Dendritic cells (DCs) are professional APCs that have a unique capacity to initiate primary immune responses, including tolerogenic responses. We have genetically engineered bone marrow-derived DCs to express the immunosuppressive cytokine IL-10 and tested the ability of these cells to control experimental asthma. A single intratracheal injection of OVA-pulsed IL-10-transduced DCs (OVA-IL-10-DCs) to naive mice prior to OVA sensitization and challenge prevented all the cardinal features of airway allergy, namely eosinophilic airway inflammation, airway hyperreactivity, and production of mucus, Ag-specific Igs and IL-4. OVA-IL-10-DCs also reversed established experimental asthma and had long-lasting and Ag-specific effects. We furthermore showed, by using IL-10-deficient mice, that host IL-10 is required for mediating the immunomodulatory effects of OVA-IL-10-DCs and demonstrated a significant increase in the percentage of OVA-specific CD4+CD25+Foxp3+IL-10+ regulatory T cells in the mediastinal lymph nodes (MLNs) of OVA-IL-10-DC-injected mice. Finally, adoptive transfer of CD4+ MLN T cells from mice injected with OVA-IL-10-DCs protected OVA-sensitized recipients from airway eosinophilia upon OVA provocation. Our study describes a promising strategy to induce long-lasting Ag-specific tolerance in airway allergy./L’asthme atteint des proportions épidémiques dans les pays développés et a un impact négatif sur la qualité de vie. De plus les coûts des soins de santé relatifs à cette maladie ne cessent d’augmenter. La nette augmentation de l’incidence durant ces dernières décennies reste une énigme, les facteurs environnementaux ayant probablement contribués pour une large part dans ce processus.<p>Bien que le traitement actuel de l’asthme avec des corticostéroïdes inhalés et des agonistes β2 à longue durée d’action est satisfaisant et sans danger, des inquiétudes restent sur les effets à long terme des corticostéroïdes, en particulier lorsqu’on voit que les traitements commencent parfois très tôt dans l’enfance. De plus, la thérapie actuelle ne semble pas inhiber le TGF-β ni les dépôts de collagène, importants dans le remodelage des voies aériennes qui, au final, contribue à augmenter l’HRB des voies respiratoires.<p>La prévalence et la sévérité de l’asthme atopique augmentent de façon alarmante partout dans le monde depuis ces vingt dernières années {Eder, 2006 2}. Les traits pathophysiologiques de l’asthme allergique, à savoir l’éosinophilie pulmonaire chronique, l’hyperréactivité bronchique des voies aériennes (HRB) à une variété de stimuli non spécifiques, la production excessive de mucus dans les voies aériennes et les niveaux élevés d’IgE dans le sérum, sont tous étroitement liés à une réponse immune de type Th2 aberrante envers des antigènes habituellement inhalés (Ag) {Busse, 2001 466; Larche, 2003 467; Ray, 1999 465; Wills-Karp, 1999 464}. Les lymphocytes Th2 spécifiques de l’antigène exercent des fonctions effectrices cruciales en produisant un répertoire propre de cytokines, les plus importantes d’entre-elles étant l’IL-4, l’IL-5 et l’IL-13 {Busse, 2001 466; Larche, 2003 467; Ray, 1999 465; Wills-Karp, 1999 / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La toxine de pertussis (PTX) est une A-B protéine considérée comme l’un des principaux facteurs de virulence de Bordetella pertussis, l’agent bactérien responsable de la coqueluche. Aujourd’hui, cette maladie représente encore un réel danger pour les nouveaux-nés et les<p>nourrissons non ou partiellement immunisés. Actuellement, la coqueluche provoque encore la<p>mort d’environ 350.000 individus par an. La toxicité de la PTX est liée à l’activité<p>enzymatique de sa sous-unité A capable d’inhiber les voies de signalisation associées aux<p>protéines Gi. La partie B, quant à elle, permet l’entrée de cette sous-unité A dans le<p>cytoplasme des cellules cibles en se liant spécifiquement à son ou ses récepteurs<p>membranaires toujours inconnus de nos jours.<p><p>Des études réalisées chez la souris et chez l’homme ont montré que les vaccins anticoquelucheux combinés à différents antigènes vaccinaux étaient capables de moduler<p>leurs réponses humorales spécifiques. Par ailleurs, la PTX est couramment qualifiée d’agent<p>immunostimulant. En effet, des modèles murins de vaccination permirent d’identifier des<p>propriétés adjuvantes de la PTX coadministrée avec des antigènes non relevants.<p><p>Le travail développé dans ce manuscrit étudie les effets de la PTX sur 2 types cellulaires<p>primordiaux sollicités lors d’une vaccination :la cellule dendritique (DC) et le lymphocyte T<p>CD4+ naïf.