L’infection des voies urinaires est l'une des infections bactériennes les plus courantes avec des coûts de soins de santé très élevés. On estime que 50% des femmes connaîtront une infection urinaire au cours de leur vie, ceci de manière récurrente chez la moitié d’entre elles. Le développement de thérapies efficaces a été limité par le manque de connaissance concernant la mise en place de la réponse immune adaptative lors de cette infection. Dans cette étude, nous avons démontré qu'une réponse adaptative est générée lors de l'infection urinaire, cependant celle-ci n’a pas d’action protectrice. Afin de comprendre les mécanismes aboutissant à ce phénomène, nous avons cherché à caractériser les cellules immunitaires présentes dans la vessie. Des tests d’absorption bactérienne ont montré que ces macrophages phagocytent la majorité des bactéries au début de l'infection. Pour évaluer l’influence de ces cellules sur la mise en place de la réponse immune adaptative, nous avons déplété les macrophages et évalué la clairance bactérienne lors d’une deuxième infection. En comparaison avec les animaux non traités, les souris déplétées présentaient une réduction de la charge bactérienne conséquente lors de la seconde infection, cette clairance dépendant de la réponse immune adaptative. Pour comprendre ce mécanisme d'inhibition par les macrophages, nous avons évalué le microenvironnement vésical et la phagocytose au début de l'infection chez les souris déplétées, et chez les souris non traitées. Bien que nous n’ayons pas observé de différences dans la production de cytokines, l'absorption bactérienne par les cellules dendritiques s’avère deux fois plus importante chez les animaux déplétés. Ces données suggèrent que l'absorption bactérienne par les macrophages tissulaires est néfaste pour la mise en place de la réponse adaptative, ouvrant de nouvelles options thérapeutiques. Nous avons également évalué le rôle des lymphocytes T dans ce processus en déplétant ces cellules au cours de l'infection primaire ou avant la deuxième infection. Ainsi, nous avons observé que les lymphocytes T sont nécessaires dans la réponse adaptative, mais ne sont cependant pas indispensables à la clairance bactérienne lors d'une réinfection. De plus, l'infection des souris Batf3-/-, déplétées en cellules dendritiques spécialisées dans la présentation croisée, a montré que ces souris contrôlent une seconde infection aussi bien que les souris contrôle. Ces résultats suggérent que la présence lymphocytes T CD8+ n’est pas nécessaire pour lutter contre l’infection urinaire. Notre étude révèle un mécanisme par lequel le système immunitaire est compromis lors de l'infection urinaire, offrant un point de départ intéressant pour une recherche plus approfondie sur le rôle du système immunitaire adaptatif dans ce contexte, élément fondamental dans le développement de nouvelles thérapies. / Urinary tract infection (UTI) is one of the most common bacterial infections with exorbitant health care costs. It is estimated that 50% of women will experience a UTI during their lifetime and approximately half will suffer recurrent infections. Infected women are treated with antibiotics, however, antibiotic resistance is increasing, raising the need for new therapeutic options. Development of efficient therapies has been impeded by the lack of knowledge of events leading to adaptive immunity. In this study, we demonstrated that an adaptive immune response is generated during UTI, however this response does not confer protective immunity. To begin to understand why the response induced during UTI was not effective, we delineated the immune cell compartment of the bladder and identified macrophages as the most populous immune cell. We evaluated bacterial acquisition in the bladder observing that macrophages phagocytize the majority of the bacteria early in infection. To evaluate the impact of macrophages on the generation of adaptive immunity, we depleted bladder resident macrophages and evaluated bacterial clearance during a challenge infection. Interestingly, mice depleted of resident macrophages, prior to primary infection, exhibited a nearly 2-log reduction in bacterial burden following secondary challenge compared to untreated animals. This improvement in clearance was dependent on the adaptive immune system. To shed light on the mechanism of macrophage inhibition, we evaluated the bladder microenvironment and bacterial acquisition early in infection in macrophage-depleted and control-treated mice. While we did not observe differences in the cytokine microenvironment, bacterial uptake by dendritic cells was increased nearly 2-fold in macrophage-depleted animals. These data suggest that bacterial uptake by tissue macrophages negatively impacts the development of adaptive immunity, revealing a novel target for enhancing host responses to bacterial infection of the bladder. We also evaluated the role of T cells during UTI by depleting these cells during the course of the infection or just prior to challenge infection. We observed that T cells were necessary to mount an adaptive immune response to UTI, however, they were dispensable for bacterial killing during challenge infection. Additionally, infection of Batf3-/- mice, lacking cross-presenting dendritic cells, suggested that CD8+ T cells are dispensable for the response against UTI as these mice cleared a challenge infection as well as wildtype mice. Our study has revealed a mechanism by which the immune system is compromised during UTI, providing an interesting start point for further investigation of the role of the adaptive immune system during UTI, which will be fundamental for the development of new therapies to efficiently treat infection.

