Chaque jour, nous inhalons des organismes pathogènes ou non tels que des bactéries ou des champignons. Chez l’individu sain, l’infection est évitée grâce à l’action conjuguée du mucus pulmonaire sécrété qui empêche la colonisation des pathogènes et par le battement des cils de l’épithélium pulmonaire permettant ainsi la clairance des poumons. Si cette barrière ne suffit pas, les cellules du système immunitaire entrent alors en jeu et vont reconnaître les pathogènes via une famille de récepteurs particuliers, les PRR. Chez les personnes immunodéprimées ou atteintes de mucoviscidose, ces mécanismes ne sont plus fonctionnels favorisant le développement de pathogènes tels que Pseudomonas aeruginosa ou Aspergillus fumigatus. Afin de mieux comprendre la pathogénèse des infections pulmonaires, mon travail de thèse a consisté d’une part à caractériser la paroi d’A. fumigatus au cours de la germination des conidies et d’autre part à identifier les motifs glycanniques portés par les mucines et reconnus par les pathogènes. Nous avons purifié les mucines pulmonaires de patients atteints de mucoviscidose et caractérisé leurs profils de glycosylation. Nous avons pu démontrer de très fortes variations inter-individuelles avec pour certains patients la présence de mucines essentiellement neutres alors que pour d’autres les mucines étaient presque exclusivement acides. nous avons pu démontré que P. aeruginosa adhère préférentiellement sur les structures sialylées et sulfatées. Nous avons également montré qu’A. fumigatus adhérait aux mucines pulmonaires humaines et de porc. Ce travail devrait permettre à terme d’identifier de nouvelles molécules permettant d’inhiber l’adhésion de pathogène. / Daily, we inhale pathogenic or not pathogenic bacteria and fungi organisms. In healthy individuals, infection is prevented by the combined action of secreted pulmonary mucus which avoids colonization of pathogens and the beating of cilia of pulmonary mucosal epithelium allowing clearance of the lungs. If the first barrier effect is not sufficient, immune cells will recognize pathogens by the pathogen recognition receptors (PRR) family. In immunocompromised people or cystic fibrosis patients, these mechanisms are no longer functional promoting the development of pathogens such as Pseudomonas aeruginosa or Aspergillus fumigatus. In order to better understand pathogenesis of pulmonary infection, my PhD work was focused on the characterization of A. fumigatus wall during conidial germination and on the identification of oligosaccharidic ligands carried by mucins and recognized by pathogens. We have purified respiratory mucins from patients with cystic fibrosis and analyzed their glycosylation profile. We have demonstrated profund inter-individual variation with for some patients mainly neutral mucins whereas for others, mucins were essentially acidic. We were able to demonstrate that P. aeruginosa preferentially adheres on sulfated and sialylated structures. We also showed that A. fumigatus is able to bind to human and pig lung mucins. This work paves the way for the development of alternative strategies against pathogens infection, using adherence inhibitors.

Cytotoxiques en lysant différents types de cellules et régulent la réponse immunitaire. Leur rôle dans l’asthme et ses exacerbations reste encore à identifier même si des modifications phénotypiques ont été observées chez des patients asthmatiques et qu’il a été récemment montré dans un modèle murin qu’elles n’intervenaient pas dans le développement de l’asthme allergique. L’objectif de la thèse était de mieux comprendre la place des cellules NK dans la pathologie asthmatique en se focalisant sur deux aspects : l’exacerbation viro-induite et l’inhibition par des composants microbiens.L’hypothèse pour la 1ère partie de la thèse était que les cellules NK de patients asthmatiques pouvaient présenter une dysfonction dans leur réponse à des agents microbiens qui pourrait favoriser l’exacerbation de la réaction asthmatique. Pour cela, nous avons analysé l’activation, la cytotoxicité et la production de cytokines de cellules NK provenant de patients asthmatiques sévères stimulées avec des molécules mimant des microorganismes ou un rhinovirus vivant (HRV), en comparaison avec des donneurs sains. Nous avons montré que les cellules NK de patients sévères étaient moins cytotoxiques que les cellules NK de donneurs sains en réponse à la stimulation avec un agoniste de Toll-Like Receptor 3 ou du TLR7/8 et avec HRV. En outre, lorsqu’elles sont stimulées avec de l’IL-12 et de l’IL-15, des cytokines produites pendant l’infection virale, les cellules NK de patients asthmatiques sévères expriment moins d’IFN-γ que les cellules NK de donneurs sains. Nos résultats suggèrent que l’activation des cellules NK de patients asthmatiques pourrait être insuffisante pendant les infections respiratoires et pourraient participer à l’aggravation de l’asthme.L’hypothèse pour la 2ème partie de la thèse était que les cellules NK pourraient participer à l’inhibition de la réaction asthmatique allergique dans un modèle murin. Dans des souris C57BL/6 sensibilisées à l’ovalbumine, l’instillation de FSL1, un agoniste de TLR2/6 inhibe la réaction asthmatique allergique. Cette inhibition étant associée à des modifications de la population des cellules NK, nous avons analysé leur rôle grâce à des souris déficientes en cellules NK. En l’absence