Toll-like receptors (TLRs), named after toll proteins identified in Drosophila melanogaster, are the pattern recognition receptors in the innate immune system that detect microbes. TLRs are mono, membrane-spanning, as well as non-catalytic receptors, which are mainly expressed in sentinel cells, such as the dendritic cells, neutrophils and macrophages. While humans have ten TLRs (TLR 1 to 10), the mouse has another three (TLRs 11, 12, 13). TLRs are made up of glycoproteins, which have luminal ligand-binding sites consisting of leucine-rich repeat (LRR) for detection of pathogens leading to activation of immune cells. TLR1, 2, 4, and 6 are responsible for recognition of lipids (such as triacetylated lipopeptide), peptidoglycan, and lipopolysaccharide (LPS). However, the TLR3, 7, 8, and 9 mainly recognize nucleic acids, such as double-stranded RNA (dsRNA) and CpG DNA, while the TLR13 detects ribosomal RNA sequences. So far, there are no data on the localization and immunological functions of TLR10. I studied the expression, localization and role of TLR10 in S. pneumoniae infection. First, I examined the expression of TLR10 in lungs of pig, cattle, dog, rat, and chickens. The light and electron microscopic data show TLR10 expression in vascular endothelium and smooth muscles in lungs of control and inflamed animals. Further, we found altered basal level of expression and localization of TLR10 in bovine neutrophils treated with E. coli lipopolysaccharide. These data show the expression of TLR10 in the lungs of tested animal species, and its alteration by LPS in bovine neutrophils. The next study was designed to investigate the regulation of TLR10 expression and to address its role in neutrophil chemotaxis. E. coli LPS activated human neutrophils showed temporal and spatial change in TLR10 expression. Confocal microscopy showed cytosolic and nuclear distribution of TLR10 in normal and activated neutrophils. TLR10 in E. coli LPS-activated neutrophils colocalized with flotallin-1, a lipid raft marker, and EEA-1, an early endosomal marker, suggested its endocytosis. Live cell imaging of LPS activated neutrophils showed TLR10 translocation to the leading edge. Neutrophils upon TLR10 knockdown were unable for fMLP-induced migration. TLR10 knockdown reduced the number of membrane pseudopods in activated neutrophils without altering the expression of key proteins of actin nucleation process, ARP-3 and Diap1. These data show TLR4-mediated pathway for regulation of TLR10 expression, and that TLR10 may have a role in neutrophil chemotaxis. Next, I examined the role of TLR10 in innate immune response to S. pneumoniae infection in U937 human macrophage cell line. S. pneumoniae are major causative agents of pneumonia, meningitis and bacteremia. A significant increase in TLR10 mRNA expression was found in S. pneumoniae (107 cfu for 6hr) challenged macrophages. TLR10 knockdown significantly reduced production of IL-1β, IL-8, IL-17 and TNF-α and no significant change in IL-10 expression, and also significantly diminished nuclear translocation of NF-κB but without affecting the phagocytosis of S. pneumoniae. Altogether, I report the that TLR10 is expressed in the normal and inflamed lungs in cattle, pigs, dogs, rats, chickens and humans. The expression of TLR10 is altered in activated neutrophils, and it plays a role in neutrophils chemotaxis and production of pro-inflammatory cytokines in macrophages infected with S. pneumoniae.