Au regard des nombreux avantages en terme de rapidité, de coût, de sensibilité et de fiabilité de la spectrométrie de masse MALDI-TOF nous avons cru pouvoir l’appliquer à l’étude des cellules eucaryotes intactes, en particulier à l’étude des cellules immunitaires. Nous avons ainsi montré que cette approche était applicable à l'analyse globale des cellules eucaryotes y compris des cellules immunitaire circulantes. En outre, elle a permis de caractériser les multiples facettes d'activation des macrophages humain en analysant les données avec le logiciel R, la librairie « MALDIquant » et des algorithmes spécifiques. Les empreintes peptidiques/protéiques induites par les agonistes M1, IFN-γ, TNF, LPS et LPS + IFN-γ ou les agonistes M2, IL-4, TGF-β1 et IL-10, sont distinctes des macrophages non stimulés et spécifiques de chaque agoniste. La spectrométrie de masse MALDI -TOF peut ainsi être utilisée pour caractériser les sous-types de macrophages M1 et M2. En outre, les empreintes induites par des bactéries extracellulaires (streptocoque du groupe B, Staphylococcus aureus) sont spécifiques et similaires à celles induites par l'IL-4. Les réponses des macrophages à des bactéries intracellulaires (BCG, Orientia tsutsugamushi, Coxiella burnetii) sont également uniques. La spectrométrie de masse MALDI-TOF sur cellules entières a ainsi révélé donc les multiples facettes d'activation des macrophages humains. Enfin, des résultats préliminaires montrent que notre approche pourrait être utilisée en clinique en analysant les cellules circulantes de la réponse immune. / In view of the many advantages in terms of speed, cost , sensitivity and reliability of the MALDI -TOF mass, we thought we could apply it to the study of intact eukaryotic cells, in particular the study of cells immune . We have shown that this approach is applicable to the global analysis of eukaryotic cells including circulating immune cells. In addition, it allowed us to characterize the many faceted of human macrophage activation by analyzing the data with the R software library " MALDIquant " and specific algorithms. The protein/peptide fingerprint induced by the M1 agonists : IFN - γ , TNF , LPS and LPS + IFN - γ or M2 agonists : IL- 4 , TGF - β1 and IL- 10 are distinct to unstimulated macrophages and specific for each agonist. MALDI -TOF Mass spectrometry can then be used to characterize the subtypes M1 and M2 macrophages . In addition, fingerprints induced by extracellular bacteria ( group B streptococcus , Staphylococcus aureus ) are specific and closed to those induced by IL -4 . The responses of macrophages to intracellular bacteria (BCG, Orientia tsutsugamushi , Coxiella burnetii ) are also unique. Mass spectrometry MALDI -TOF of whole cell revealed therefore the multifaceted activation in human macrophages . Finally, preliminary results show that our approach could be used clinically for the analysis of circulating cells in the case of host-pathogen interaction.

Les thérapies géniques et cellulaires ouvrent de nouvelles perspectives pour le traitement de pathologies très diverses. Cependant, l’adressage à un organe cible, le contrôle non invasif de l’expression d’un transgène et le suivi par imagerie constituent encore des défis majeurs pour le développement de ces approches thérapeutiques. L’utilisation d’un vecteur cellulaire modifié génétiquement pour exprimer un transgène spécifique semble une solution prometteuse mais il convient aussi de restreindre l’expression du transgène à la région cible et de contrôler l’expression génique dans le temps. Pour le contrôle spatio temporel de l’expression, nous proposons une approche in vivo originale qui consiste à placer le gène thérapeutique sous le contrôle d’un promoteur thermo-inductible et à contrôler l’expression par une hyperthermie localisée induite à l’aide d’Ultrasons Focalisés guidés par Imagerie de Résonance Magnétique (IRM) de température (MRgHIFU).La stratégie expérimentale consiste à générer une souris chimère par greffe de moelle osseuse. La souris donneuse est une souris transgénique qui exprime le gène rapporteur bioluminescent de la luciférase Firefly (lucF) et le gène rapporteur fluorescent de la protéine mPlum sous le contrôle du promoteur thermosensible Hsp70a1b. La souris receveuse est une souris congénique prétraitée au Busilvex® pour créer une aplasie médullaire. Deux mois après, le pourcentage de greffe est déterminé par cytométrie de flux puis une tumeur sous-cutanée est induite sur la patte arrière gauche des souris par injection sous-cutanée de cellules tumorales (Carcinoma Mouse Tumor: CMT-93). Pendant la période de croissance tumorale (1 mois) les processus physiologiques conduisent au recrutement des cellules sanguines circulantes dans la zone péri-tumorale