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Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible. / Streptococcus suis serotype 2 is an important swine pathogen responsible for diverse infections, meningitis being its most striking feature. In addition, it is an emerging agent of zoonosis, which has gained worldwide attention due to important outbreaks in Asia. Understanding the pathogenesis of S. suis infections still represents a challenge. Up to present, the pro-inflammatory response due to S. suis has only been studied in vitro, and there is still a great need of appropriate experimental models for both septic shock and meningitis. In the present study, we successfully developed an in vivo model of S. suis infection in adult mice infected by the intraperitoneal route. This model served to investigate the pro-inflammatory events that take place at both the systemic and Central Nervous System (CNS) levels associated with this important pathogen. In addition, this model was useful to determine if susceptibility to S. suis infection may be influenced by the genetic background of the host. The mouse model of S. suis infection was standardized in CD1 mice. Results showed sustained bacteremia during the 3 days post-infection (p.i.), accompanied by a quick and substantial release of different pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) and chemokines (KC, MCP-1 and RANTES) that lead to septic shock and 20% mortality in mice. Once the hallmark of the septic phase of S. suis infection was established in CD1 mice, research continued with the objective to confirm the role of inflammation in mortality and to determine if the genetic background of the host may influence the inflammatory response toward this pathogen and the further outcome of the disease. For this, the mouse model of S. suis infection was used with two genetically different inbred mouse strains, this is, C57BL/6 (B6) and A/J mice, which are considered as the prototype of Th1-type and Th2-type mice, respectively. Results demonstrated a striking susceptibility to S. suis infection in A/J mice in comparison to B6 mice, with 100% mortality in the former mice strain at 20 h p.i., and 16 % mortality at 36 h p.i. for the latter. Very interestingly, and similarly to CD1 mice, bacteremia did not seem to be responsible for the death of mice, as both mice strains presented similar amounts of bacteria in blood and organs. Thus, it was postulated that the higher mortality in S. suis-infected A/J mice was due to uncontrolled septic shock. In fact, A/J mice presented very high levels of TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN-ɣ, that significantly exceeded those found in B6 mice. Remarkably, chemokine levels were similar between strains, suggesting their limited participation in the development of septic shock by S. suis. A greater survival of B6 mice was partially related to a better regulation of the pro-inflammatory cytokine cascade, as they showed a higher production of the anti-inflammatory cytokine IL-10 than A/J mice. The potential beneficial role of the IL-10 in mice infected with S. suis was confirmed using two approaches: the first, by blockage of the cell receptor of IL-10 (IL-10R) with an anti-mouse IL-10R monoclonal antibody (Mab) in B6 mice and the second by administrating recombinant mouse (rm)IL-10 (rmIL-10) to A/J mice. B6 mice that received the IL-10R MAb treatment before challenge with S. suis developed a clinical acute disease similar to that observed with A/J mice, with a striking and rapid increase in mortality and higher levels of TNF-α in comparison to those of infected mice that did not receive the treatment. Controversially, treatment with rmIL-10 significantly delayed the onset of septic shock in A/J mice infected with S. suis. These results show that survival from S. suis septic shock requires a tight regulation of pro- and anti-inflammatory mechanisms, and that the latter should be activated at the same time or soon after the onset of the pro-inflammatory response. This part of the study may represent a first step in the identification of host genes associated with resistance against S. suis. One of the most important achievements of the mouse model of infection described in this project is the development of distinct clinical signs of neurological disease in CD1 mice from 4 days p.i. Indeed, in CD1 mice that survived sepsis due to S. suis infection, clinical signs of neurological disease and vestibular syndrome, which are quite similar to those observed in clinical cases of S. suis meningitis in both pigs and humans, were observed. Studies of the brains of infected CD1 mice using in situ hybridization combined with immunocytochemistry, demonstrated that the CNS inflammatory response began with a significant increase in the transcription of Toll-like