<p><p>Les DC sont les seules cellules présentatrices d’antigènes aptes à initier une réponse immune<p>primaire. Dans un premier temps, nous avons montré que la PTX était capable d’activer des<p>DC générées in vitro à partir de monocytes. En effet, elles acquièrent un phénotype mature<p>caractérisé par une augmentation de l’expression membranaire des molécules costimulatrices<p>et du CMH de classe II, démontrant un effet direct et spécifique de la PTX sur les DC<p>myéloïdes. Parallèlement, ces DC produisent du TNF-a, de l’IL-12p40 et de l’IL-12p70 et<p>activent NF-kappaB, un facteur de transcription essentiel au processus de maturation. Nous<p>avons obtenu des résultats similaires avec une toxine génétiquement modifiée qui est<p>enzymatiquement inactive. A partir de sang total incubé avec la PTX, nous avons par ailleurs<p>observé que les DC circulantes du nouveau-né étaient déficientes dans leur maturation et leur<p>sécrétion d’IL-12p70 comparées aux DC de l’adulte.<p><p>D’autre part, il a été décrit précédemment que la PTX exerçait des effets mitogènes sur les<p>lymphocytes T humains et murins. Cependant, le rôle qu’elle joue sur la population des<p>lymphocytes T CD4 naïfs reste peu connu. A l’issue de notre second travail, nous pouvons<p>dès lors affirmer que la PTX est également capable d’activer des lymphocytes T<p>CD4+CD45RA+ naïfs isolés à partir des cellules mononuclées du sang périphérique, et ce<p>indépendamment de son activité enzymatique. En effet, ces lymphocytes T CD4+ naïfs stimulés par la PTX prolifèrent, synthétisent des quantités non négligeables d'ARN messagers<p>codant pour l’IL-2 et le TNF-a, augmentent l’expression membranaire des molécules CD40L,<p>CD69 et CD25 et expriment la protéine Foxp3. Cette activation s’accompagne de la translocation nucléaire de NF-kappaB et NFAT. Parallèlement à l’adulte, la PTX active les lymphocytes T CD4 néonataux. Néanmoins, ceux-ci prolifèrent moins bien et expriment plus faiblement le CD40L à leur surface.<p><p>Enfin, la PTX induit la sécrétion de taux importants d’IFN-g par des T CD4+CD45RA+ naïfs<p>adultes mis en présence de DC autologues.<p><p>Nous terminerons en proposant l’hypothèse suivante :La PTX pourrait exercer ses propriétés<p>adjuvantes par l’intermédiaire de différents mécanismes comprenant notamment la maturation<p>des DC d’origine myéloïde et l’activation des lymphocytes T CD4+CD45RA+ naïfs. Ces 2 populations cellulaires sont en effet les principaux protagonistes impliqués dans la réponse<p>immune primaire. / Doctorat en sciences pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

À l’inverse des autres sous types de cellules dendritiques conventionnelles (cDC), la présentation de peptides dérivés de corps apoptotiques par les DC mérocytiques (mcDC) cause un bris de la tolérance. Ces cellules induisent le diabète lorsqu’elles présentent des peptides dérivés de cellules bêta du pancréas. De plus, chargées avec des peptides dérivés de cellules tumorales, elles permettent la réactivation des lymphocytes T et l’élimination de la tumeur. Ces propriétés spécifiques aux mcDCs mettent en évidence de nouveaux aspects dans le contrôle des bris de tolérance. Comprendre leur relation avec les autres DCs et leur régulation sont nécessaires pour comprendre les mécanismes associés à la tolérance immune. Nous avons déterminé que les mcDCs étaient des cDCs. Les mcDCs sont des cellules avec une courte durée de vie et qui induisent une réponse allogénique. Elles expriment le facteur de transcription spécifique aux cDCs, Zbtb46. Les mcDCs se différencient à partir des précurseurs communs aux cDCs. Elles expriment le facteur de transcription IRF-4, important pour les cDC2, et son absence affecte leur homéostasie. Cependant, la proximité des mcDCs avec les cDC2 diffère en matière de métabolisme où elles ont des signatures différentes. Les mcDCs sont retrouvées en plus grand nombre dans un modèle murin de diabète auto-immun spontané (NOD) que dans une lignée de souris résistante (C57BL/6). Notre laboratoire a validé que le locus Idd13 du chromosome 2 était lié au nombre de mcDCs, suggérant donc qu’un ou plusieurs gènes de ce locus ont un rôle dans la régulation du nombre de mcDCs. En ciblant des gènes polymorphiques entre la souris NOD et la souris C57BL/6, nous avons déterminé que le gène Bim, qui code pour une molécule proapoptotique, régule de manière moelle osseuse intrinsèque spécifiquement les mcDCs. Les mcDCs sont donc un sous-type de cDCs spécifiquement régulé par Bim. Ce sous- type de cDCs est une population clé dans