Les maladies cardiovasculaires étant la première cause de mortalité au monde depuis une quinzaine d’années, de nombreuses recherches ont vu le jour sur plusieurs récepteurs impliqués dans ces maladies. C’est le cas du récepteur « Liver X Receptor », un récepteur nucléaire responsable du maintien de l’homéostasie du cholestérol et du glucose ainsi que du contrôle de l’inflammation. Les travaux réalisés dans le cadre de cette maîtrise avaient pour objectifs de mieux comprendre les éléments immunologiques et moléculaires contrôlant la migration des monocytes humains. Tout d’abord, nous avons déterminé le rôle de la prostaglandine E[indice inférieur 2], une cytokine produite massivement en inflammation, en combinaison avec l’activation du récepteur « Liver X Receptor », dans le contrôle de l’expression du récepteur de chimiokine CCR7 chez les monocytes. Ce récepteur est responsable de la migration des leucocytes vers les ganglions lymphatiques sous l’action chimiotactique des chimiokines CCL19 et CCL21. Nous avons démontré que la prostaglandine E[indice inférieur 2] en combinaison avec l’activation du récepteur « Liver X Receptor » induit la transcription de l’ARNm de CCR7 chez les monocytes et leur migration subséquente vers les chimiokines CCL19 et CCL21. Cependant, cette augmentation de la capacité migratoire n’est pas corrélée avec une augmentation de l’expression protéique de CCR7. Nous avons également observé que la prostaglandine E[indice inférieur 2] cause une diminution importante de l’expression de ABCG1, l’un des gènes cibles du récepteur « Liver X Receptor » impliqué dans le relargage du cholestérol. L’importance des récepteurs EP[indice inférieur 2] et EP[indice inférieur 4] a été démontré dans l’expression de l’ARNm et la fonctionnalité de CCR7. La prostaglandine E[indice inférieur 2] semble lier préférentiellement le récepteur EP[indice inférieur 4] plutôt que le récepteur EP[indice inférieur 2]. De plus, l’importance de la voie de signalisation induite par PI3K dans la modulation de la capacité migratoire a également été démontrée. Ces travaux ont permis de mettre en lumière les principaux acteurs moléculaires impliqué dans la migration des monocytes suite à l’activation du récepteur « Liver X Receptor » en présence de la prostaglandine E[indice inférieur 2].

Le virus Influenza pandémique de 2009 (p2009/H1N1) a été remarquable de par l’inflammation incontrôlée qu’il produisait et la production de cytokines dérégulée qui a été observée chez certains individus jeunes et en santé. Nous avons évalué l’impact de ce virus pandémique sur la réponse immunitaire en la comparant à celle obtenue avec un virus conventionnel (PR8/H1N1) pour tester l’hypothèse selon laquelle l’effet de l’inflammation exagérée sur la réponse cellulaire cause la morbidité et la mortalité observées chez les individus infectés avec le virus Influenza pandémique de 2009. Le virus p2009 a d’abord été adapté par 8 passages successifs dans la souris. La réponse antivirale, la libération de cytokines inflammatoires ainsi que les réponses immunitaires cellulaires innée, adaptative et mémoire ont été comparés entre ce virus adapté (MAp2009) et PR8. À charge virale initiale égale, il a été déterminé qu’avec MAp2009, la morbidité et la mortalité sont accrues et que certaines cytokines (IFN-β, TNF-α, IL-6) sont exprimées plus fortement à jour 2 post-infection (p.i.) Les titres viraux pulmonaires étaient aussi 100 fois plus élevés et persistaient 2 jours de plus. Une infiltration cellulaire précoce, dès le 2e jour p.i. et soutenue, jusqu’à 10 jours p.i. ainsi que des dommages pulmonaires exacerbés ont été observés avec ce même virus. Environ 20 fois plus de cellules NK ont été observées au site de l’infection chez les souris infectées avec le virus pandémique à jour 7 p.i., ces mêmes cellules qui sont connues pour contribuer grandement à l’immunopathologie dans les poumons. Trois fois moins de lymphocytes T CD8[indice supérieur +] activés et spécifiques au virus ont été retrouvés dans les poumons des souris infectées avec MAp2009 comparativement au virus conventionnel à jour 8 p.i. De plus, les cellules dendritiques inflammatoires (iDCs) étaient triplées dans les poumons lors de l’infection pandémique à jour 3 p.i. Aussi, il semblait y avoir un débalancement dans le recrutement des DCs tissulaires au ganglion du médiastin (MLN) ce qui peut contribuer à une activation moins efficace des lymphocytes T. Ainsi, la trop forte réponse innée et l’inflammation exagérée compromettent la survie en induisant de graves dommages pulmonaires. De plus, les DCs peuvent suractiver les lymphocytes T CD8[indice supérieur +] qui déjà, sont produits en moins grand nombre et deviennent anergiques avant d’avoir détruit les cellules infectées par le virus.