receptor (TLR)2 and CD14 initially in the brain microvasculature and choroid plexuses, suggesting that S. suis may use these structures as portals of entry to the brain. There also was activation of NF-κB (as indicated by transcriptional activation of IκBα as a reporter system) and TNF-α, IL-1β and MCP-1, mainly in cells identified as microglia and to a lesser extent in astrocytes. These signals reached different brain structures, mainly the brain cortex, corpus callosum, hippocampus, choroid plexuses, thalamus, hypothalamus and meninges. All of these pro-inflammatory events were associated with extensive areas of inflammation and necrosis, severe demyelination and presence of antigens of S. suis inside microglia. In vitro studies were conducted in order to better understand the interactions of S. suis and microglia. For this, mouse microglia were infected with a virulent wild type (WT) strain of S. suis. Two isogenic mutants deficient in capsule (CPS) or hemolysin production (suilysin, SLY) respectively, were also included for comparative purposes. The CPS was important for S. suis resistance to phagocytosis, and it also modulated the inflammatory response by hiding pro-inflammatory components from the bacterial cell wall. On the other hand, the absence of SLY, a potential cytotoxic factor, did not have a major impact on S. suis interactions with microglia. Studies with microglia helped to confirm previous findings in vivo in mice, as the WT S. suis strain induced the up-regulation of TLR2 and the production of several pro-inflammatory mediators, including TNF-α and MCP-1. As observed in mice, S. suis induced NF-kB translocation, which was more rapid for cells stimulated with the CPS-deficient mutant, suggesting that bacterial cell wall components are potent inducers of NF-kB. Moreover, WT S. suis promoted phosphotyrosine, PKC and different mitogen-activated protein kinase (MAPK) events. However, microglia infected with the CPS-deficient mutant showed overall stronger and more sustained phosphorylation profiles. Finally, the CPS also modulated S. suis-induced inducible nitrogen oxide synthase (iNOS) expression and further nitric oxide production in microglia, which could be related to neurotoxicity and vasodilatation in vivo. We are confident that our results may help to more fully understand the mechanisms underlying S. suis induction of inflammation, leading to the design of more efficient anti-inflammatory strategies for sepsis and meningitis. Finally, we believe this experimental model of infection in mice could also be useful for studying the pathogenesis of infections of the CNS, due to other bacteria.

Le Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë (SDRA) est une maladie inflammatoire courante en service de réanimation qui touche environ 10% des patients. Une augmentation pathologique de la rigidité et/ou de l'adhésion des leucocytes des patients atteints du SDRA semble être un des facteurs déclenchants majeurs de la maladie. Nous avons utilisé la microfluidique pour mimer le passage des cellules dans les capillaires pulmonaires. L'observation du passage de cellules modèles (lignée monocytaire humaine THP-1) dans des constrictions microfluidiques (H=12µm et W=6µm) a permis de mesurer leur temps d'entrée. Ensuite nous avons incubé des cellules dans des sérums issus de malades et étudié leurs caractéristiques de passage dans des constrictions microfluidiques en fonction du temps d'incubation et de la concentration en sérum. Ces résultats sont ensuite comparés à la composition des sérums en cytokines (IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10, IL-17, TNF-α, TGF-β et INF-γ). Des corrélations entre l'IL-8, IL-1β, le TNF-α et le temps d'entrée ont été trouvés. Ces deux cytokines peuvent jouer un rôle dans la rigidité cellulaire lors de cette maladie. En incubant ainsi nos cellules avec les recombinants humains (IL-8, IL-1β et Tnf-α), nous avons constaté une augmentation de la rigidité des cellules. D'un point de vue médical nous avons montré que l'utilisation d'anticorps bloquants anti IL-8, anti IL-1β et anti TNF-α permet de protéger les cellules. / The project consists in using microfluidic devices to test human leukocyte behavior in microcirculation. Adult Respiratory Distress Syndrome (ARDS) is a disease that affects numerous patients in intense care services with a rate of death 50%. It is triggered to the sequestration of neutrophils within the lung microvasculature. There is neither diagnostic nor efficient treatment now. We study the properties of the passage of THP-1, and real neutrophils in micro-channels of width 6µm. In order to improve the understanding of SDRA, we also incubate models cells in patient's serums who are suffering from ARDS and diagnostic tools are being developed in collaboration with the hospitals of Marseille.