les bris de tolérance et comprendre leur homéostasie est primordial pour déterminer leur rôle dans le contrôle de la tolérance immune. / Unlike other conventional dendritic cells (cDCs) subtypes, presentation of peptides derived from apoptotic bodies by merocytic dendritic cells (mcDCs) is associated with a break of tolerance. Presentation of peptides derived from pancreatic beta cells by mcDC is linked to diabetes induction. However, when loaded with peptides derived from tumor cells, they allow the reactivation of T cells and the elimination of the tumor. These properties specific to mcDC highlight new aspects in the control of break of tolerance. Understanding their relationships with other DCs and their regulation is important for understanding the mechanisms associated with immune tolerance. We have determined that mcDCs are cDCs. mcDCs are short-lived cells able to induce an allogeneic response. They express the specific cDC transcription factor, Zbtb46. mcDCs are differentiated from the cDC common precursors. They express and require IRF-4 for their homeostasis, a transcription factor associated with cDC2 differentiation. However, the proximity of mcDC to cDC2 differs in terms of metabolism where they have different signatures. mcDCs are found in greater numbers in the mouse model of spontaneous autoimmune diabetes (NOD) than in a resistant line (C57BL/6). Our laboratory validated that the Idd13 locus of chromosome 2 was linked to mcDC number, thus suggesting that one or more genes of this locus have a role in regulating the number of mcDC. By targeting polymorphic genes between the NOD and C57BL/6 mice, we determined that Bim gene, encoding a pro-apoptotic molecule, regulate specifically mcDC in a bone marrow intrinsic manner. Therefore, mcDCs are a subset of cDCs specifically regulated by Bim. This subtype of cDCs is a key player in break of tolerance and understanding their homeostasis is important in determining their role in immune tolerance.

Les protéines d’adhésions homophiles N-cadhérine jouent un rôle majeur dans le développement du cerveau, notamment en agissant sur la croissance et la plasticité synaptique. Au cours de ma thèse, j’ai étudié le rôle de la N-cadhérine dans ces deux processus en utilisant des neurones issus de cultures primaires déposés sur des substrats micropatternés. Ces substrats sont recouverts de N-cadhérine purifiée afin d’induire des adhésions N-cadhérines sélectives au niveau de micro-motifs régulièrement espacés. Mes deux premières études sont basées sur le modèle d’embrayage moléculaire, décrivant le processus par lequel la motilité du cytosquelette d’actine se couple aux adhésions au niveau de la membrane cellulaire afin de générer des forces de traction aux zones de contact avec le substrat, permettant ainsi l’avancée cellulaire (Giannone et al., 2009). Plusieurs études ont mis en avant l’existence d’un tel modèle (Mitchison et Kirschner, 1988 ; Suter et Forscher, 1998), cependant le mécanisme exact permettant d’expliquer ce couplage mécanique de l’actine aux protéines d’adhésions reste mal connu. Via des techniques de pinces optiques, des travaux précédemment menés dans l’équipe ont prouvé l’existence d’un couplage entre le flux d’actine et les adhésions N-cadhérine permettant la migration du cône de croissance (Bard et al., 2008). Cette technique n’a cependant pas permis la visualisation directe de l’engagement d’un tel mécanisme. Nous avons donc couplé l’utilisation des substrats micro-patternés à la microscopie haute résolution sptPALM/TIRF afin de visualiser directement la dynamique des protéines impliquées dans l’embrayage moléculaire. Dans le premier article, j’ai montré pour la première fois l’existence d’interactions transitoires entre le flux d’actine et les adhésions N-cadhérines au niveau du cône de croissance, reflétant un embrayage glissant à l’échelle de la molécule unique (Garcia et al., en préparation). Dans le second article, en travaillant sur des neurones plus matures, nous avons pu montrer l’engagement d’un embrayage moléculaire trans-synaptique entre adhésions N-cadhérines et flux d’actine permettant la stabilisation du filopode dendritique et ainsi sa transition en épine mature (Chazeau/Garcia et al., en préparation). J’ai également participé à une troisième étude dans laquelle j’ai observé l’effet des substrats micropatternés recouverts de N-cadhérine, sur la synaptogenèse. J’ai ainsi pu prouver que la N-cadhérine déposée sur les micro-motifs, stimule la croissance dendritique et axonale et joue un rôle prépondérant dans la maturation morphologique des neurones. Cependant, la N-cadhérine est incapable d’induire la formation de synapses contrairement aux protéines d’adhésion neurexine/neuroligine ou SynCam (Czöndör et al., 2013). / The homophilic adhesion molecule N-cadherin plays major roles in brain development, notably affecting axon outgrowth and synaptic plasticity. During my PhD work, I addressed the role of N-cadherin in these two processes, using primary neurons cultured on micro-patterned substrates. These substrates are coated with purified N-cadherin to trigger selective N-cadherin adhesions in a spatially controled manner. My two first studies are based on the “molecular clutch” paradigm, by which the actin motile machinery is coupled to adhesion at the cell membrane to generate forces on the substrate and allow cells to move forward (Giannone et al., 2009). Many publications have provided evidence for such a mechanism (Mitchison et Kirschner, 1988 ; Suter et Forscher, 1998), but the exact mechanisms underlying the molecular coupling between the actin retrograde flow and adhesion proteins remain elusive. The team previously inferred, using optical tweezers, that a molecular clutch between the actin flow and N-cadherin adhesions drives growth cone migration (Bard et al., 2008), but could not achieve a direct visualization of the engagement process with this technique. Here, we combined the use of micropattern substrates with high resolution microscopy sptPALM/TIRF to visualize directly the dynamics of the main proteins involved in the molecular clutch. In my first paper, I reveal for the first time transient interactions between the actin flow and N-cadherin adhesions in growth cones, reflecting a slipping clutch process at the individual molecular level (Garcia et al., in preparation). In a second study, working with more mature neurons, we revealed that engagement of a molecular clutch between trans-synaptic N-cadherin adhesions and the actin flow underlies the stabilization of dendritic filopodia into mature spines (Chazeau/Garcia et al., in preparation). I also participated to a third study, where I observed the effect of N-cadherin coated substrates on synaptogenesis. I showed that, although N-cadherin on micro-patterned substrates stimulated axonal and dendritic elongation and played a major role in morphological maturation, it was not able to induce synapse formation like neurexin/neuroligin or SynCAM adhesions (Czöndör et al., 2013).

Aus hämatopoetischen Stammzellen (HSCs) können sich neben allen anderen Zellen des Immunsystems auch dendritische Zellen (DCs) entwickeln. DCs spielen eine zentrale Rolle sowohl bei der Induktion von Immunantworten als auch bei der Aufrechterhaltung peripherer Toleranz. Eine Beeinflussung von DCs zur therapeutischen Nutzung wäre wünschenswert, erfordert aber ein noch tieferes Verständnis über deren Entwicklung im humanen Organismus. Das erste Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung potentieller DC-Vorläuferzellen in humanen lymphatischen Geweben. In Immunfluoreszenzaufnahmen von Thymus, Milz und Tonsillen mit Stammzell-charakterisierenden Markern konnten sowohl die in der Literatur als „Hämatopoetisches Stammzellkompartiment“ beschriebene Zellpopulation als auch weitere Zwischenstufen der Entwicklungsreihe der HSCs detektiert werden. Als Nächstes wurde untersucht, ob die im Gewebe identifizierten CD34+ Zellen in der in vitro Kultur zu DCs differenziert werden konnten. Hierzu wurden zunächst Protokolle etabliert und weiterentwickelt, in denen CD34+ Stammzellen des Nabelschnurbluts zu DCs gereift wurden. In einem anschließenden Schritt wurde das Protokoll mit den besten Ausbeuten an DCs auf Thymuszellen angewendet. Somit gelang es, aus Thymusstammzellen eine DCSubpopulation zu generieren, die aufgrund ihrer Markerexpression den Langerhanszellen ähnelt. Auf ihnen konnten außer Langerin auch andere C-Typ Lektinrezeptoren (Clec9a, DCIR und CD205) detektiert werden. Diese Zellen sind daher interessante Ziele für Untersuchungen zur Antigenbeladung von DCs und deren Präsentation an das adaptive Immunsystem. Zur effektiven Antigenbeladung von DCs werden Antikörper gegen endozytotisch wirksame Oberflächenmoleküle benötigt. Für deren Produktion wurden im weiteren Verlauf der Arbeit His-tragende und Ig-Fusionsproteine von Clec9a, Langerin, Dectin-1 und Dectin-2 produziert, um diese zur Immunisierung und Antikörperproduktion einzusetzen. In Zukunft können diese Antikörper zur Charakterisierung verschiedenster DC-Subpopulationen und außerdem zur Antigenbeladung von DCs herangezogen werden.

Dendritic cells (DCs), a hematopoietic cell type belonging to the sub-group of cells called antigen presenting cells (APCs), inhabit a central role in innate and adaptive immunity. Although the DC family is very heterogeneous, all members share unique features. Most importantly, DCs can stimulate an immune response. This is due to the cells’ ability to capture and process antigens and to maturate in the presence of danger signals presented by pathogens. Maturation in turn results in the migration of DCs from the tissue they reside in to the draining lymph nodes, as well as in the subsequent presentation of the acquired antigens to T cells. In the skin, which is one of the most immunogeneic organs, DCs are present in sizable numbers in both the epidermis and the dermis. This study focused on two types of DCs: epidermal Langerhans cells (LCs) and dermal DCs (DDCs). While much is understood about LCs, far less is known about the role that DDCs play in skin immunity. Therefore one purpose of this study was to characterize DDCs and to compare their phenotype and functions to that of LCs. This study used two different methods to characterize human skin resident immune cells with regard to their number and distribution. First, a stable analytical immunohistochemistry-based method was developed and applied to a substantial number of healthy skin donors. This enabled a quantitative analysis of skin DC types and skin resident T cells at different anatomical locations in situ. A novel method to count dermal cell populations in situ was developed that resulted in the first published quantification of APCs, DDCs, as well as T cells in human dermis. Second, the traditional form of the emigration assay, which selectively enriches vital cells capable of ex vivo emigration from the skin, was upgraded toward a stable analytical method to separate epidermal LCs from DDCs. In this way, both skin DC types became accessible in sufficient numbers to allow for a comparison of phenotypes and functions in vitro. The resulting phenotypic observations clearly showed that both, LCs and DDCs are not fully mature after their emigration ex vivo and that both can be transformed into a phenotypically more mature state by treating them with inflammatory cytokines. What’s more, LCs are also functionally in an immature state after their emigration. They efficiently took up antigen, showed a low capacity to trans-migrate in response to chemokines, and demonstrated a low capacity to stimulate allogeneic T cells in a mixed leukocyte reaction (MLR). For the first time this study observed all these main APC functions not only for LCs but additionally for DDCs. As these observations were made in relation to LCs of the same donor, it could be concluded that DDCs are functionally more mature than LCs after emigration. DDCs showed a lower antigen uptake capacity than LCs but were superior in terms of their migratory and stimulatory capacity. However, treatment with cytokines could skew LC functions toward functional capacities observed for DDCs, i.e., it decreased LCs’ Ag uptake and increased their migratory and stimulatory capacity, whereas the cytokine treatment did not alter DDCs’ functional capacities. After improving immuno-histochemistry and the emigration assay using healthy skin samples, these newly developed techniques were implemented in clinical trials to observe the number, distribution and migratory capacity of skin DCs and T cells in patients undergoing allogeneic hematopoietic cell transplantation (aHSCT). Such a study is of importance because the turnover of DCs and T cells is closely associated with the occurrence of acute graft-versus-host disease (aGvHD), the major cause of morbidity and mortality after aHSCT. Due to the study design used, this study concisely demonstrate that at the onset of aGvHD, different DC types accumulate along with effector T cells in skin lesions of aGvHD but not in uninvolved skin of the same patient. These results suggest that in addition to donor T cells LCs and DDCs play a role during the early phase of cutaneous aGvHD directly within the site of inflammation. The view of many authors that DC depletion in the transplant recipient, especially in target organs, is a promising approach for aGvHD prophylaxis and therapy is further underscored by these results. One targeting strategy to inhibit GvHD by eliminating recipient DCs may be the use of DC specific monoclonal antibodies. Alemtuzumab (anti-CD52) is a monoclonal antibody and has proven effective in preventing aGvHD after aHSCT. It may, despite depleting donor T cells, also work by targeting recipient DCs. To determine whether the last mechanism of action is significant, a second clinical study investigated the effects of intravenous alemtuzumab on DCs by comparing the number of these cells in skin and blood of patients before and after a 4-week course of alemtuzumab treatment. The result was that although skin DCs weakly express the target antigen CD52 the number of these cells was not consistently reduced by alemtuzumab. In contrast, circulating blood DCs have a stronger CD52 expression and were significantly reduced by the treatment. In conclusion, this work provides new insights into the phenotypical and functional characteristics of human skin DCs, as well as into the fate of these cell types during aHSCT. The investigation of the APC system during aGvHD as carried out here will help to understand the process of aGvHD in more detail. All these efforts may hopefully support the development of new approaches for therapy and prevention of this major limitation of aHSCT and may help to improve this only curative therapy for several life-threatening diseases.

A new paradigm of electronic devices with bio-inspired features is aiming to mimic the brain’s fundamental mechanisms to achieve recognition of very complex patterns and more efficient computational tasks. Networks of electropolymerized dendritic fibers are attracting much interest because of their ability to achieve advanced learning capabilities, form neural networks, and emulate synaptic and plastic processes typical of human neurons. Despite their potential for braininspired computation, the roles of the single parameters associated with the growth of the fiber are still unclear, and the intrinsic randomness governing the growth of the dendrites prevents the development of devices with stable and reproducible properties. In this manuscript, we provide a systematic study on the physical parameters influencing the growth, defining cause-effect relationships for direction, symmetry, thickness, and branching of the fibers. We build an electrochemical model of the phenomenon and we validate it in silico using Montecarlo simulations. This work shows the possibility of designing dendritic polymer fibers with controllable physical properties, providing a tool to engineer polymeric networks with desired neuromorphic features.

<p> Virus-induced modulation of dendritic cell function is thought to be an effective mechanism for viral-immune evasion. The severe-acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) has been shown to infected human myeloid dendritic cells (MDCs) and directly modulate the cellular cytokine production. The ability of other human coronaviruses to infect MDCs and impair cell immune function has not been assessed. </p> <p> This thesis describes the infection of human MDCs with coronavirus 229E, NL63, and OC43. 229E showed productive, but limited genomic replication, nucleocapsid protein synthesis and infectious progeny release in MDCs. 229E infection stimulated IFN-α, IL-6 and MCP-1 production in MDCs, but little to no IL-12, TNF-α, IL-8, IP-10, or RANTES . 229E-infected MDCs showed poor CD80 expression, down-regulated CD86 and HLA-DR expression and were poor stimulators of CD4+ T cell proliferation. In contrast to 229E, OC43 showed persistent and productive genomic replication, nucleocapsid protein synthesis and infectious progeny release in MDCs. OC43 infection stimulated IFN-α, IL-12, IP-10 and MCP-1 production in MDCs, but little to no TNF-α, IL-6, IL-8 or RANTES . The up-regulation of maturation molecules and CD4+ T cell stimulatory capacity in OC43-infected MDCs was donor cell-dependent. In contrast to 229E and OC43, NL63 infection of MDCs was non-productive, showing no viral genomic replication, protein production or infectious progeny release. NL63 infection stimulated strong cytokine (IFN-α, IL-12, TNF-β and IL-6) and chemokine (IL-8, IP-10, RANTES and MCP-1) responses in MDCs. NL63-infected MDCs showed up-regulated CD80, CD83, CD86 and HLA-DR expression and were efficient stimulators of CD4+ T cell proliferation. </p> <p> This study provides the first evidence that human coronaviruses other than SARSCo V can abrogate MDC immune effector function. It also provides the first side-by-side comparison of 229E, NL63 and OC43 and identifies the potential of 229E and OC43 to impair MDC cytokine production and T cell stimulation as a mechanism of immune response evasion. <p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Porcine circovirus type 2 (PCV2) is the causative agent of porcine circovirus-associated disease (PCVAD). Porcine reproductive and respiratory syndrome (PRRS) is caused by PRRS virus (PRRSV). Both PCV2 and PRRSV have caused devastating diseases in the swine industry worldwide, resulting in immense economic losses. One of the most common co-infections in the swine industry is PCV2 and PRRSV. The aim of this dissertation research is to explore different experimental approaches to develop novel vaccines against the two major pathogens affecting swine production and study the basic mechanisms that may be involved in viral pathogenesis. Two types of porcine circovirus (PCV), PCV1 and PCV2, have been identified thus far. PCV1, first identified as a contaminant of the PK-15 cell line, is non-pathogenic and has a low prevalence in swine herds. PCV2 is highly prevalent in most swine-producing countries and is associated with clinical PCVAD. The non-pathogenic PCV1 shares similar genomic organization with PCV2. Previously, it has been demonstrated that a genetically modified infectious chimeric PCV1-2a virus can tolerate up to a 27 aa insertion in the C-terminus of the ORF2 without affecting infectivity and produce a dual immune response against PCV2cap and the inserted epitope tag. Therefore, we evaluated the use of the non-pathogenic PCV1 wild-type (wt) virus and chimeric PCV1-2a vaccine virus (vs) to express four known B-cell epitopes of PRRSV. Peptide epitopes of PRRSV-VR2385, including GP2II (aa 40–51, ASPSHVGWWSFA), GP3I (aa 61–72, QAAAEAYEPGRS), GP5I (aa 35–46, SSSNLQLIYNLT), and GP5IV (aa 187–200, TPVTRVSAEQWGRP) were inserted in frame into the C-terminus of the ORF2 of PCV1wt as well as the PCV1-2avs. Four PCV1-PRRSVEPI chimeric viruses and four PCV1-2a-PRRSVEPI chimeric viruses were successfully rescued and shown to be infectious in vitro and co-expressed PCV1cap or PCV2cap with each specific PRRSV epitope. Two independent animal studies were conducted to evaluate whether the non-pathogenic PCV1 can serve as a vaccine delivery vector and whether the PCV1-2a vaccine virus can be used to develop a bivalent vaccine against both PCV2 and PRRSV. We demonstrated that three PCV1-PRRSVEPI chimeric viruses and two PCV1-2a-PRRSVEPI chimeric viruses were infectious in pigs. Importantly, we demonstrated that the PCV1-PRRSVEPI and PCV1-2a-PRRSVEPI chimeric viruses not only induced specific PCV1 or PCV2 IgG antibody but also specific anti-PRRSV epitope antibody responses as well. Regardless of the PCV backbone used, we showed that the PCV-PRRSV chimeric viruses elicited neutralizing antibodies against PRRSV-VR2385. These results provided a proof of concept for the potential use of the non-pathogenic PCV1 as a vaccine delivery system for PRRSV or other swine pathogens and the use of PCV1-2a vaccine virus to generate a bivalent vaccine against both PCV2 and PRRSV. PRRSV causes a persistent infection and immunosuppression. Immunomodulation of the host immune system is caused by modulation of numerous interleukins, such as type I interferons, tumor necrosis factor alpha (TNF-α), interleukin-1 (IL-1), interleukin-6 (IL-6), and interleukin-12 (IL-12) in infected pigs. Antigen-presenting cells (APCs) are the first line of defense, and their infection plays an important role in innate-mediated immune regulation during early immune responses. Among the APCs, pulmonary alveolar macrophages (PAMs), pulmonary interstitial macrophages (PIMs), and dendritic cells (DCs) are the main targets for PRRSV replication. The role of PRRSV-DCs interaction is not fully understood, and current research focuses on the production and regulation of interferons through DC-SIGN receptors. In this study, we evaluated the immunomodulation of MoDCs by PRRSV through interactions with the pDC-SIGN receptor, by blocking pDC-SIGN with recombinant hICAM-3-Fc or anti-pDC-SIGN mAb. Our results indicate that recombinant hICAM-3-Fc enhances mRNA expression of proinflammatory cytokines and that anti-pDC-SIGN mAb inhibits mRNA expression of TNF-α and IL-1α and enhances the expression of IL-12 induced by PRRSV in MoDCs. The results will help understand the molecular mechanisms of PRRSV pathogenesis. / Ph. D.

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Please refer to full text for abstract / AFRIKAANSE OPSOMMING: Sien volteks vir opsomming