sans expression des transgènes. L’activation du promoteur Hsp70 est alors réalisée en créant une hyperthermie locale par MRgHIFU. L’IRM permet d’obtenir des cartes thermiques utilisées pour asservir un générateur d’ultrasons et pour contrôler le chauffage (45°C, 8 min, +/- 1°C). L’expression de la lucF est détectée in vivo 6 H après chauffage par imagerie de bioluminescence (BLI) alors que l’expression de la protéine mPlum est révélée 30 H après chauffage par imagerie de fluorescence par réflectance (FRI). A la suite de l’imagerie, les souris sont sacrifiées et une analyse histologique de la tumeur et des tissus périphériques est réalisée grâce à l’expression de la protéine mPlum. Les gènes rapporteurs lucF et mPlum sont exprimés après thermo-induction principalement par les macrophages de la souris chimère et l’expression intervient, comme attendu, dans les zones péri-tumorales chauffées. Parfois, l’expression des gènes rapporteurs est détectée dans des zones non ciblées et résulte de l’expression par les progéniteurs myéloïdes situés au niveau de la moelle osseuse en réponse à l’échauffement des os par les ultrasons.Nous avons ainsi pu démontrer in vivo la faisabilité de l’approche thérapeutique proposée et mis en évidence certaines limites de la procédure expérimentale essentiellement inhérentes à la taille du modèle animal et aux méthodes physiques utilisées pour l’activation in vivo du transgène.Nous proposons également une stratégie in vivo afin d’évaluer les performances de la tomographie moléculaire de fluorescence 3D pour suivre in vivo, le devenir d’une nano-émulsions fluorescentes (LNP) chez des souris porteuses de tumeurs intracrâniennes. / Gene and cell therapies offer new perspectives for the treatment of various pathologies. However, the efficiency of the delivery method to targeted organs, the control of gene expression and imaging gene expression remain major challenges for the development of these therapeutic approaches. The combination of a cell vector and a gene modification of this vector to express a specific transgene seems a promising strategy. But even addressed, it remains very difficult to restrict and control gene expression to the target region in time and space. That is why we investigate an in vivo strategy to deliver transgenes under the transcriptional control of a thermosensitive promoter and induce “on demand” expression by local hyperthermia using Magnetic Resonance guided High-Intensity Focused Ultrasound (MRgHIFU).This strategy consisted of engraftment of transgenic bone marrow cells (BMC) to create a chimera. The donor mouse was a transgenic mouse expressing the firefly luciferase (lucF) and the fluorescent reporter of the mPlum protein under the transcriptional control of the thermosensitve promoter Hsp70a1b. The mouse receiver was a congenic mouse pre-treated with Busilvex® to induce medular aplasia. Engraftment efficiency was measured 2 months later by flux cytometry, after which a tumor was implanted on the left leg of mice by subcutaneous injection carcinoma mouse tumor-93 cells. During tumor growth (1 month) circulating blood cells accumulated in and around the tumor as part of an inflammatory process without transgene expression. Local activation of the thermosensitive promoter Hsp70 was induced by hyperthermia using MRgHIFU. MRI temperature maps were used to provide feedback to an ultrasound generator and to control heating (45°C, 8 min, +/-1°C). The expression of lucF was detected by in vivo imaging of bioluminescence (BLI) 6 H after heating while mPlum expression was revealed by fluorescence that appeared 30 H post heating. After imaging, mice were sacrified and immunohistochemical analysis on tumors and tissues performed to identify mPlum expressing cells. Local heating of tumors induced expression of transgenes placed under control of the Hspa1b promoter in bone marrow-derived cells. Most of these cells remained in the vicinity of or within the tumor as both luciferase activity 6 H and mPlum fluorescence 30 H post-heating were concentrated at the tumor site. LucF and mPlum expression were caracterized in vivo and in vitro. In some cases, unexpected signal appear in non-heated specific areas corresponding to bone. Histology revealed the presence of mPlum in tumor macrophages and bone marrow myeloid progenitors. Having demonstrated the feasibility of this approach, our results also reveal some limits of these approaches that are inherent to the size of the animal model and the physical methods for in vivo activation of the transgene. We now propose an in vivo strategy to evaluate the performances of 3D fluorescent molecular tomography to follow in vivo the presence of intracerebral tumors in nude mice by using a fluorescent nano-emulsion (LNP).

