses, could permit the elimination of myelin debris and nerve regeneration.

L’implication du virus Epstein-Barr (EBV) dans la progression de l’arthrite rhumatoïde (AR) est suspectée depuis plusieurs années. Il a précédemment été démontré que l’infection par le gammaherpèsvirus MHV-68 subséquente à l’injection de sérum arthritique aggrave l’inflammation articulaire. Cette réaction semble également spécifique au virus MHV-68 puisque ce phénomène n’est pas observable lors d’une infection par les virus mCMV ou HSV-1. La présence du génome viral détectée au niveau du tissu synovial indique que le virus peut être transporté par une sous-population cellulaire jusqu’aux articulations. La présence du virus a été décelée dans les monocytes inflammatoires, cellules présentes au niveau du liquide articulaire des souris infectées. Ces résultats démontrent que les monocytes inflammatoires jouent un rôle important dans l’exacerbation des symptômes induits par le virus MHV-68 dans un modèle murin d’arthrite. L’implication du TLR2, du TLR9, de même qu’EBV est également suggérée dans la pathogénèse de l’AR. / For several years, the Epstein-Barr virus (EBV) is suspected to be involved in rheumatoid arthritis (RA) pathogenesis. Using a mouse model of arthritis, it was previously demonstrated that infection of arthritic mice with the herpes virus MHV-68, resulted in exacerbation of inflammation in joints of mice. Furthermore, this phenomenon was MHV-68 specific since no other herpes virus such as HSV-1 of mCMV was found to increase joint inflammation of arthritic mice. The presence of MHV-68 genome in synovial tissues of arthritic mice and subsequently in inflammatory monocytes also suggest the potential role of these cells in virus transport to the joint of arthritic mice. Together, these findings demonstrate the key role of inflammatory monocytes in exacerbation of inflammatory symptoms induced by MHV-68 in arthritic mice. The involvement of TLR2, TLR9 and EBV is also suggested in RA pathogenesis.

La réaction inflammatoire est un processus complexe et essentiel à la défense de l'hôte contre l'infection et le dommage tissulaire. Le déclenchement de la réponse inflammatoire s'effectue entre autre suite à l'activation de récepteurs appelés récepteurs ± toll-like ¿ par des molécules d'origine microbienne ou provenant des tissus endommagés. Le premier leucocyte circulant à atteindre le site inflammatoire est le neutrophile. Le recrutement du neutrophile de la circulation sanguine jusqu'au tissu est un processus finement régulé qui nécessite l'interaction du neutrophile avec 1'endothelium vasculaire. Les médiateurs lipidiques de l'inflammation, les leucotriènes et le facteur activateur des plaquettes, peuvent être produits par les neutrophiles et les cellules endothéliales et régulent plusieurs aspects indispensables au recrutement des neutrophiles soit leur adhésion, transmigration et chimiotaxie. Les travaux présentés dans cette thèse ont mené au développement d'un modèle de migration transendothéliale des neutrophiles humains in vitro permettant l'étude du rôle des médiateurs lipidiques dans la migration des neutrophiles. Les résultats obtenus au cours de ces expériences montrent que la présence d'une matrice extracellulaire dans le modèle de migration transendothéliale augmente l'impact du leucotriène B4 et du facteur activateur des plaquettes dans la migration des neutrophiles. L'utilisation de ce modèle de migration transendothéliale in vitro a également permis de démontrer que la production de novo du leucotriène B4 et du facteur activateur des plaquettes a un rôle clé dans la migration des neutrophiles induite par différents ligands des récepteurs ± toll-like ¿. En effet, l'inhibition de la biosynthèse ou le blocage des récepteurs du leucotriène B4 et du facteur activateur des plaquettes dans ce modèle réduit significativement (jusqu'à 90%) la migration transendothéliale des neutrophiles induite par les ligands des récepteurs ± tolllike ¿. Ce rôle majeur du leucotriène B4 et du PAF dans le recrutement des neutrophiles a également été confirmé in vivo dans le modèle de la poche d'air dorsale chez la souris. Les travaux présentés dans cette thèse contribuent donc significativement à l'amélioration des connaissances concernant les mécanismes régulant le recrutement des neutrophiles lors de la réponse inflammatoire.

Ce travail de thèse s’est attaché à comprendre le lien étroit entre les dérégulations métaboliques et les dérégulations du système immunitaire, dans le cadre du modèle de diabète auto-immun de la souris NOD. Nous avons constaté que les bezafibrates protègent les souris NOD du diabète. Nous avons mis en évidence que ceci était lié à une diminution de l’infiltration des ilots beta du pancréas par les lymphocytes et cellules présentatrice d’antigen (CPA). La diminution d’IL-6 dans le sérum des souris traitées suggère une diminution générale de l’inflammation. Aussi, nous avons évalué l’implication du traitement en dehors du système immunitaire, en l’occurrence sur le stress cellulaire et la survie des cellules beta des ilots de Langherans, en utilisant une méthode de streptozotocine à faible dose, et nous avons observé une protection des souris traitées par les bezafibrates. Dans une deuxième partie de l’étude, nous avons observé qu’il existait au niveau du système immunitaire inné une surexpression des Toll-like récepteurs (TLR) 1, 2 et 6 dans les souris NOD comparées aux souris contrôles C57BL/6, ceci au niveau transcriptionnel ainsi qu’au niveau traductionnel. Nous avons ensuite démontré que cette surexpression avait une légitimité fonctionnelle. En effet, les CPA sécrètent plus d’Interleukine 6 (IL-6), et les cellules B, plus d’Immunoglobuline M (IgM). Nous avons poursuivi notre étude en modulant le contenu sérique en lipides dans nos souris NOD, en utilisant un régime gras pour augmenter la lipidémie et des bezafibrates hypolipidémiantes. Nous n’avons pas observé de modulation majeure de l’expression de TLR2 et TLR6, mais il est à noter que les CPA issues des souris soumises au régime gras sont plus susceptible à la réponse au ligand synthétique FSL-1 de TLR 2/6, qui sécrètent alors plus d’IL-6 que les NOD contrôles ou traitées aux bezafibrates. Nous avons pu ainsi souligner l’importance des liens entre le métabolisme et le système immunitaire, dans l’apparition de la maladie auto-immune que constitue le diabète de type 1. / In this thesis we sought to understand the link between metabolic deregulation and immune deregulation in the context of the NOD mouse autoimmune model. We observed that bezafibrates protect NOD mice from type 1 diabetes (T1D). We showed that pancreas beta islet infiltration by lymphocytes and APCs was diminished. IL-6 decrease in bezafibrate treated mice serum suggested a general dampening down of inflammation. Besides we evaluated the effect of bezafibrate out of the immune system by using a low-dose streptozotocin method and we observed that bezafibrate mice treated were protected. In a second part of this study we observed an overexpression of Toll-like receptors (TLR) 1, 2, 6 in NOD mice compared to C57BL/6 controls. This was noticeable at the transcription and translation level. We showed that this overexpression had a functional role. Indeed APCs from NODs secreted more IL-6, and B cells secreted more IgM when stimulated with corresponding ligands. We then modified the lipid content of NOD mice by using bezafibrates to decrease lipidemia, and a high fat diet (HFD) to increase lipidemia. No modulation of TLR2 and TLR6 expression was observed. However, APCs from HFD mice were more susceptible to TLR2/6 ligand FSL-1 stimulation by secreting more IL-6 than control or bezafibrate treated NODs. We here highlight the important links existing between metabolism immunity in the autoimmune T1D onset