De l’isolement des îlots pancréatiques à leur implantation, l’inflammation est omniprésente au cours de la transplantation d’îlots pancréatiques. Le maintien d’une inflammation contrôlée est essentiel pour préserver la survie et la fonctionnalité du greffon à court et long terme. L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier précisément les mécanismes inflammatoires à l’origine de la perte précoce des îlots et de déterminer des cibles thérapeutiques pour limiter ces réactions inflammatoires.Nous avons ainsi démontré que les conditions de culture induisent des réactions à l’origine du développement d’un phénotype pro-inflammatoire et pro-oxydant propre à l’îlot. Cette induction se caractérise par une élévation de la sécrétion de cytokines, de chimiokines pro-inflammatoires, une activation des voies de l’inflammation Toll-like récepteurs (TLRs)-dépendantes et une génération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Toutefois, ce processus peut être prévenu par l’activation de l’Hème oxygénase-1 (HO-1), une enzyme anti-oxydante et anti-inflammatoire.Par l’étude des réactions inflammatoires sur un modèle animal de transplantation mimant les conditions de transplantation humaine, nous avons démontré qu’un changement des médiateurs plasmatiques de l’inflammation et du protéome hépatique s’opère 12 heures après transplantation. De plus, ces résultats sont associés à une infiltration des îlots par les cellules immunitaires qui s’organise 12 heures après transplantation. Nous avons également établi le rôle anti-inflammatoire de la rapamycine (une drogue immunomodulatrice) sur les îlots et les macrophages in vitro. Nous avons ainsi démontré que l’usage de la rapamycine avec la mise en place d’un pré-traitement des îlots et du receveur avant la greffe serait envisageable. Ces travaux ont permis de caractériser les mécanismes inflammatoires mis en oeuvre immédiatement avant et après transplantation. Ainsi, ces données offrent de nouvelles pistes thérapeutiques susceptibles de prévenir et/ou limiter l’inflammation au cours de la transplantation d’îlots pancréatiques. / From isolation of pancreatic islets to their implantation, the inflammation is ubiquitous in the pancreatic islet transplantation. Maintaining a controlled inflammation is essential to preserve the survival of the graft and the functionality in the short and long term. The objective of this work is to identify precisely the inflammatory mechanisms behind the early loss of islets and identify therapeutic targets to reduce these inflammatory reactions. We have demonstrated that culture conditions induce reactions causing the development of a specific proinflammatory and pro-oxydant phenotype islet. This induction is characterized by an increase in the secretion of cytokines, chemokines pro-inflammatory activation pathways of inflammation Toll-like receptors (TLRs) -dependent and generation of reactive oxygen species (ROS). However, this process can be prevented by the activation of Heme oxygenase-1 (HO-1), an antioxidant and anti-inflammatory enzyme.By studying the inflammatory responses in an animal model of transplantation mimicking the conditions of human transplantation, we demonstrated that a change of plasma mediators of inflammation and liver proteome occurs 12 hours after transplantation. Furthermore, these results are associated with infiltration of the islets by immune cells which organizes 12 hours after transplantation. We also determined the anti-inflammatory role of rapamycin (an immunomodulatory drug) on the islets and macrophages in vitro. We have thus demonstrated that the use of rapamycin with the establishment of a pre-treatment of islets and recipient before transplantation could be considered. These studies have characterized the inflammatory mechanisms implemented immediately before and after transplantation. Thus, these data provide new therapeutic approaches that can prevent and / or reduce inflammation during pancreatic islet transplantation