La protéine cIAP1 (cellular Inhibitor of Apoptosis Protein-1) de la famille des IAP (Inhibitor of Apoptosis Protein) est une E3 ubiquitine ligase qui présente des propriétés oncogéniques. Notre équipe s’intéresse aux processus permettant la différenciation des monocytes en macrophages. Au cours de la différenciation de nombreux modèles cellulaires (macrophages, cellules dendritiques, cellules épithéliales du colon, cellules souches hématopoïetiques, cardiomyocytes), cIAP1 sort du noyau pour se relocaliser dans le cytoplasme. La plupart des fonctions connues de cIAP1 sont liées à sa localisation cytoplasmique où elle est un régulateur important des voies de signalisation des récepteurs du TNFα et de NF-κB. Lors de la différenciation macrophagique, nous avons montré que cIAP1, une fois dans le cytoplasme, induit la dégradation de TRAF-2, un adaptateur moléculaire impliqué dans la transduction du signal des voies des récepteurs du TNFα et de NF-κB. Cette dégradation bloque la voie canonique de NF-κB et est essentielle à la différenciation terminale des monocytes en macrophages qui nécessite une activation transitoire de cette voie de signalisation. Cependant, cIAP1 est principalement exprimée dans le noyau de différents types cellulaires ce qui n’est pas en accord avec son rôle dans la signalisation cellulaire. Mon objectif a donc consisté à identifier les fonctions nucléaires de cIAP1 dans des cellules prolifératives ou lors de la différenciation macrophagique. Mon travail de thèse a permis d’identifier un rôle de cIAP1 dans la prolifération cellulaire. cIAP1 interagit avec le facteur de transcription E2F1 et favorise son recrutement sur les promoteurs des Cycline E et A impliquées dans les transitions G1/S et G2 du cycle cellulaire, ce qui augmente l’expression des transcrits et des protéines de ces deux cibles. Il semblerait que par cette activité, cIAP1 régule la prolifération des cellules et soit important dans l’équilibre entre la prolifération et la différenciation, deux mécanismes cellulaires étroitement liés. / The inhibitor of apoptosis protein cIAP1 (cellular inhibitor of apoptosis protein-1) from the IAP family (Inhibitor of Apoptosis Protein) is an E3 ubiquitin ligase that displays oncogenic properties. Our team is interested in the mecanisms that allow macrophagic differentiation from monocytes. cIAP1 is relocalised from the nucleus to the cytoplasm during the differentiation of many kind of cellular models (macrophages, dendritic cells, colon epithelial cells, hematopoietic stem cells, cardiomyocytes). The well-known functions of cIAP1 are associated with its cytoplasmic localisation, where it regulates the TNFα receptors and NF-κB signalling pathways. During macrophage differentiation, we show that cIAP1, once it is in cytoplasm, induces TRAF-2 degradation, a molecular adaptator of the TNFα receptors family and NF-κB signalling pathways. This degradation blocks the canonical pathway of NF-κB and is essential for the terminal differentiation into macrophages that needs a transitory activation of this pathway. However, cIAP1 is mainly expressed in the nucleus on many cell types which is not in accordance with its cell signalling activity. My objective was to investigate the nuclear function of cIAP1 in proliferative cells or during macrophage differentiation. My work identifies a function of cIAP1 in proliferation regulation. cIAP1 interacts with E2F1 transcription factor and favors its recruitment on Cyclins E and A promoters, both involved in G1/S and G2 phases of the cell cycle, which leads to high level of transcript and protein expression of these two targets. It seems that cIAP1 regulates the cellular proliferation and is important for the balance between proliferation and differentiation, two mechanisms tightly connected in cells.