de cellules NK, les souris développent un asthme allergique, et l’inhibition par FSL1 est maintenue. Par conséquent, les cellules NK ne jouent pas de rôle dans le développement de l’asthme allergique expérimental, ni dans son inhibition induite par un agent microbien. Cependant, elles pourraient être modifiées par l’environnement allergique, et avoir ainsi un rôle dans les exacerbation viro-induites. Cette question cruciale rejoint le travail réalisé dans la première partie de la thèse.En conclusion, nos résultats suggèrent que les fonctions des cellules NK seraient modifiées dans la pathologie asthmatique, qu’elle soit allergique ou non. Notre hypothèse est que le défaut d’activation des cellules NK participerait aux exacerbations viro-induites de l’asthme. Les perspectives de ces travaux sont de poursuivre la caractérisation des cellules NK chez les patients asthmatiques sévères et d’évaluer le rôle des cellules NK dans un modèle murin d’exacerbation de la réaction asthmatique.L’hypothèse pour la première partie de la thèse était que les cellules NK de patients asthmatiques pouvaient présenter une dysfonction dans leur réponse à des agents microbiens qui pourrait favoriser l’exacerbation de la réaction asthmatique. Pour cela, nous avons analysé l’activation, la cytotoxicité et la production de cytokines de cellules NK provenant de patients asthmatiques sévères stimulées avec des molécules mimant des microorganismes ou un rhinovirus vivant (HRV), en comparaison avec des donneurs sains. Nous avons montré que les cellules NK de patients sévères étaient moins cytotoxiques que les cellules NK de donneurs sains en réponse à la stimulation avec un agoniste de Toll-Like Receptor 3 ou du TLR7/8 et avec HRV [...] / Asthma is a chronic inflammatory disease of the airways affecting 334 million of people worldwide. Among asthma patients, 5% suffers from severe asthma. Severe asthma represents a major unmet need because, despite heavy treatments, patients still suffer from uncontrolled asthma symptoms, frequent exacerbations and a dramatic decrease in their respiratory capacity. The role of microorganisms in asthma is complex. On one hand, a group of epidemiologic and experimental studies have shown that chronic exposure with bacteria or microbial compounds, particularly during early childhood, would provide protection against allergic asthma. On the other hand, respiratory viruses are responsible for 80% of exacerbations and are associated with an increasing risk of developing asthma in children, whether allergic or not. Natural Killer cells (NK) are lymphocytes involved in innate antiviral immunity. They have cytotoxic functions by lysing different types of cells but also regulatory functions by producing cytokines and activating other immune cells. Their role in asthma and its exacerbations has yet to be identified, although phenotypic changes have been observed in asthmatic patients and it has recently been shown in a mouse model that they are not involved in the development of allergic asthma. The objective of the thesis was to better understand the role of NK cells in asthmatic pathology by focusing on two aspects : virus-induced exacerbation and inhibition by microbial compounds.The hypothesis for the first part was that NK cells from asthma patients may present a dysfunction in their response to microbial agents that could promote the exacerbation of the asthmatic reaction. To do this, we analysed NK cell activation, cytotoxicity and production of cytokines from severe asthmatic patients stimulated with molecules mimicking microbes or a human rhinovirus (HRV), compared to healthy donors. We showed that NK cells from severe asthma patients were less cytotoxic than NK cells from healthy donors in response to stimulation with a Toll-like Receptor 3 or TLR7/8 agonist and HRV. Moreover, when stimulated with IL-12 and IL-15, cytokines produced during viral infections, NK cells from severe asthma patient express less IFN-γ than NK cells from healthy donors. Our results suggest that the activation of NK cells in asthma patients may be insufficient during respiratory infections and may contribute to the worsening of asthma.The hypothesis for the second part was that NK cells may participate to the inhibition of a mouse model of allergic asthma. In C57BL/6 mice sensitized with ovalbumin, instillation of FSL1, agonist of TLR2/6, inhibits the features of experimental asthma. Since this inhibition is associated with changes in the population of NK cells, we analysed their role using mice deficient in NK cells. In the absence of NK cells, mice develop allergic asthma, and inhibition by FSL1 is maintained. Therefore, NK cells do not play a role in the development of experimental allergic asthma or in its inhibition induced by a microbial agent. However, they may be modified by the allergic environment, and thus have a role in viro-induced exacerbations. This crucial question is in line with the work done in the first part of the thesis.In conclusion, our results suggest that the functions of NK cells may be modified in asthmatic pathology, whether allergic or not. Our hypothesis is that the defect in NK cell activation may participate to virus-induced asthma exacerbations. Perspectives of this work are to further characterize NK cells in severe asthma patients and to evaluate the role of NK cells in a mouse model of asthma exacerbation.