Die vorliegende publikationsbasierte Dissertationsschrift erörtert auf der Basis experimenteller Untersuchungen im Tiermodell die Auswirkungen von Stress auf die Zytokinproduktion und depressionsähnliches Verhalten. Außerdem wird getestet, ob die Blockade des Zytokins Tumornekrosefaktor-α (TNF‑α) eine Möglichkeit zur antidepressiven Intervention darstellt. Einleitend werden die Zusammenhänge von Stress, Zytokinen und Depression referiert sowie das hypothetische Modell erläutert, das den publizierten Untersuchungen zugrunde liegt. Es wird hypothetisiert, dass Stress zur Erhöhung der Produktion proinflammatorischer Zytokine führt und dass die vermehrte Zytokinproduktion depressive Verhaltensweisen hervorruft. Aus dieser Annahme leitet sich die Möglichkeit ab, durch Blockade der Wirkung des proinflammatorischen Zytokins TNF‑α antidepressive Effekte zu erzielen. In den beiden Arbeiten „The impact of social isolation on immunological parameters in rats“ (Archives of Toxicology) und „Stress-induced cytokine changes in rats“ (European Cytokine Network) wurde der Einfluss von sozialer Isolation, chronischem, milden und akutem Stress auf die Zytokinproduktion untersucht. In diesen Untersuchungen führten die verschiedenen Stressarten zu einer Modulation der Produktion proinflammatorischer Zytokine. Die dritte Publikation „Antidepressant effects of TNF‑α blockade in an animal model of depression“ (Journal of Psychiatric Research) berichtet von einem Experiment, in dem untersucht wurde, ob der TNF‑α-Inhibitor Etanercept antidepressive Effekte aufweist. Tatsächlich zeigte sich unter Etanercept ein Rückgang des depressionsähnlichen Verhaltens im forced swim test (FST) analog zu Verhaltensänderungen durch das in Tierversuchen als Standard-Antidepressivum geltende Imipramin. Die Autoren schlussfolgern, dass das Zytokinsystem durch Stress moduliert wird und so in die pathophysiologische Entwicklung einer Depression involviert sein könnte. Zytokininhibitoren könnten eine neue Klasse der Antidepressiva bei Therapieresistenz werden, wenn sich die Ergebnisse dieser Tierversuche in Studien an Probanden und an Patienten replizieren lassen.:Abkürzungsverzeichnis 5 1. Einführung 6 1.1. Zytokine 6 1.1.1. Tumornekrosefaktor-α 7 1.1.2. Interleukin‑1β 9 1.1.3. Interleukin‑2 9 1.1.4. Interleukin‑4 10 1.1.5. Interleukin‑6 10 1.1.6. Interleukin‑10 10 1.1.7. Interleukin‑17 11 1.1.8. Interleukin‑22 11 1.1.9. Interferon‑γ 12 1.2. Stress 12 1.2.1. Sympathikus und Zytokine 12 1.2.2. Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse und Zytokine 12 1.3. Stress und Immunsystem 13 1.4. Stressarten und ihre Paradigmen im Tierversuch 14 1.4.1. Stress durch Isolation bei Ratten 14 1.4.2. Forced Swim Test: Paradigma zur Messung depressionsähnlichen Verhaltens und Modell für akuten Stress 15 1.4.3. Restraint Stress 16 1.5. Depression und Stress 16 1.6. Depression und Entzündung 17 1.7. Neue Therapieansätze gegen Depression 18 1.8. Theoretisches Modell und Fragestellung 19 1.9. Bibliografie zur Einführung 20 2. Originalarbeiten 34 „The impact of social isolation on immunological parameters in rats“ 35 „Stress-induced cytokine changes in rats“ 38 „Antidepressant effects of TNF-α blockade in an animal model of depression“ 45 3. Zusammenfassung 51 4. Anhang 55 Erklärung über die selbständige Abfassung der Arbeit 55 Lebenslauf 56 Publikationen 57 Danksagung 58

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Das Ziel dieser Arbeit war, die funktionellen Charkteristika von humanen antigenerfahrenen CD4-T-Zellen in Relation zur Expression von IL-7Ra und CCR7 zu untersuchen. Im Rahmen dessen wurden zwei verschiedene experimentelle Ansätze wurden gewählt: Zur Analyse von Populationen, die während einer Primärantwort auftreten, wurden antigenerfahrene CD4-T-Zellen in vitro mit TSST-beladenen dendritischen Zellen stimuliert. Der zweite Ansatz bestand darin, zirkulierende antigenerfahrene CD4-T-Zellen entsprechend ihrer CCR7- und IL7R-Expression zu isolieren, um die heterogenen zirkulierenden T-Zellen zu untersuchen. Die Experimente zeigen, daß IL7RhiCCR7+ T-Zellen Charakteristika zentraler Gedächtniszellen besitzen. IL7RlowCCR7–identifiziert hingegen Zellen mit Effektor-T-Zellmerkmalen. Dementsprechend wiesen IL7RlowCCR7– T-Zellen ein stark verringertes Zellüberleben auf, waren stark beeinträchtigt in darin in Anwesenheit von homöostatischen Zytokinen zu proliferieren und exprimierten