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Malaria, caused by the apicomplexan parasite Plasmodium, is a major cause of morbidity and mortality throughout the world. This study has focused on the role of the spleen in the control of the blood stage of infection. Three aspects have been examined specifically: the effect of infection on the architecture of the spleen, the role of the spleen in parasite clearance and the formation of B cell memory. Firstly, the effect of infection on the splenic microarchitecture was examined. An essential component of the splenic architecture is the marginal zone (MZ), an area of the spleen that separates the reticuloendothelial red pulp of the spleen from the lymphoid white pulp compartment. Two unique populations of macrophages are found in the marginal zone: marginal zone macrophages (MZM) and marginal metallophilic macrophages (MMM). In the current study, parasitised red blood cells (pRBC) as well as normal RBC located to the MZ thirty minutes after intravenous injection and formed close associations with both MMM and MZM. Eight days after infection, at the time of peak parasitemia, a complete loss of both MMM and MZM was observed. Assays to detect cell death revealed that the loss of both MMM and MZM appeared to occur as a result of apoptosis. The apoptosis was not induced by up regulation of the inflammatory cytokines tumour necrosis factor or interferon-γ and could not be blocked by over expression of the apoptosis inhibitor Bcl2. Significantly, MMM were retained in the absence of CD8+ T cells implicating CD8+ T cells in the loss of MMM. Finally, infection of CD95-/- mice demonstrated that CD95/CD95-ligand (Fas/Fas-ligand) interactions were responsible for some of the CD8+ T cell-mediated loss of MMM. These data provide evidence for a novel interaction between MMM and CD8+ T cellsfollowing infection with Plasmodium. Secondly, the role of the spleen in the control of parasitemia and disease was monitored with an emphasis on determining the role of splenic macrophage populations (MMM, MZM and red pulp macrophages [RPM]) in parasite clearance. A clodronate liposome-mediated macrophage depletion technique was used, and caused a complete loss of all three macrophage sub-populations, as well as 50% of splenic dendritic cells, within 24 hours of administration. Each of the macrophage populations, as well as splenic DC, demonstrated different repopulation kinetics following their depletion from the spleen and these kinetics were utilised to examine each cell population in isolation. RPM depleted mice had significantly higher peak parasitemias than the controls. This peak returned to the level observed in undepleted control animals only after the repopulation of RPM was complete, suggesting that RPM play a role in the control of peak parasitemia following infection. Neither MMM nor MZM played a role in the control of parasitemia. The role of non-splenic macrophages and splenic dendritic cells also was investigated and shown to be insignificant in the absence of splenic macrophages. Finally, the role of RPM in mice immune to infection was investigated and their role shown to be dispensable, with immune mice clearing parasitemia efficiently in the absence of RPM. RPM therefore are important for the innate control of infection with P. chabaudi but are dispensible once adaptive immunity is established. Finally, the role of the spleen in the development of parasite-specific B cell memory was examined. Initial studies demonstrated that germinal centre (GC) development was compromised following infection with P. chabaudi, with an involution of B cell follicles noted early in infection. Adoptive transfer of memory B cells from immunised to naïve mice demonstrated that some protection was conferred on recipient mice by parasite-specific memory B cells. But, the memory B cells could not protect the host from developing parasitemia and did not produce significant amounts of parasite-specific immunoglobulin within seven days of challenge infection. Memory B cells could not be detected ten weeks after infection, indicating that the development, or survival, of parasite-specific memory B cells was compromised. The development of bystander memory B cells was not affected by infection. Finally, long-lived plasma cells were shown to develop in response to infection, although re-exposure of the cells to parasites in the form of recrudescent parasitemia resulted in their loss. This study therefore has identified a defect in the development of long-term, B cell-mediated, protection against infection with P. chabaudi. Each of these factors has significant implications for the understanding of how the spleen contributes to the control of infection with Plasmodium and potential applications for the further development of malaria vaccines and treatment regimens.

