Inflammatory bowel disease causes structural and functional alterations in the enteric nervous system (ENS). Since the onset of intestinal inflammation involves the activation of resident immune cells as well as rapid influx of infiltrating cells, we proposed that changes in the ENS are a result of the release of toxic inflammatory factors. We hypothesized that early damage to the ENS in inflammation is caused by harmful levels of nitric oxide (NO) generated by the enzyme inducible nitric oxide synthase (iNOS) found in immune cells. This was assessed in the 2, 4, 6-trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS)-model of colitis in rats. Large increases in infiltrating granulocytes, particularly neutrophils and blood-derived monocytes were found in the muscularis layers adjacent to the ENS. A rapid increase in iNOS immunoreactivity in the muscularis regions during early stages of inflammation (6 – 24 hr) was observed. Whether high NO levels generated by chemical donors could be toxic to neurons was tested in a co-culture model of myenteric neurons, smooth muscle and glia enzymatically isolated from neonatal rats. Exposure of co-cultures to NO for 48 hr resulted in significant, concentration dependent decrease in neuron survival. We then developed a model that permitted the direct study of immune cell interactions with myenteric neurons. Myenteric neurons were co-cultured with activated peritoneal immune cells that expressed iNOS and generated high NO levels (49 + 6.2µM) for 48 hr. This caused significant neuronal death, reducing neuron number by 19 + 5%, and disruption of axons. Pre-treatment of immune cells with a selective iNOS-inhibitor, L-NIL resulted in neuron numbers that were not significantly different from control (96 + 2%) suggesting that NO played a central role in mediating the damaging effects of immune cells. Lastly, when direct contact between immune cells and neurons was prevented in the previous experiment through use of trans-wells, unanticipated neurotrophic effects were observed. Increased axon outgrowth (282 + 57%) was detected in addition to loss of the neurotoxic effects in spite of similar experimental conditions. We concluded that proximity and contact plays an important role in determining the nature of immune cell mediated alterations in enteric neurons. / Thesis (Master, Physiology) -- Queen's University, 2009-11-30 10:09:38.384

La réponse immune représente une réponse complexe à laquelle correspond une succession d’événements orchestrés finement. Parmi les mécanismes qui régulent la réponse immune, les lymphocytes T régulateurs (Tregs) assurent le maintien de la tolérance en périphérie et le contrôle des réponses immunes adaptatives. Ils représentent une population hétérogène et leurs mécanismes de suppression sont toujours l’objet d’intenses recherches. Suivant le contexte de suppression et leur nature, les lymphocytes Tregs réalisent une inhibition de l’activation des lymphocytes Th, soit directement, soit via la modulation de la fonction des cellules dendritiques (DC). Dans un modèle d’immunisation par des cellules dendritiques chargées de KLH, les lymphocytes Tregs naturels contrôlent sélectivement l’initiation des réponses de type Th1/CTL spécifiques de l’antigène. Le but de ce travail était de définir quels sont les acteurs potentiels du contrôle de cette réponse. A l’aide de l’anticorps PC61 dirigé contre le récepteur CD25 et éliminant les lymphocytes Tregs naturels, nous avons montré que le ligand de costimulation CD70 joue un rôle clé dans leur régulation de la réponse Th1/CTL (Article 1). Ainsi, dans des conditions normales, la cytokine IL-12 induit principalement l’initiation de la réponse Th1 in vivo, tandis qu’en l’absence de lymphocytes Tregs naturels, la voie CD70/CD27 est une voie alternative d’induction de l’IFN-γ. Cette voie d’activation pourrait être opérationnelle dans certains contextes infectieux lorsque les lymphocytes Tregs sont déstabilisés voire éliminés, par exemple lors d’infections par Toxoplasma gondii ou par les virus HTLV1, SIV ou HIV. Nous avons montré que les lymphocytes Tregs naturels diminuent l’expression du ligand CD70 sur les DC, de manière dépendante de son récepteur CD27. Ensuite, nous nous sommes intéressés à une deuxième population de lymphocytes T régulateurs, les lymphocytes Tregs ICOShigh induits in vivo par le traitement avec l’anticorps anti-CTLA-4. Dans le cadre d’une colite induite par l’agent alkylant TNBS et mettant en jeu une réponse Th1, cette population de lymphocytes Tregs amplifiée par le traitement à l’anticorps anti-CTLA-4 régule la réponse immune via la cytokine anti-inflammatoire IL-10 et l’enzyme immunosuppressive IDO (Article 2). Ainsi, les résultats obtenus nous ont permis de répondre à notre objectif et de définir certains mécanismes de suppression des lymphocytes Tregs naturels et des lymphocytes Tregs induits. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons cherché à comparer les populations de lymphocytes Tregs naturels et ICOShigh présentes dans l’intestin d’une souris naïve. Une analyse transcriptomique a révélé que ces deux populations s’opposent sur les plans phénotypique et fonctionnel. Nous proposons un modèle dans lequel les deux populations de lymphocytes Tregs agiraient en synergie pour maintenir l’homéostasie intestinale. Les lymphocytes Tregs ICOShigh différenciés au niveau local et continuellement activés contrôleraient la réponse inflammatoire associée à la présence de la flore commensale. Les lymphocytes Tregs naturels, en quiescence dans les ganglions mésentériques, n’interviendraient qu’en cas d’infection par des pathogènes. L’étude des lymphocytes T régulateurs soulève un certain nombre de concepts clés de l’immunité : la spécificité des réponses, la distinction des microorganismes commensaux et pathogènes… Mieux connaître les lymphocytes Tregs dans un modèle murin permettra de mieux comprendre les réponses inflammatoires intestinales chroniques observées chez l'homme et d’envisager, à terme, de nouveaux traitements. / An immune response is complex and implies numerous sequential events. It is regulated by different mechanisms, among which regulatory T cells maintain peripheral tolerance and control adaptive immune responses. Regulatory T cells are very heterogeneous and suppress immune responses through different mechanisms, still under investigation. They can inhibit T cell activation directly or through the modulation of dendritic cell function, depending on their nature and the tissular context. In a dendritic cell-mediated immunization model, naturally occurring regulatory T cells selectively control the priming of antigen-specific Th1/CTL responses. Our goal was to define the potential actors of this control, targeted by natural regulatory T cells. Using the PC61 antibody which targets and depletes these cells, we showed that the costimulation ligand CD70 plays a key role in their control of Th1/CTL responses (first article). We showed that mainly IL-12 provokes Th1 development in normal conditions, wheras CD70 plays a major role in priming Th1 responses in the absence of natural Tregs. This pathway can be operational if regulatory T cells are destabilized or even depleted, for example during infection with Toxoplasma gondii or with HTLV1, SIV or HIV. We showed that natural Tregs downregulate CD70 expression on the surface of DCs. Next, we focused on another regulatory T cell population, induced in vivo by the anti-CTLA-4 mAb treatment. In a model of pro-Th1 colitis, induced by the alkylating agent TNBS, these ICOShigh regulatory T cells exert an IL-10 and IDO-dependant control over the immune response (second article). Thus, we succeeded in determining some control mechanisms of the immune response targeted by two populations of regulatory T cells. Finally, we compared two regulatory T cell populations: naturally occurring regulatory T cells and ICOShigh regulatory T cells from the intestines of naïve mice. A transcriptional analysis revealed two populations phenotypically and functionally distinct. We proposed a model in which these populations act synergistically and both maintain intestinal homeostasis. ICOShigh regulatory T cells might control commensal gut flora-specific inflammatory responses and quiescent natural regulatory T cells from mesenteric lymph nodes might control potential pathogen infections. As a conclusion, this study raises some immunological issues: specificity of immune responses, distinction between commensal and pathogenic microorganisms… A better knowledge of these regulatory populations will lead to a better understanding of human intestinal responses and in the medium term will lead to new therapeutic approaches and tools.