The tripartite motif (TRIM) family comprises at least 80 members in humans, with most having ubiquitin or SUMO E3 ligase activity conferred by their N-terminal RING domain. TRIMs regulate a wide range of processes in ubiquitination-or sumoylation-dependent manners in most cases, and fewer as adaptors. Their roles in the regulation of viral infections, autophagy, cell cycle progression, DNA damage and other stress responses, and carcinogenesis are being increasingly appreciated, and their E3 ligase activities are attractive targets for developing specific immunother-apeutic strategies for immune diseases and cancers. Given their importance in antiviral immune response, viruses have evolved sophisticated immune escape strategies to subvert TRIM-mediated mechanisms. In this review, we focus on their regulation of IFN-I-mediated innate immune response, which plays key roles in antiviral and antitumor defense.

Während der letzten Jahrzehnte ist eine steigende Inzidenz von Infektionen durch Pilze der Ordnung Mucorales zu beobachten. Rhizopus arrhizus ist der häufigste Erreger dieser lebensbedrohlichen Infektionen, die vor allem immunsupprimierte Patienten betreffen. Aufgrund der oft schwierigen Diagnosestellung und limitierter therapeutischer Optionen liegt derzeit die Letalität von Mucormykosen zwischen 50 bis 100 %. Eine Voraussetzung für die Etablierung neuer Biomarker oder immuntherapeutischer Strategien ist ein verbessertes Verständnis der immunpathologischen Prozesse bei der Abwehr von Mucorales. In dieser Arbeit wurden daher verschiedene Immunzellpopulationen durch ruhende und ausgekeimte Stadien von R. arrhizus stimuliert und anschließend deren proinflammatorische Immunantwort gemessen. Als Vergleich diente die proinflammatorische Immunantwort der untersuchten Immunzellen nach Stimulation mit Aspergillus fumigatus. Darüber hinaus war es Gegenstand dieser Arbeit, zu charakterisieren welche Pattern Recognition Receptors (PRRs) an der Erkennung von Mucorales durch verschiedene innate Immunzellen beteiligt sind. Zugleich wurde untersucht, ob unterschiedliche Morphotypen der Pilzspezies Auswirkungen auf die Stimulation der jeweiligen PRRs haben. Hierfür wurden Koinkubations-Experimente mit neutrophilen Granulozyten sowie Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMCs), Monozyten und monocyte derived dendritic cells (moDCs) mit verschiedenen Morphotypen von R. arrhizus durchgeführt. Die Rezeptoren TLR2, TLR4 und/oder Dectin-1 wurden dabei durch neutralisierende Antikörper oder RNA-Interferenz blockiert. Ausgekeimte Stadien von A. fumigatus sowie R. arrhizus induzierten eine erhöhte ROS-Freisetzung in Neutrophilen, die durch isolierte oder kombinierte Blockade von TLR2, TLR4 und Dectin-1 abgeschwächt wurde. Ebenso wurde die Phagozytoseaktivität neutrophiler Granulozyten gegenüber R. arrhizus-Konidien durch Blockade von TLR4 und Dectin-1 deutlich reduziert. Im Gegensatz zu A. fumigatus induzierten sowohl ruhende Konidien als auch ausgekeimte Stadien (Keimschläuche und Hyphen) von R. arrhizus eine robuste pro-inflammatorische Zytokinantwort durch moDCs. Nach Inhibition der Dectin-1 Expression durch RNA-Interferenz zeigte sich die Transkription und Sekretion von Interleukin-1β in Gegenwart aller drei untersuchten Morphotypen von R. arrhizus deutlich vermindert (Transkription um 46 bis 68 % und Sekretion um 75 bis 79 % vermindert). Diese Ergebnisse legen nahe, dass Dectin-1 ein wichtiger Mediator bei der Einleitung der innaten Immunantwort verschiedener Zelltypen gegen R. arrhizus ist. Diese Beobachtung sollte in weiteren Studien eingehender untersucht werden, z. B. um die Eignung von Dectin-1 als Rezeptor für zelltherapeutische Ansätze wie T-Zell-Konstrukte mit chimären Antigen-Rezeptoren zu evaluieren. / While Aspergillus species remain the most common cause of opportunistic