L'interaction entre le système immunitaire et le métabolisme du fer est bien illustrée par l'anémie des maladies chroniques (ACD), qui est fréquemment rencontrée dans les infections chroniques, l'inflammation et le cancer. La majorité des modifications dans les paramètres du fer observées dans l’ACD tient compte des modifications de l’homéostasie du fer, avec la délocalisation du métal de la circulation et les sites de l'érythropoïèse au compartiment de stockage dans les macrophages. Les mécanismes de la réponse hyposidérémique impliquent des cytokines, notamment TNF-alpha et IL-6, qui régulent les niveaux de plusieurs gènes du métabolisme du fer, y compris les transporteurs de fer et de l'hepcidine, un régulateur négatif de l’absorption du fer, ce qui entraîne l'inhibition de l'exportation du fer à travers la ferroportine 1 (FPN1) au niveau de l'intestin et les macrophages. Des études antérieures ont montré que l'IL-6 induit l’expression d’hepcidine dans les hépatocytes, mais il y a très peu de données concernant la façon par laquelle l'hepcidine et la FPN1 sont régulées dans les macrophages. Récemment, nous avons constaté que l'induction de l'hepcidine dans le foie par le lipopolysaccharide (LPS) dépend de la voie de signalisation médiée par le récepteur Toll-like 4 (TLR4). Le but de ce travail est d’identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages et de déterminer l’exigence des TLRs dans l’induction de l’hepcidine et le développement d’hyposidérémie. En plus, nous voulons étudier l’effet de l’inflammation causée par les ligands des TLRs sur le taux de fer sérique, la production des cytokines et l'expression de l’hepcidine et de la ferroportine. D’autre part nous voulons étudier l’effet du taux du fer sur la production d’IL-6 macrophagique en réponse à la stimulation par le TLR4. D'abord, pour identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages, nous avons traité les macrophages RAW 264.7 et les macrophages péritonéaux de souris (MPMs) avec différents ligands TLRs et on a mesuré l’expression de l'hepcidine par qRT-PCR. Nous avons observé que Pam3CSK4 (Pam), un ligand de TLR2/1; LPS, un ligand de TLR-4 et FSL1 un ligand de TLR2/6 induisent l’expression de l'hepcidine dans les cellules RAW 264.7 et les MPMs, contrairement au polyinosinic: polycytidylic acid (Poly I: C), un ligand de TLR3. De plus, LPS était capable de réprimer l’expression de la ferroportine dans les cellules RAW 264.7. Afin de mieux définir la nécessité des TLRs pour assurer cette expression, nous avons utilisé les souris TLR-2 knock-out et on a établi que l'expression de l'hepcidine dans les macrophages par LPS, Pam ou FSL1 est dépendante du TLR2. En accord avec les expériences in vitro, les études effectuées in vivo ont montré que LPS réprime l’expression de la ferroportine, ainsi que PolyI:C n’est pas capable de stimuler l'expression d'hepcidine hépatique, par contre il était efficace pour déclencher une hyposidérémie. Ensuite, on voulait déterminer la voie de signalisation utilisée dans l’induction de l’hepcidine dans les macrophages. Comme il y deux voies majeures connues pour la signalisation des TLRs : une dépendante et l’autre indépendante de la protéine MyD88, on a étudié l’expression de l’hepcidine dans les MPMs isolés des souris MyD88-/- et nous avons constaté que l'absence de signalisation MyD88 abolit l'induction de l'hepcidine déclenchée par Pam, LPS et FSL1. D’autre part, la stimulation avec du LPS induisait in vivo la production d’IL-6 et de TNF-alpha, et la stimulation d’IL-6 était renforcée in vitro par la présence du fer. Ces observations indiquent que l’expression de HAMP (Hepcidin Antimicrobial Peptide) dans les macrophages peut être régulée par différents TLRs, ce qui suggère que la production d'hepcidine macrophagique fait partie d'une réponse immunitaire activées par les TLRs. / The interaction between the immune system and iron metabolism is well exemplified in the anemia of chronic disease (ACD), which is frequently encountered in chronic infections, inflammation and cancer. The major changes in iron parameters observed in ACD ultimately reflect modifications in iron trafficking, with relocation of the metal from both the circulation and sites of erythropoiesis to the storage compartment in macrophages. Mechanisms in the hypoferremic response involve cytokines, including TNF-alpha and IL-6. These pro-inflammatory cytokines regulate the levels of several iron metabolism genes, including iron transporters and hepcidin, a negative regulator of iron absorption, resulting in the inhibition of iron export by ferroportine 1 (FPN1) from the intestine and macrophages. Previous studies showed that IL-6 upregulates hepcidin in hepatocytes, but there are very few data regarding how hepcidin and FPN1 expression is regulated in macrophages. More recently, we found that hepcidin induction in the liver by lipopolysaccharide (LPS) is dependent on the signaling pathway mediated by toll-like receptor 4 (TLR4). The aim of this work is to identify TLR ligands able to induce hepcidin in macrophages and to determine the requirement for TLRs in hepcidin expression and the development of hypoferremia. In addition, we want to study the effect of inflammation induced by TLR ligands on serum iron levels, cytokine production, hepcidin and ferroportin expression. On the other hand we want to study the effect of iron levels on IL-6 production by macrophages in response to TLR4 stimulation. First, to identify TLR ligands capable of inducing hepcidin in macrophages, we treated Raw 