Selon l'Association canadienne de la douleur chronique (ACDC), plus de 18 % de la population souffre de douleur chronique, produisant un fardeau financier qui excède les 10 milliards de dollars. En plus d'avoir un impact néfaste sur la qualité de vie générale de la population, la douleur contribue largement à l'élévation du taux d'absentéisme au travail, créant ainsi une perte d'efficacité considérable. Environ 55 % des patients souffrant de douleur chronique ont aussi des troubles d'anxiété, contribuant davantage à la diminution de la qualité de vie. Bien que la douleur et l'anxiété semblent co-occurrentes, un analgésique ou un composé anxiolytique (ou antidépresseur) utilisé seul s'avère souvent inefficace pour entraver l'ensemble des symptômes. En combinaison, une telle polythérapie induit des effets secondaires additifs sévères. Pour ces raisons, le développement de composés analgésiques (opioïdergiques ou non) ayant des propriétés anxiolytiques pourrait s'avérer très intéressant pour le traitement de la douleur chronique. Afin de bien connaître les propriétés spécifiques des composés ciblés, il est essentiel de mettre au point un modèle animal de comportements anxieux associés à la douleur chronique. Le but du projet était donc de mettre en place un modèle de douleur inflammatoire chronique chez les rats Sprague-Dawley pour ( i ) caractériser l'apparition temporelle des comportements anxieux, (ii ) caractériser l'influence et les effets de composés analgésiques et anxiolytiques et ( iii ) déterminer les niveaux plasmatiques de corticostérone chez les rats au cours du développement de la douleur chronique. Dans notre modèle, l'allodynie mécanique causée par la douleur inflammatoire (mesurée avec le test du filament de von Frey) est présente sur une période de 2 mois. À des moments précis pendant cette période, les niveaux d'anxiété ont été évalués à l'aide de tests comportementaux (labyrinthe en croix surélevé, boîte sombre/éclairée, champ ouvert et interaction sociale). L'efficacité analgésique et/ou anxiolytique de la morphine, du diazépam et du kétorolac a aussi été caractérisée. Le contenu plasmatique en corticostérone a été mesuré pendant toute la durée du protocole expérimental. Considérant les résultats de l'étude, le modèle animal développé mime partiellement ce qui peut être observé cliniquement chez les patients souffrant de troubles d'anxiété co-morbides à la douleur chronique.

Fibroblast Growth Factor 19 (FGF19 chez l’humain ; FGF15 chez la souris) est un régulateur central du métabolisme hépatique. Cette molécule a un impact important au niveau de la différentiation neurologique et de l’oreille interne au stade foetal. À l’âge adulte, le patron d’expression est restreint au système gastro-intestinal. Contrairement aux autres membres de la superfamille des FGFs, FGF19/15 agit de manière endocrine car il n’est pas retenu par la matrice extracellulaire et peut rejoindre la circulation sanguine. L’expression de FGF19/15 est induite par les acides biliaires au niveau de l’intestin grêle, plus précisément l’iléon. Les acides biliaires lient le récepteur nucléaire Farnesoid-XReceptor (FXR) qui peut ensuite s’hétérodimériser avec Retinoid-X-Receptor (RXR) pour se lier au promoteur de FGF19/15, ce qui enclenche son expression. Une fois dans le sang, l’hormone rejoint le foie et son action est médiée par le complexe de récepteur Fibroblast Growth Factor Receptor 4 (FGFR4) et β-Klotho (BKL). Une fois les récepteurs activés, FGF19/15 module la glycémie en inhibant la néoglucogenèse hépatique et en activant la synthèse du glycogène, le flux protéique en activant eIF4B et la lipémie en inhibant les enzymes clefs de la lipogénèse. FGF19/15 joue aussi un rôle majeur au niveau du métabolisme biliaire. Ce dernier permet de réduire la production d’acide biliaire en inhibant la Cholesterol 7-α oxygenase (CYP7A1). Les travaux présentés dans ce mémoire portent dans un premier temps sur la caractérisation des conséquences amenées par l’infection sur l’axe endocrine FGF15/FGFR4. Un premier manuscrit traite de l’expression des différents gênes clefs du système et de leur perte lors d’une infection à Salmonella typhimurium, l’agent pathogène causant la fièvre typhoïde chez la souris, et des conséquences sur l’homéostasie biliaire. Il est possible de remarquer une perte de l’expression de FGF15 au niveau de l’intestin et de FGFR4 et β-Klotho au niveau du foie, en plus de plusieurs transporteurs responsables d’amener différents composants clefs de la bile à la vésicule biliaire ou à la circulation sanguine. Le deuxième volet du travail consistait à déterminer le mécanisme derrière la perte du complexe de récepteurs FGFR4/β-Klotho. Les résultats préliminaires démontrent que la perte de β-Klotho semble être médiée seulement par le processus inflammatoire normal et la perte de FGFR4 semble être Salmonella dépendante, par le biais de la voie c- Jun N-terminal kinases (JNK) et le facteur de transcription Hepatic Nuclear Factor 1 alpha (HNF1α)

Les voies métaboliques de l'acide arachidonique (AA) produisent divers dérivés qui sont impliqués dans le contrôle de la contraction et de la relaxation des muscles lisses.Les métabolites de l'AA sont produits soit par la voie des cyclooxygénases, des lipoxygénases ou celles des cytochromes P450 époxygénase et [oméga]-hydroxylase. À ce jour, aucune étude n'a analysé les effets des eicosanoïdes produits des cytochromes P450 sur le muscle lisse utérin en fin de grossesse. Le but de cette étude est de comparer les effets des différents sous-produits de l'acide arachidonique sur le myomètre gravide humain en situations physiologiques comme dans le cas du travail prématuré. Plus précisément, les objectifs spécifiques étaient de 1) démontrer l'effet des dérivés de l'AA sur l'activité contractile utérine in vitro à partir de tissus utérins de femmes enceintes et 2) d'explorer l'existence d'un équilibre entre les différentes voies métaboliques. Des biopsies utérines ont été réalisées chez des femmes consentantes bénéficiant d'une césarienne élective. Il s'agit d'une étude qui vise à quantifier les effets des eicosanoïdes exogènes sur le myomètre humain en utilisant un modèle in vitro et des mesures de tensions isométriques. Des effets tocolytiques partiels avec environ 40% d'inhibition ont été quantifiés lors de l'ajout des eicosanoïdes suivants: le 8,9-EET, le 14,15-EET et le 20-HETE.Les protéines du myomètre, des membranes foetales et du placenta ont été extraites et analysées par immunobuvardage.Les enzymes de la voie métabolique des EET sont présentes dans les tissus de la sphère utérine. Par la suite, les effets endogènes des EET et du 20-HETE ont été testés de même que ceux des inhibiteurs enzymatiques associés aux différentes voies métaboliques, seuls ou combinés. Par ailleurs, lors de l'utilisation d'inhibiteur, AUDA et DDMS, il a été possible d'observer des effets tocolytiques (20 à 30%) concordant avec un effet produit par les eicosanoïdes endogènes. Dans un second temps, en étudiant la combinaison des inhibiteurs de LOX et de COX favorisant ainsi un éventuel « shunt » métabolique, il a été possible de quantifier un effet tocolytique additif.Les isoformes des lipoxygénases sont présentes dans le tissu de la sphère utérine. Pour conclure, ces résultats innovateurs ont permis de révéler l'importance de la voie des eicosanoïdes dans l'utérus de femmes enceintes à terme.Les enzymes de la voie métabolique de l'acide arachidonique semblent donc être des cibles pharmacologiques intéressantes dans le traitement du travail préterme.

Historiquement, SOCS1 a été décrite comme une protéine capable de réguler négativement la signalisation induite par les cytokines. Dès lors, un vif engouement s’est porté sur cette protéine quant à un probable rôle de suppresseur de tumeur, notamment grâce à ses fonctions anti-inflammatoires. De surcroit, son expression est fréquemment perdue dans de nombreux cancers des suites de phénomènes épigénétiques. Récemment, il a même été démontré que SOCS1 pouvait rentrer en complexe protéique avec le suppresseur de tumeur P53, et était requis pour son activité transcriptionnelle. Finalement, notre laboratoire a participé à démontrer que SOCS1 inhibait la signalisation et les fonctions du récepteur MET dans les hépatocytes. Étant donné l’influence bien connue de l’inflammation, de l’épigénétique, de P53 et de MET dans le cancer colorectal (CCR), nous avions émis l’hypothèse que SOCS1 agirait en tant que suppresseur de tumeur dans le CCR. Dans la présente étude, nous avons modulé l’expression de SOCS1 dans un modèle cellulaire de progression tumorale colique, soit les cellules CT36 et CT26. Puis, les caractéristiques biologiques dites cancéreuses de ces lignées ont été évaluées in-cellulo et in-vivo. Contre toute attente, nos résultats révèlent une action pro-tumorale menée par SOSC1 dans le CCR. La surexpression de SOCS1 dans les cellules CT26 provoque une augmentation de la croissance cellulaire, de la survie sans ancrage à la matrice extracellulaire et de la capacité à former des tumeurs in vivo. Et à l’inverse, sa diminution, par ARN interférent, provoque chez les cellules CT36 une baisse de ces mêmes fonctions cancéreuses. Au niveau moléculaire, nous avons validé que SOCS1 conservait bien son aptitude à inhiber les voies de signalisation des cytokines et du récepteur MET ainsi qu’à promouvoir l’activité de p53. Nous avons aussi identifié que SOCS1 diminue l’expression des protéines STAT1, P21cip/kip, et de la protéine adaptatrice P66SHC. En conclusion, ce travail de recherche révèle, pour la première fois, que l’expression de SOCS1 favoriserait le développement de certains CCR. Les protéines STAT1, P21 cip/kip et P66SHC étant connues pour être impliquées dans des processus antiprolifératifs et pro-apoptotiques, leurs régulations négatives par SOCS1 pourraient en être les raisons.

BACKGROUND:Since their discovery, the morphology of microglia has been interpreted to mirror their function, with ramified microglia constantly surveying the micro-environment and rapidly activating when changes occur. In 1899, Franz Nissl discovered what we now recognize as a distinct microglial activation state, microglial rod cells (Stabchenzellen), which he observed adjacent to neurons. These rod-shaped microglia are typically found in human autopsy cases of paralysis of the insane, a disease of the pre-penicillin era, and best known today from HIV-1-infected brains. Microglial rod cells have been implicated in cortical 'synaptic stripping' but their exact role has remained unclear. This is due at least in part to a scarcity of experimental models. Now we have noted these rod microglia after experimental diffuse brain injury in brain regions that have an associated sensory sensitivity. Here, we describe the time course, location, and surrounding architecture associated with rod microglia following experimental diffuse traumatic brain injury (TBI).METHODS:Rats were subjected to a moderate midline fluid percussion injury (mFPI), which resulted in transient suppression of their righting reflex (6 to 10 min). Multiple immunohistochemistry protocols targeting microglia with Iba1 and other known microglia markers were undertaken to identify the morphological activation of microglia. Additionally, labeling with Iba1 and cell markers for neurons and astrocytes identified the architecture that surrounds these rod cells.RESULTS:We identified an abundance of Iba1-positive microglia with rod morphology in the primary sensory barrel fields (S1BF). Although present for at least 4 weeks post mFPI, they developed over the first week, peaking at 7 days post-injury. In the absence of contusion, Iba1-positive microglia appear to elongate with their processes extending from the apical and basal ends. These cells then abut one another and lay adjacent to cytoarchitecture of dendrites and axons, with no alignment with astrocytes and oligodendrocytes. Iba1-positive rod microglial cells differentially express other known markers for reactive microglia including OX-6 and CD68.CONCLUSION:Diffuse traumatic brain injury induces a distinct rod microglia morphology, unique phenotype, and novel association between cells / these observations entice further investigation for impact on neurological outcome.

Severe infections, trauma or major surgery can each cause a state of systemic inflammation. These causes for systemic inflammation often coexist and complicate each other. Mechanical ventilation is commonly used during major surgical procedures and when respiratory functions are failing in the intensive care setting. Although necessary, the use of mechanical ventilation can cause injury to the lungs and other organs especially under states of systemic inflammation. Moreover, a course of mechanical ventilator therapy can be complicated by ventilator-associated pneumonia, a factor greatly influencing mortality. The efforts to avoid additional ventilator-induced injury to patients are embodied in the expression ‘protective ventilation’. With the use of pig models we have examined the impact of protective ventilation on systemic inflammation, on organ-specific inflammation and on bacterial growth during pneumonia. Additionally, with a 30-hour ventilator-associated pneumonia model we examined the influence of mechanical ventilation and systemic inflammation on bacterial growth. Systemic inflammation was initiated with surgery and enhanced with endotoxin. The bacterium used was Pseudomonas aeruginosa. We found that protective ventilation during systemic inflammation attenuated the systemic inflammatory cytokine responses and reduced secondary organ damage. Moreover, the attenuated inflammatory responses were seen on the organ specific level, most clearly as reduced counts of inflammatory cytokines from the liver. Protective ventilation entailed lower bacterial counts in lung tissue after 6 hours of pneumonia. Mechanical ventilation for 24 h, before a bacterial challenge into the lungs, increased bacterial counts in lung tissue after 6 h. The addition of systemic inflammation by endotoxin during 24 h increased the bacterial counts even more. For comparison, these experiments used control groups with clinically common ventilator settings. Summarily, these results support the use of protective ventilation as a means to reduce systemic inflammation and organ injury, and to optimize bacterial clearance in states of systemic inflammation and pneumonia.

L'athérosclérose est une maladie progressive qui peut débuter durant l'enfance et s'aggraver en vieillissant. De nos jours, les chercheurs ne l'étudient plus comme une maladie focale caractérisée par des symptômes produits par des sténoses mais plutôt comme une maladie systémique typifiée par des dysfonctions endothéliales et par l'inflammation. La tomographie d'émission par positrons (TEP), utilisée avec le fluorodésoxyglucose (FDG), est une technique d'imagerie non invasive qui fournit des images tomographiques de l'activité glycolytique dans les athéromes. Cette recherche a demandé une étude répétée de la consommation de FDG dans l'aorte et les artères iliaques et fémorales chez des personnes âgées en utilisant l'imagerie TEP-FDG. Ce projet a impliqué trois groupes distincts de sujets âgés. Aussi, il incluait l'utilisation de la rosuvastatine pour le traitement de l'hypercholestérolémie. La technique de la TEP-FDG a permis de détecter une augmentation des niveaux d'inflammation artérielle durant les 12 mois de l'étude. L'analyse quantitative par TEP-FDG serait efficace pour localiser l'inflammation et évaluer sa progression durant le processus de l'athérosclérose.