nur wenig IL-2. Im Gegenzug überlebten IL7RhiCCR7+ T-Zellen gut, reagierten auf homöostatische Zytokine, sekretierten IL-2 und expandierten nach antigenspezifischer Stimulation. Interessanterweise erkannten ex vivo isolierte IL7Rlow T-Zellen vornehmlich persistierende Antigene. Dies weist darauf hin, daß diese Zellen chronisch aktiviert sind. In vitro konnte demonstriert werden, daß die funktionelle Ausprägung der den zentralen Gedächtniszellen ähnlichen IL7RhiCCR7+ T-Zellen deutlich von der Stärke der Stimulation während der Generierung der IL7RhiCCR7+ T-Zellen abhängt. Dieser Umstand stützt die Hypothese, daß die Quantität der Signale während der primären Stimulation die Richtung der Zelldifferenzierung bestimmt und ein solcher Mechanismus zur Heterogenität der zentralen Gedächtnis-T-Zellen in vivo beiträgt. Zusammenfassend kann man feststellen, daß, sich die Marker CCR7 und IL7R in Kombination als ein wertvoll zur Identifizierung von CD4-Gedächtnis- und –Effektor-T-Zellen erweisen / The aim of this work was to elucidate the functional characteristics of human antigen-experienced CD4 T cells according to the expression of IL7RAlpha and CCR7. Two different approaches were used: in order to analyze the subsets occurring during a primary response, antigen-experienced CD4 cells were analyzed in vitro after priming with the superantigen TSST. The signal strength of TCR-stimulation during the priming was modulated in order to understand how the levels of stimulation might influence the generation of memory-like T cells. The second approach was to isolate circulating CD4 T cells expressing different combinations of CCR7 and IL7R in order to analyze the heterogeneous pool of antigen-experienced cells found under steady state conditions ex vivo. The results revealed that both in vitro and ex vivo the IL7RhiCCR7+ T cell subset corresponds to cells with TCM characteristics whereas IL7RlowCCR7– identifies cells with effector characteristics. Correspondingly, IL7RlowCCR7–CD4 T cells showed low survival rates, impaired proliferation in the presence of homeostatic cytokines and a low IL-2 production, IL7RhiCCR7+ CD4 T cells survived well, responded to homeostatic cytokines, secreted IL-2 and expanded upon antigenic stimulation. Notably, ex vivo isolated IL7Rlow T cells preferentially recognized under steady state conditions persistent antigens, suggesting that these cells are chronically activated. Finally, it was demonstrated that IL7RhiCCR7+ TCM-like cells generated in vitro acquired different functional properties depending on the strength of stimulation during the priming. This fact supports the concept that the amount of signal received during the priming influences the cell fate decision contributing to the heterogeneity of the TCM pool in vivo. In summary, despite some differences observed between in vitro and ex vivo CD4 T cell subsets, the combination of the markers CCR7 and IL7R is useful to distinguish memory- from effector-like CD4 T cells.

Diese Arbeit beschreibt Ergebnisse einer in-vitro Untersuchung der Antipsychotika Chlorpromazin, Haloperidol, Clozapin, N-Desmethylclozapin und Quetiapin bezüglich ihrer Wirkung auf die Zytokinproduktion. Dafür wurde Vollblut von gesunden Probandinnen invitro mit dem Immunmodulator Toxic-Shock-Syndrome-Toxin-1 (TSST-1) stimuliert. Dabei wurden die Konzentrationen der Zytokine Interleukin (IL)-1ß, IL-2, IL-4, IL-6, IL-17 und Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) im unstimulierten Blut und im stimulierten Blut, jeweils mit und ohne Zusatz der Antipsychotika gemessen. Es zeigte sich, dass TSST-1 eine signifikante Stimulation der Produktion aller getesteten Zytokine bewirkte und dass es über diese Stimulation mit TSST-1 hinaus zu einer Erhöhung von IL-17 unter allen getesteten Antipsychotika kam. Aufgrund dieser Ergebnisse ist es denkbar, dass Antipsychotika, in Ergänzung zu ihrer Wirkung an Dopaminrezeptoren, auch über diese immunologische Eigenschaft Wirkungen und Nebenwirkungen entfalten können. Weiterhin könnte die IL-17-Produktion ein Biomarker in der Behandlung mit Antipsychotika sein, der wiederum zur individuellen Vorhersage von Wirkungen und Nebenwirkungen beitragen könnte.

IL-12 family cytokines IL-23 and IL-27 play an important role linking innate and adaptive immunity, and regulating T-cell responses. The production of IL-12, a structurally similar cytokine, is decreased in chronic HIV infection; therefore IL-23 and IL-27 may also be influenced by HIV infection. I hypothesized that HIV inhibits LPS-induced IL-23 and IL-27 production in human MDMs by suppressing the activation of signalling pathways regulating their expression. In vitro HIV-infection of MDMs did not have any effect on basal secretion of IL-23 or IL-27; however, HIV inhibited LPS-induced production of IL-12/23 p40 and IL-23 p19, and IL-27 EBI3 and IL-27 p28 mRNA expression, and IL-23, IL-12/23 p40 and IL-27 secretion. In order to evaluate the molecular mechanisms by which HIV inhibits IL-23 and IL-27 in LPS-stimulated MDMs, the signalling pathways regulating their expression were evaluated. The PI3K, p38 MAPK, and JNK MAPK pathways were found to positively regulate LPS-induced IL-27 secretion. Interestingly, in vitro HIV infection inhibited LPS-induced p38 and JNK MAPK activation in MDMs. In summary, I have shown that HIV inhibits IL-23 and IL-27 production in LPS-stimulated MDMs and that HIV may inhibit LPS-induced IL-27 production through the inhibition of p38 and JNK MAPK activation. It is currently unknown whether PKCs regulate LPS-induced IL-23 or IL-27 in human monocytes/macrophages. I demonstrated that classical PKCs differentially regulate LPS-induced IL-23 and IL-27 secretion within THP-1 cells, primary monocytes, and MDMs. Classical PKCs were found to positively regulate LPS-induced IL-12/23 p40 and IL-27 p28 mRNA expression and IL-12/23 p40, IL-23, and IL-27 secretion in primary human monocytes. Similarly, the classical PKCs were found to positively regulate IL-27 p28 mRNA expression and IL-27 secretion in THP-1 cells. However, classical PKCs did not regulate LPS-induced IL-27 production in MDMs, or LPS-induced IL-23 production in THP-1 cells. Overall, this demonstrates that classical PKCs differentially regulate LPS-induced IL-23 and IL-27 production in different myeloid cells.

AIDS-related human cytomegalovirus (HCMV) retinitis remains the leading cause of blindness among untreated HIV/AIDS patients worldwide. Understanding the pathogenesis of this disease is essential for developing new, safe, and effective treatments for its prevention or management, yet much remains unknown about the virologic and immunologic mechanisms contributing to its pathology. To study such mechanisms, we use a well-established, reproducible, and clinically relevant animal model with retrovirus-induced murine acquired immunodeficiency syndrome (MAIDS) that mimics in mice the symptoms and progression of AIDS in humans. Over 8 to 12 weeks, MAIDS mice become susceptible to experimental murine cytomegalovirus (MCMV) retinitis. We have found in this model that MCMV infection significantly stimulates ocular suppressor of cytokine signaling (SOCS)1 and SOCS3, host proteins which dampen immune-related signaling by cytokines, including antiviral interferons. Herein we investigated virologic and/or immunologic mechanisms involved in this stimulation and how virally-modulated SOCS1 and/or SOCS3 proteins may contribute to MCMV infection or experimental MAIDS-related MCMV retinitis. Through pursuit of two specific aims, we tested the central hypothesis that MCMV stimulates and employs SOCS1 and/or SOCS3 to induce the onset and development of MCMV retinal disease. MCMV-related SOCS1 and SOCS3 stimulation in vivo occurred with intraocular infection, was dependent on method and stage of immune suppression and severity of ocular pathology, was associated with stimulation of SOCS-inducing cytokines, and SOCS1 and SOCS3 were differentially sensitive to antiviral treatment. In vitro studies further demonstrated that SOCS1 and SOCS3 stimulation during MCMV infection occurred with expected immediate early kinetics, required viral gene expression in cell-type-dependent and virus origin-dependent patterns of expression, and displayed differential sensitivity to antiviral treatment. These data suggest that SOCS1 and SOCS3 are stimulated by divergent virologic, immunologic, and/or pathologic mechanisms during MCMV infection, and that they contribute to the pathogenesis of retinal disease, revealing new insights into the pathophysiology of AIDS-related HCMV retinitis.