264.7 macrophages and thioglycollate-stimulated mouse peritoneal macrophages (MPMs) with various TLR ligands and measured hepcidin and ferroportin expression by real-time RT-PCR. We observed that Pam3CSK4 (Pam), a TLR1/2 ligand; LPS, a TLR-4 ligand; and FSL1 a TLR6/2 ligand, but not polyinosinic: polycytidylic acid (poly I:C), a TLR3 ligand, upregulate hepcidin expression in both Raw 264.7 cells and MPMs. Furthermore, LPS was able to repress ferroportine expression in RAW 264.7 macrophages. To further define the requirement for the identified TLRs, we used TLR-2 knockout mice and established that upregulation of macrophage hepcidin expression by Pam or FSL1 is TLR2 dependent, respectively. In agreement with the in vitro experiments, when tested in vivo LPS repressed ferroportine expression and polyI:C failed to induce hepatic hepcidin expression but was effective in triggering hypoferremia. We next investigated whether MyD88, the predominant but not exclusive intracellular signal transduction pathway for TLR-4, is necessary for hepcidin induction in macrophages. Using MyD88 knockout mice, we found that the absence of MyD88 signaling abolishes hepcidin induction triggered by Pam, LPS and FSL1. On the other hand, stimulation with LPS induced in vivo the production of IL-6 and TNF-alpha, and IL-6 stimulation was enhanced in vitro by high amount of iron in macrophages.These observations indicate that HAMP (Hepcidin Antimicrobial Peptide) expression in macrophages can be regulated through multiple TLRs, suggesting that macrophage hepcidin production is part of an immune response activated by the TLRs.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal. / Cardiovascular diseases are the major cause of mortality and morbidity in industrialized countries. CD36, a type B scavenger receptor expressed on macrophages, appears to play a major role in foam cell formation through scavenging oxidatively modified lipoproteins, thus leading to fatty streak lesion formation in the arterial wall. We have previously reported that growth hormone-releasing peptides (GHRP) are synthetic ligands that share the same binding site as oxidized low density lipoprotein (oxLDL) on the CD36 receptor. However, no study has reported the anti-atherosclerotic effects of CD36 ligands and their role in macrophage lipid metabolism. Thus, this project aimed to evaluate the anti-atherosclerotic effects of EP 80317, a CD36 selective ligand, and to elucidate the role of GHRP on macrophage lipid metabolism and transport. Apolipoprotein E deficient mice (apoE-/-) fed a high fat high cholesterol diet were treated for 12 weeks with EP 80317. Our study showed that EP 80317 exerted potent anti-atherosclerotic effects as shown by reduced lesion areas (up to 51%) and hypocholesterolemia. We further showed that a chronic treatment with EP 80317 reduced oxLDL uptake and increased the expression of genes/proteins involved in macrophage cholesterol efflux, such as peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) and ATP-binding cassette A1 (ABCA1) and ABCG1, thus reducing foam cell formation. Our second study aimed to elucidate the molecular mechanisms by which CD36 ligands lead to an increase in macrophage cholesterol efflux following PPARγ activation. [3H]-cholesterol-labeled murine macrophages incubated in the presence of EP 80317 showed a significant increase in cholesterol efflux to both ABCA1 and ABCG1 transporters of cholesterol. EP 80317-mediated macrophage cholesterol efflux through PPARγ involved an increase in intracellular 15d-PGJ2 levels that were elicited by extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) stimulation, itself dependent on COX-2 activation. The third and last study of this thesis aimed to investigate the effect of CD36 selective ligand on reverse cholesterol transport in vivo. ApoE-/- mice treated or not with EP 80317 were injected intraperitoneally with [3H]-cholesterol-labeled murine J774 macrophage-like cells. The radioactivity recovered in the livers of EP 80317-treated mice was significantly lower than that found in vehicle-treated mice whereas feces radioactivity was higher. Yet, the radioactivity in plasma did not achieve statistical differences between the two groups. Furthermore, the expression of genes involved in intestinal cholesterol transport such as LXRα, ABCA1, ABCG5 and ABCG8 was upregulated in EP 80317-treated mice while the expression of NPC1L1, a transporter involved in cholesterol absorption, was downregulated compared to vehicle-treated mice. In contrast, genes involved in hepatic cholesterol metabolism were not modulated by EP 80317. In conclusion, the work conducted in this thesis supported that activation of CD36 signaling pathways by EP 80317 may constitute a novel therapeutic approach for the treatment of atherosclerosis. The anti-atherosclerotic and hypocholesterolemic effects of synthetic CD36 selective ligands might be explained, at least in part, by 1) the regulation of macrophage cholesterol metabolism as a result of an increase in PPARγ activation by its endogenous ligand, 15d-PGJ2 and 2) the stimulation of reverse cholesterol transport, in particular that of transintestinal cholesterol efflux.

Les statines sont des molécules hypocholestérolémiantes, inhibiteurs compétitifs de l'hydroxyméthylglutaryl-CoA réductase, possédant des propriétés anti-inflammatoires et anti-oxydantes dépendantes et indépendantes de leur capacité à réduire le cholestérol. L'hème-oxygénase-1, une enzyme responsable du catabolisme de l'hème participe à la résolution de l'inflammation, notamment via ses propriétés anti-oxydantes. Le système enzymatique cyclooxygénase-2/prostaglandine synthase-1 microsomale catalyse la transformation de l'acide arachidonique en prostaglandine E2, médiateur biologique important dans la régulation de l'hémostase des vaisseaux, la croissance cellulaire, l'inflammation et la douleur. La cyclooxygenase-2 et l'heme-oxygenase-1 étant des cibles des statines, et jouant un rôle majeur dans l'inflammation et la fibrose, le but de ce travail a été d'élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de l'expression de ces enzymes par les statines dans les macrophages et les fibroblastes. Dans les fibroblastes, nous avons démontré que l'induction de l'hème-oxygénase-1 par deux statines différentes, la simvastatine et la fluvastatine, est dépendante de la voie du mévalonate et de la géranygéranylation des protéines. Nous avons pu également démontrer le rôle des facteurs de transcription CCAAT/enhancer-binding protein beta et gamma et upstream stimulatory factor 1 ou 2 dans cette induction, en utilisant des ARN interférants. Dans les macrophages, nous avons mis en évidence que les statines induisent l'hème-oxygénase-1 par un mécanisme dépendant du monoxyde d'azote. La petite protéine G Rho A/C semble être impliquée dans cette régulation ainsi que le facteur de transcription CCAAT/enhancer-binding protein beta. Finalement, nous avons analysé le rôle des statines dans la régulation des cyclooxygénase-2 et la prostaglandine synthase-1 microsomale dans des myofibroblastes hépatiques humains. Nous avons mis en évidence que les statines induisent l'expression de ces deux enzymes, par un mécanisme impliquant la voie de la Rho A/C. La conséquence de cette activation est une libération de la prostaglandine E2 qui inhibe la prolifération des myofibroblastes hépatiques. Au niveau transcriptionnel, l'élément de réponse nuclear factor-kappa B et cAMP response element/E box régions ainsi que GATA les régions riches en GC participent à la régulation des promoteurs de la cyclooxygénase-2 et de la prostaglandine synthase-1 microsomale, respectivement. En resumé, nos travaux confirment que les statines jouent un rôle protecteur dans les macrophages et les fibroblastes en induisant hème-oxygénase-1, la cyclooxygénase-2 et la prostaglandine synthase-1 microsomale, des enzymes qui jouent un rôle majeur dans le contrôle de l'inflammation et la fibrose. / Statins are selective competitive inhibitors of the 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase administered for the treatment of hypercholesterolemia. These molecules have multiple pleiotropic effects in addition to lowering cholesterol such as anti-inflammatory and anti-oxidant properties. Heme-oxygenase-1 is responsible for the catabolism of heme and has important anti-oxidant and anti-inflammatory effects. Cylooxygenase-2, along with microsomal prostaglandin E synthase-1, metabolizes arachidonic acid into prostaglandin E2, a biological mediator with important effects on vascular tone, cell growth, inflammation and pain. Because cyclooxygenase-2 and heme-oxygenase-1 are targets for statins and play a key role in inflammation and fibrosis, we aimed to investigate the molecular mechanisms underlying the regulation of these enzymes by statins in macrophages and fibroblasts.In fibroblasts, simvastatin and fluvastatin induced HO-1 expression in a mevalonate and geranylgeranylated-dependent manner. We further demonstrated a role of the transcription factors CCAAT/enhancer-binding protein beta and gamma and upstream stimulatory factor 1 or 2 in statin-dependent induction of heme-oxygenase-1 using small interfering RNA and dominant-negative constructs.In macrophages, we showed that statins i- increase the level of expression of heme-oxygenase-1 and ii- nitric oxide can play a role in statin-dependent induction of heme-oxygenase-1 , iii- RhoA/C is one of the target of statins, iv- the transcription factor CCAAT/enhancer-binding protein beta is involved in the regulation of heme-oxygenase-1 by statins.Finally, since cyclooxygenase-2 and heme-oxygenase-1 play a role in fibrosis and inflammation, we analyzed the effect of statins in human hepatic myofibroblasts, the fibrogenic cells of the liver. Statins significantly upregulated cyclooxygenase-2 and microsomal prostaglandin E synthase-1 and inhibited cell proliferation in a PGE2-dependent manner via inhibition of RhoA/C activity. Further analysis of the transcription factors involved showed a role for nuclear factor kappa B and cAMP response element/Ebox regions of cyclooxygenase-2 promoter and GATA and GC rich box regions for microsomal prostaglandin E synthase-1.Overall, our thesis results highlight the molecular mechanisms of statin-dependent regulation of two important enzymes in inflammation and fibrosis, in macrophages and fibroblasts. They confirm that some of the protective effects of statins go through the upregulation of heme-oxygenase-1, cyclooxygenase-2 and microsomal prostaglandin E synthase-1.