La réponse immune représente une réponse complexe à laquelle correspond une succession d’événements orchestrés finement. Parmi les mécanismes qui régulent la réponse immune, les lymphocytes T régulateurs (Tregs) assurent le maintien de la tolérance en périphérie et le contrôle des réponses immunes adaptatives. Ils représentent une population hétérogène et leurs mécanismes de suppression sont toujours l’objet d’intenses recherches. Suivant le contexte de suppression et leur nature, les lymphocytes Tregs réalisent une inhibition de l’activation des lymphocytes Th, soit directement, soit via la modulation de la fonction des cellules dendritiques (DC). <p>Dans un modèle d’immunisation par des cellules dendritiques chargées de KLH, les lymphocytes Tregs naturels contrôlent sélectivement l’initiation des réponses de type Th1/CTL spécifiques de l’antigène. Le but de ce travail était de définir quels sont les acteurs potentiels du contrôle de cette réponse. A l’aide de l’anticorps PC61 dirigé contre le récepteur CD25 et éliminant les lymphocytes Tregs naturels, nous avons montré que le ligand de costimulation CD70 joue un rôle clé dans leur régulation de la réponse Th1/CTL (Article 1). Ainsi, dans des conditions normales, la cytokine IL-12 induit principalement l’initiation de la réponse Th1 in vivo, tandis qu’en l’absence de lymphocytes Tregs naturels, la voie CD70/CD27 est une voie alternative d’induction de l’IFN-γ. Cette voie d’activation pourrait être opérationnelle dans certains contextes infectieux lorsque les lymphocytes Tregs sont déstabilisés voire éliminés, par exemple lors d’infections par Toxoplasma gondii ou par les virus HTLV1, SIV ou HIV. Nous avons montré que les lymphocytes Tregs naturels diminuent l’expression du ligand CD70 sur les DC, de manière dépendante de son récepteur CD27. <p>Ensuite, nous nous sommes intéressés à une deuxième population de lymphocytes T régulateurs, les lymphocytes Tregs ICOShigh induits in vivo par le traitement avec l’anticorps anti-CTLA-4. Dans le cadre d’une colite induite par l’agent alkylant TNBS et mettant en jeu une réponse Th1, cette population de lymphocytes Tregs amplifiée par le traitement à l’anticorps anti-CTLA-4 régule la réponse immune via la cytokine anti-inflammatoire IL-10 et l’enzyme immunosuppressive IDO (Article 2). Ainsi, les résultats obtenus nous ont permis de répondre à notre objectif et de définir certains mécanismes de suppression des lymphocytes Tregs naturels et des lymphocytes Tregs induits. <p>Dans la dernière partie de ce travail, nous avons cherché à comparer les populations de lymphocytes Tregs naturels et ICOShigh présentes dans l’intestin d’une souris naïve. Une analyse transcriptomique a révélé que ces deux populations s’opposent sur les plans phénotypique et fonctionnel. Nous proposons un modèle dans lequel les deux populations de lymphocytes Tregs agiraient en synergie pour maintenir l’homéostasie intestinale. Les lymphocytes Tregs ICOShigh différenciés au niveau local et continuellement activés contrôleraient la réponse inflammatoire associée à la présence de la flore commensale. Les lymphocytes Tregs naturels, en quiescence dans les ganglions mésentériques, n’interviendraient qu’en cas d’infection par des pathogènes.<p>L’étude des lymphocytes T régulateurs soulève un certain nombre de concepts clés de l’immunité :la spécificité des réponses, la distinction des microorganismes commensaux et pathogènes… Mieux connaître les lymphocytes Tregs dans un modèle murin permettra de mieux comprendre les réponses inflammatoires intestinales chroniques observées chez l'homme et d’envisager, à terme, de nouveaux traitements.<p>/<p>An immune response is complex and implies numerous sequential events. It is regulated by different mechanisms, among which regulatory T cells maintain peripheral tolerance and control adaptive immune responses. Regulatory T cells are very heterogeneous and suppress immune responses through different mechanisms, still under investigation. They can inhibit T cell activation directly or through the modulation of dendritic cell function, depending on their nature and the tissular context.<p>In a dendritic cell-mediated immunization model, naturally occurring regulatory T cells selectively control the priming of antigen-specific Th1/CTL responses. Our goal was to define the potential actors of this control, targeted by natural regulatory T cells. Using the PC61 antibody which targets and depletes these cells, we showed that the costimulation ligand CD70 plays a key role in their control of Th1/CTL responses (first article). We showed that mainly IL-12 provokes Th1 development in normal conditions, wheras CD70 plays a major role in priming Th1 responses in the absence of natural Tregs. This pathway can be operational if regulatory T cells are destabilized or even depleted, for example during infection with Toxoplasma gondii or with HTLV1, SIV or HIV. We showed that natural Tregs downregulate CD70 expression on the surface of DCs.<p>Next, we focused on another regulatory T cell population, induced in vivo by the anti-CTLA-4 mAb treatment. In a model of pro-Th1 colitis, induced by the alkylating agent TNBS, these ICOShigh regulatory T cells exert an IL-10 and IDO-dependant control over the immune response (second article). Thus, we succeeded in determining some control mechanisms of the immune response targeted by two populations of regulatory T cells.<p>Finally, we compared two regulatory T cell populations: naturally occurring regulatory T cells and ICOShigh regulatory T cells from the intestines of naïve mice. A transcriptional analysis revealed two populations phenotypically and functionally distinct. We proposed a model in which these populations act synergistically and both maintain intestinal homeostasis. ICOShigh regulatory T cells might control commensal gut flora-specific inflammatory responses and quiescent natural regulatory T cells from mesenteric lymph nodes might control potential pathogen infections.<p>As a conclusion, this study raises some immunological issues: specificity of immune responses, distinction between commensal and pathogenic microorganisms… A better knowledge of these regulatory populations will lead to a better understanding of human intestinal responses and in the medium term will lead to new therapeutic approaches and tools.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished