Enterococcus faecalis est une bactérie commensale du microbiote intestinal humain. Inoffensive chez l'homme sain, E. faecalis est aussi un pathogène opportuniste. En conditions de dysbiose post-antibiotique, E. faecalis peut devenir une espèce dominante, traverser la barrière intestinale avant de disséminer. E. faecalis se classe désormais comme la troisième cause d'infections nosocomiales dans le monde. La pathogénie de E. faecalis est un processus multifactoriel dont les mécanismes cellulaires de son interaction avec l'hôte sont encore mal compris. À l'aide de modèles cellulaires d'infection et de modèles in vivo, nous avons entrepris de caractériser le rôle du facteur de virulence ElrA pendant l'infection cellulaire.Notre objectif était également de déterminer si FHL2, un partenaire eucaryote de ElrA, était impliqué dans l'infection par E. faecalis et de determiner l'impact de l'interaction ElrA-FHL2. Nous avons démontré que ElrA agit comme une cape d'invisibilité permettant à E. faecalis de ne pas être détecté par des macrophages. Nous avons également montré que FHL2 est impliqué dans la défense de l’hôte contre l'infection par E. faecalis, mais ce rôle implique partiellement ElrA. Parallèlement, nous avons montré pour la première fois que E. faecalis est capable de se multiplier dans les hepatocytes. En conclusion, ce travail apporte de nouvelles perspectives sur les interactions de E. faecalis avec son hôte. / Enterococcus faecalis is a core member of the human gut microbiota. Harmless for healthy humans, it is able to cause disease in susceptible patients under antibiotic-induced microbiota alteration. Nowadays, E. faecalis ranks as the third cause of nosocomial infections worldwide. E. faecalis pathogenicity is a multifactorial process but the cellular mechanisms of its interaction with the host remain poorly understood. Using cellular models of infection and in vivo models, we aimed to characterize the role of the virulence factor ElrA during cellular infection. Our goal was also to determine if FHL2, an ElrA eukaryotic partner, was implicated in E. faecalis infection and the impact of ElrA-FHL2 interaction. We have demonstrated that ElrA acts as an invisibility cloak allowing E. faecalis to avoid macrophage recognition. Also, we have shown that FHL2 is implicated in the defense against E. faecalis infection, involving partially ElrA. In parallel, we showed that intracellular replication of E. faecalis in hepatic cells. Altogether, our work provides new insights in E. faecalis interactions with the host cell.

Les bactéries appartenant au complexe Burkholderia cepacia (Bcc) sont des pathogènes opportunistes intracellulaires qui causent des infections pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose, aggravant leur pronostic clinique. Ces infections pulmonaires sont caractérisées par des périodes chroniques avec des exacerbations intermittentes détériorant la fonction pulmonaire, et pouvant causer des nécroses broncho-pulmonaires et septicémies fatales reconnues sous le nom du “Syndrome Cepacia”. Ces bactéries intrinsèquement multi-résistantes aux antibiotiques sont aussi responsables de sérieuses infections émergentes dans des contextes hors mucoviscidose, à la fois dans des conditions intra et extra-hospitalières. Burkholderia cenocepacia, l’une des espèces les plus répandues et isolées chez les patients, est capable d’échapper à la dégradation par les macrophages de l’hôte en bloquant la maturation des (auto)phagosomes. Nous avons récemment démontré que les macrophages servent de niche essentielle pour la réplication intracellulaire de B. cenocepacia K56-2, et sont nécessaires pour le développement d’une réponse pro-inflammatoire aiguë et fatale dans des larves de poisson zèbre. Cette étude exploite d’autant plus le modèle du poisson zèbre pour mieux comprendre quels sont les facteurs bactériens et de l’hôte qui sont impliqués dans la différence entre infection aiguë et persistante, et dans la transition entre ces deux phases infectieuses.ShvR est un régulateur transcriptionnel appartenant aux LTTRs (“LysR-Type Transcriptional Regulators”) chez B. cenocepacia K56-2. Il a été démontré dans le modèle d’infection pulmonaire chez le rat, que ShvR a un rôle important dans l’induction de la réponse pro-inflammatoire, mais pas dans les infections persistantes. Pour cette étude nous utilisons une approche bioinformatique, le modèle du poisson zèbre et des études transcriptomiques afin d’obtenir plus d’informations sur le rôle de ShvR dans la virulence et dans la transition entre infection persistante et réponses pro-inflammatoires. Nos données bioinformatiques suggèrent que le gène shvR s’est adapté par évolution divergente, et a été perdu dans une sous-classe du Bcc. Grâce au modèle du poisson zèbre, nous avons démontré que ShvR n’est pas essentiel pour les stades intra-macrophagiques, mais qu’il est requis pour la dissémination de B. cenocepacia K56-2 des macrophages et pour le développement d’une réponse pro-inflammatoire fatale. Le profile persistant de l’infection a été confirmé par l’analyse du transcriptome de l’hôte, donnant plus d’informations sur les différentes réponses de l’hôte envers les infections par des mutants comparées à la souche sauvage. Le travail de cette thèse a contribué non seulement à une meilleure compréhension du rôle de ShvR et aux gènes cibles régulés par ce dernier qui joue un rôle important dans les infections aiguës, mais également à établir de nouvelles pistes pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques luttant contre les infections par les bactéries appartenant au complexe Bcc. / Bacteria belonging to the Burkholderia cepacia complex (Bcc) are opportunistic pathogens with an intracellular life style. Pulmonary infections with these bacteria significantly worsen clinical outcome for cystic fibrosis (CF) patients. Chronic infections with recurrent acute exacerbations deteriorate lung function with sometimes fatal necrotizing pneumonia and septicaemia (Cepacia Syndrome). These intrinsically multi resistant bacteria are also emerging as the culprit of serious infections in non-CF settings, both in- and outside the hospital. B. cenocepacia, one of the more prevalent species in the complex, is able to avoid degradation by host macrophages by arresting (auto)phagosome maturation. We have recently shown that macrophages provide a critical site for intracellular replication of B. cenocepacia K56-2 and development of acute fatal pro-inflammatory infection in zebrafish larvae. This study further explores the zebrafish infection model to better understand bacterial and host factors involved in the difference between persistent and acute infection, and the transition between these stages.ShvR, a LysR-type transcriptional regulator of B. cenocepacia K56-2, has been shown to play an important role in the induction of pro-inflammatory responses in a rat lung infection model, but not in persistent infection. We used bioinformatics, the zebrafish infection model, and host transcriptome profiling to gain more insight into the role of ShvR in virulence, and in transition between persistent and pro-inflammatory responses. Our bioinformatics study suggests that shvR has adapted by divergent evolution, and has been lost in a subclade of the Bcc. Using the zebrafish embryo model, we demonstrate that ShvR is not important for intramacrophage stages, but is required for dissemination of B. cenocepacia K56-2 from infected macrophages and the development of pro-inflammatory fatal disease. The persistent character of the infection was confirmed by host transcriptomic analysis, giving insight into the differential host response towards the mutant compared to wildtype infection. This thesis contributes to a better understanding of the role of ShvR and its possible target genes that play an important role in acute infection and to future perspectives of development of new targets for the treatment of Bcc infections.

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An estimated 45% of all deaths can be attributed to various chronic fibroproliferative diseases. Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most common form of interstitial lung disease which is characterized by progressive decline in lung function. While the pathogenesis of IPF is not fully understood, alternatively activated macrophages (M2) have been implicated as a key contributor to the fibrotic process. The plasticity of macrophages in vivo challenges the ability to specifically target the M2 macrophage phenotype across species. Previous bioinformatic analysis from our lab identified Dectin-1/Clec7a as a unique marker of M2 macrophages in both human and murine model systems. The expression of the transmembrane receptor Dectin-1 has not been elucidated in the context of pulmonary fibrosis. To prevent the progression of fibrosis by targeting alternatively activated macrophages, we investigated the expression of Dectin-1 in IPF and an experimental model of fibrotic lung disease. Our data demonstrated that while protein expression of Dectin-1 was increased in archived lung tissues of patients with IPF, mRNA expression of this receptor was downregulated in the tissues of these IPF patients. Gene expression of Dectin-1 was shown to be increased in monocyte-derived macrophages, further suggesting a circulatory component contributing to lung fibrosis. As expected, we confirmed that Dectin-1 was highly expressed past the injury phase of the bleomycin-model of induced pulmonary fibrosis which aligns with the increased immune infiltrates at this time point. Preliminary work into the time dependency of the resolution phase of the bleomycin-induced model of lung fibrosis was shown. All in all, our data suggests that Dectin-1 may be a useful marker in characterizing and differentiating phenotypes of macrophages implicated in the fibrotic process. Future efforts aim to gain insight into the functional requirement of Dectin-1 in the alternative activation of profibrotic macrophages to identify novel therapeutic targets for fibrotic lung disease. / Thesis / Master of Science (MSc)

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a disease of unknown pathogenesis characterized by scarring of the lung and declining respiratory function. Originating from bone marrow, circulating monocytes can be recruited into the lung tissue and polarized toward the alternatively activated (M2) profibrotic macrophage phenotype. Recent literature has shown that cluster of differentiation 14 positive (CD14+) monocytes are more abundant in IPF patient blood and are associated with disease outcome and acute exacerbation. Additionally, a 52-gene risk profile from peripheral blood mononuclear cells for outcome prediction in IPF was recently published. Here, we began by characterizing macrophages in human IPF lung tissue. We then assembled a biobank and examined transcriptomic characteristics of blood-derived circulating monocytes from IPF patients. Various histological assessments were completed on a tissue microarray including lung biopsies from 24 IPF patients and 17 controls, to characterize M2 macrophage expression in human tissue. Whole blood samples were collected from 50 IPF patients and 12 control subjects. CD14+ monocytes were isolated and mRNA was extracted for bulk RNA sequencing. Data were analyzed for differential expression (DE), and Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) was performed to examine enrichment of the previously published 52-gene risk profile in our dataset. We found that M2 macrophage expression was increased in IPF lung tissue compared to controls. CD14+ monocyte levels were significantly elevated in IPF patients in our cohort compared to control participants, and was negatively correlated with forced vital capacity (FVC). DE analysis comparing IPF and control monocytes yielded a 35-gene signature, with 16 up-regulated genes and 19 down-regulated genes. When comparing the signature related to long transplant-free survival from the published dataset to our data, GSEA demonstrated that this signature is enriched in donors from our dataset, supporting concurrence between the meanings of the two datasets. Overall, these results provide insight to identify targets to modulate monocyte/macrophage function in IPF and potentially affect progressive disease. / Thesis / Master of Science (MSc) / Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a disease of unknown cause that results in excessive scarring of the lungs and progressive impairment in lung function. We believe that white blood cells called monocytes and macrophages play a key role in the development and progression of this disease. Overall, it is thought that monocytes, which circulate in the blood, enter the lung tissue and become macrophages. These macrophages then lead to the formation of scar tissue, which is characteristic to IPF. In order to better understand how these cells contribute to IPF, we studied their properties in blood and lung biopsies from IPF patients. We found significant differences between monocytes/macrophages in IPF than those in healthy controls, that may help explain disease progression. We hope that these findings will provide insight into causes of the IPF, and potential avenues for therapeutic intervention.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Cette thèse de doctorat fait l'étude de la progression tumorale et des interactions entre la tumeur et son environnement. Plus précisément, l'attention a été portée sur le rôle des macrophages et sur l'impact d'un anti-inflammatoire dans la croissance des cellules gliomales, ainsi que sur les fonctions de molécules solubles retrouvées dans la tumeur comme l'angiopoietine 2 et macrophage migration inhibitory factor. Le système immunitaire permet de protéger le corps contre différentes menaces comme les infections bactériennes, la transformation cellulaire par les virus et les mutations cellulaires pouvant causer des tumeurs. Les cellules immunitaires sont rapidement recrutées au site tumoral où elles peuvent jouer différents rôles tout dépendant de leur phénotype et du type de cancer. Les macrophages, qui sont les cellules immunitaires les plus nombreuses dans la tumeur, ont souvent été considérés comme des promoteurs de la croissance tumorale. Cependant, l'impact de ces cellules dans la progression des glioblastomes, un cancer agressif du cerveau, était mal compris avant la réalisation de nos travaux. L'objectif principal des travaux était donc de comprendre le rôle de l'infiltration des macrophages dans un glioblastome murin. Dans un second temps, nous avons étudié l'impact d'un anti-inflammatoire (dexaméthasone) et d'une molécule angiogénique (angiopoietine 2) sur la progression des glioblastomes. Finalement, nous avons tenté de comprendre l'utilité d'une molécule sécrétée (macrophage migration inhibitory factor) par les cellules gliomales en déterminant ses effets sur le recrutement des cellules immunitaires et, par le fait même, sur la croissance tumorale. Ces travaux ont permis de mettre en lumière les fonctions antitumorales des macrophages dans un glioblastome, les effets de la dexaméthasone et de l'angiopoietine 2 sur la vasculature tumorale et finalement l'absence d'impact lors d'une inhibition de la synthèse protéique de macrophage migration inhibitory factor dans la croissance des cellules tumorales. En conclusion, les travaux réalisés dans cette thèse permettent de mieux comprendre le rôle des cellules immunitaires recrutées au site tumoral, un domaine toujours nébuleux et rempli de controverses.

Au cours de ce travail, nous nous sommes attachés à étudier certaines réponses cellulaires secondaires à l’activation des récepteurs purinergiques P2X dans deux modèles différents, les macrophages péritonéaux et les cellules des glandes sous-maxillaires. Ces cellules contribuent à notre immunité innée, soit tournée vers l’intérieur (macrophages), soit vers l’extérieur (glandes sous-maxillaires).<p><p>Nous avons dans un premier temps confirmé par Western blot et par des dosages de la concentration intracellulaire de calcium ([Ca2+]i) que les deux types de cellules étudiés expriment des récepteurs P2X4 et P2X7 fonctionnels.<p><p>Nous nous sommes alors concentrés sur deux réponses impliquées dans la protection de l’hôte contre les agressions et l’élimination de pathogènes :la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) ainsi que la sécrétion de la cytokine pro-inflammatoire interleukine-1beta (IL-1beta). Nos résultats montrent que la production de ROS en réponse à l’ATP extracellulaire est secondaire à l’activation d’une NADPH oxydase dans les deux types de cellules. Cette réponse est médiée par les récepteurs P2X7 ainsi que, dans les macrophages, par d’autres récepteurs purinergiques comme par exemple les récepteurs P2X4 et des récepteurs P2Y. Dans les glandes exocrines, contrairement aux macrophages, la protéine kinase C ainsi que ERK1/2 interviennent dans l’activation de la NADPH oxydase. <p><p>Par la suite nous avons comparé la régulation de l’expression et de la sécrétion d’IL-1beta par les macrophages et les glandes sous-maxillaires. Nous avons observé que l’IL-1beta est présente dans la salive collectée chez des souris injectées par de la pilocarpine. Des analyses par ELISA, RT-PCR et Western blot montrent que la cytokine est exprimée de manière constitutive par les cellules acineuses et ductales des glandes sous-maxillaires, à un niveau plus élevé que dans les macrophages. Contrairement aux cellules phagocytaires, l’expression de la cytokine dans les cellules des glandes salivaires n’est pas augmentée suite à la stimulation par des lipopolysaccharides. De même, dans ces cellules l’ATP n’a pas provoqué la sécrétion d’IL-1beta malgré l’efflux de K+ secondaire à l’activation des récepteurs P2X7. <p><p>Dans une dernière série d’expériences nous avons évalué les effets du peptide antimicrobien CRAMP sur les macrophages murins. Le CRAMP a inhibé toutes les réponses secondaires à l’activation des récepteurs P2X7 (ouverture du canal cationique, formation de pore, production de ROS, libération d’IL-1beta, d’acide oléique et de lactate déshydrogénase). L’inhibition par le CRAMP de l’augmentation de la [Ca2+]i en réponse à l’ATP n’était pas médiée par les récepteurs aux peptides formylés car les agonistes de ces récepteurs n’ont pas bloqué cette augmentation. Le CRAMP n’a pas eu d’effet sur l’augmentation de la [Ca2+]i secondaire à l’activation des récepteurs P2X4 par une combinaison d’ATP et d’ivermectine.<p><p>Nos expériences ont révélé que les récepteurs P2X7 sont couplés à diverses voies de signalisation dans les macrophages et dans les glandes exocrines. Les voies activées diffèrent en fonction du type de cellules. Nous avons également conclu que les peptides antimicrobiens de la famille de cathélicidines ne sont pas des agonistes universels des récepteurs P2X7.<p><p><p><p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Atherosclerosis is a major underlying cause of cardiovascular disease; however, the molecular mechanisms by which cardiovascular risk factors promote the development of atherosclerosis are poorly understood. Recent evidence from our laboratory suggests that endoplasmic reticulum (ER) stress signaling through glycogen synthase kinase (GSK)-3α/β is involved in the activation of pro-atherosclerotic processes. Previous studies from our lab show that myeloid-specific deletion of GSK3α attenuates the progression of atherosclerosis. However, the precise role(s) of GSK3α/β in atherosclerotic regression is not known. The primary goal of this thesis is to investigate the role(s) of GSK3α/β in lesional macrophages and atherosclerotic regression. Initially, we have targeted the ER stress- GSK3α/β pathway by supplementing the drinking water of low-density lipoprotein receptor (Ldlr)-/- mice with the small molecules 4-phenylbutyric acid or valproate. The results suggest that ER stress or GSK3α/β inhibition can attenuate the growth of existing atherosclerotic lesions and appear to increase lesion stability. From this study it remains unclear whether these interventions can promote atherosclerotic regression. Next, to investigate the role(s) of GSK3α/β in pro-atherogenic processes, bone marrow derived macrophages were isolated from myeloid-specific GSK3α- and/or GSK3β-deficient mice. The effects of GSK3α/β-deficiency on signaling pathways regulating atherogenic functions in macrophage were analyzed. This study revealed that GSK3α and GSK3β play distinct, and often opposing roles in macrophage polarization, inflammatory response, lipid accumulation and migration. Furthermore, both GSK3α and GSK3β appear to play redundant roles macrophage viability, proliferation, and metabolism. Lastly, we investigated the effect of macrophage-specific deletion of GSK3α and/or GSK3β on atherosclerotic regression in Ldlr−/− mice. A novel inducible knock out mouse model has been created in which GSK3α and/or GSK3β expression can be ablated by treating the mice with tamoxifen. These mice were fed a high fat diet to promote the development of atherosclerosis, and then mice were treated with tamoxifen to induce GSK3α/β deletion and switched to a chow diet for 12 weeks. All mice were sacrificed at 33 weeks of age and atherosclerotic plaques were analysed. Female mice with induced macrophage-specific GSK3α deficiency, but not GSK3β deficiency, showed regression of existing atherosclerotic lesions. Together, these studies begin to delineate the specific roles of GSK3α and GSK3β in atherosclerotic regression. Furthermore, these data suggest that GSK3α inhibition could be an effective strategy for the treatment of atherosclerotic cardiovascular disease. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / Atherosclerosis is a disease involving the build-up of fatty plaques in the arteries, making them hard and narrow, which leads to damage in the heart, coronary or peripheral blood vessels. This can cause acute cardiovascular complications (heart attacks or stroke) and potentially death. We suspect that protein named glycogen synthase kinase (GSK)-3α/β is involved in the development of atherosclerosis. The purpose of this research is to see if we can treat atherosclerosis by blocking GSK3α/β’s functions. The findings of this study demonstrate that blocking GSK3α reduces inflammation, which is a primary cause of atherosclerosis. Furthermore, blocking GSK3α promotes the regression of atherosclerotic plaques and may lower the risk of cardiovascular disease. This knowledge could aid in the development of medications to treat atherosclerosis and reduce the number of individuals who die from heart attacks or strokes.

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.