mold infections, emerging pathogens such as Mucorales account for an increasing share of invasive mycoses in immunocompromised patients. Unspecific clinical presentation, lack of reliable biomarkers, and limited therapeutic options contribute to poor outcomes of this devastating infection. Depending on the site of infection, mortality rates of mucormycoses reach up to 100%, highlighting an unmet need for advances in diagnostic and therapeutic strategies. To facilitate improvements in immune biomarker development and immunotherapy, better understanding of host defense and host-pathogen interplay is warranted. Therefore, this project sought to assess the activation of proinflammatory immune responses by resting and germinated stages of Rhizopus arrhizus, the most common pathogenic Mucorales species. Furthermore, we aimed to characterize the pattern recognition receptors (PRRs) which are involved in the detection of R. arrhizus. To that end, we co-incubated polymorphonuclear neutrophils (PMNs), peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), monocytes, and monocyte derived dendritic cells (moDCs) from healthy donors with different morphotypes of R. arrhizus and compared immune responses to A. fumigatus stimulation. Oxidative burst of PMNs was only stimulated by germinated morphotypes of both fungi but not by resting conidia. Inhibition of TLR2, TLR4 and Dectin-1 by specific blocking antibodies significantly reduced the secretion of reactive oxygen species in response to R. arrhizus germlings and hyphae. Similarly, phagocytosis of R. arrhizus spores by PMNs was significantly reduced by blockade of TLR4 and Dectin-1, further corroborating a functional role of these receptors in the recognition of Mucorales. Co-culture studies with PBMCs, monocytes, and moDCs revealed that both resting and germinated stages of R. arrhizus induce a proinflammatory cytokine response of mononuclear phagocytes, whereas conidia of A. fumigatus were largely inert. To determine a functional role of Dectin-1 in the recognition of R. arrhizus morphotypes by mononuclear cells, moDCs were transfected with CLEC7A-siRNA, resulting in a knockdown of the Dectin-1 gene. The transfected moDCs were stimulated with different A. fumigatus and R. arrhizus morphotypes and mRNA expression and secretion of IL-1β were determined by qPCR and ELISA. Significantly weaker induction of IL-1β by germinated stages of both fungi and R. arrhizus spores was seen in siCLEC7A-transfected moDCs. Collectively, these results indicate that major pattern recognition pathways with known roles in the detection of A. fumigatus are also pivotal to mount a proinflammatory immune response to R. arrhizus.

Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) and damage-associated molecular patterns (DAMPs) are recognized by different cellular pathogen recognition receptors (PRRs), which are expressed on cell membrane or in the cytoplasm of cells of the innate immune system. Nucleic acids derived from pathogens or from certain cellular conditions represent a large category of PAMPs/DAMPs that trigger production of type I interferons (IFN-I) in addition to pro-inflammatory cytokines, by specifically binding to intracellular Toll-like receptors or cytosolic receptors. These cytosolic receptors, which are not related to TLRs and we call them "Toll-free" receptors, include the RNA-sensing RIG-I like receptors (RLRs), the DNA-sensing HIN200 family, and cGAS, amongst others. Viruses have evolved myriad strategies to evoke both host cellular and viral factors to evade IFN-I-mediated innate immune responses, to facilitate their infection, replication, and establishment of latency. This review outlines these "Toll-free" innate immune pathways and recent updates on their regulation, with focus on cellular and viral factors with enzyme activities.

Das Wechselspiel zwischen Viren und ihren Wirtszellen beginnt meist an pattern recognition-Rezeptoren (PRRs), die für die Erkennung unterschiedlichster Pathogene anhand bestimmter Strukturen, sogenannten pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), zuständig sind. Nach Detektion lösen die PRRs über verschiedene Signalkaskaden eine antivirale Antwort aus, die zur Expression antiviraler Gene führt. RIG-I und MDA5 sind zytoplasmatisch lokalisierte PRRs und erkennen RNA-Strukturen, die insbesondere während der viralen Replikation und Transkription verfügbar sind. Hantaviren sind humanpathogene RNA-Viren mit einem einzelsträngigen, segmentierten Genom. Die Konsequenzen hantaviraler Infektionen auf molekularer Ebene wurden bereits detailliert untersucht, aber die Mechanismen, die zur Induktion der Immunantwort führen, wie auch mögliche Immunevasionsstrategien, die wahrscheinlich in Zusammenhang mit der Pathogenität des jeweiligen Hantavirusstamms variieren, konnten bisher nicht identifiziert werden. Da Hantaviren im Cytoplasma ihrer Wirtszellen replizieren, stellen RIG-I und MDA5 potentielle Detektoren dar. In dieser Doktorarbeit wird die Bedeutung von RIG-I und MDA5 für die Erkennung von Hantavirus-Infektionen untersucht. Wachstumskinetiken zeigten, daß RIG-I die Replikation von pathogenen wie auch apathogenen Hantaviren beeinträchtigt. Außerdem konnte die RNA hantaviraler Nukleocapsid- (N-) ORFs als eine virale Komponente identifiziert werden, die Typ I Interferon über RIG-I induziert. Das Ausmaß der Interferon-Aktivierung korrelierte hierbei tendenziell mit dem Virulenzgrad der Virusstämme und war für die nicht-pathogenen Hantaviren nicht nachweisbar. Unterschiede in der Aktivierungsstärke können anhand vorläufiger Daten wahrscheinlich auf noch nicht identifizierte Motive zurückgeführt werden, die am 3’-Ende der N ORFs liegen. Im Gegensatz dazu wurde keine Interferon-Aktivierung durch hantavirale Komponenten über MDA5 festgestellt. / Host-virus interaction is usually initated by pattern recognition receptors (PRRs) which are responsible for the recognition of various pathogens based on so-called pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Upon detection, PRRs trigger an antiviral immune response through different signalling cascades that lead to the expression of antiviral genes including interferon genes. RIG-I and MDA5 are cytoplasmically localised PRRs and recognise RNA patterns that are particularly available during viral replication and transcription. Hantaviruses are RNA viruses with single-stranded segmented genomes. The consequences of hantaviral infections have been analysed in detail, but the mechanisms that lead to the induction of the innate immune response as well as immune evasion strategies depending on the pathogenicity of the respective hantavirus strains have not been identified yet. Since hantaviruses replicate in the cytoplasm of their host cells, RIG-I and MDA5 represent potential PRRs for hantaviral detection. This thesis investigates the impact of RIG-I and MDA5 on recognition of hantaviral infections. Growth kinetics show that RIG-I impairs the replication of pathogenic as well as non-pathogenic hantaviruses. Furthermore, the RNA of hantaviral nucleocapsid protein (N) ORF could be identified as a viral component responsible for the induction of RIG-I signalling. It is shown that the degree of interferon promotor activation correlates with the virulence of the hantavirus strain from which the N ORF was derived. Based on preliminary data, differences in activation strength may be attributed to not yet identified motifs at the 3’ end of the ORF. In contrast, no interferon activation through MDA5 could be observed.

Reconfigurable computing is an evolving paradigm in computer architecture where the ability to load different designs onto a field programmable gate array (FPGA) at execution time has proven useful in adapting FPGA prototypes to a wide range of applications. Reconfiguration techniques can be primarily categorized as Partial Dynamic Reconfiguration (PDR) and Partial Bitstream Relocation (PBR). PDR involves reconfiguring a single Partial Reconfiguration Region (PRR) with a partial bitstream, while PBR is targeted at reconfiguring multiple PRRs on the FPGA with a partial bitstream. Previous techniques have primarily focused on using either slower off-chip memory or on-chip memory-based solutions to store the partial bitstream, and then reconfigure a PRR on the FPGA. Another technique called Accelerated Relocation Circuit (ARC) provides a more efficient method where a PRR (active bitstream) is used to relocate to other PRRs on the fly using minimal on-chip memory. This thesis proposes a novel technique for Memory-based Frame Data Reconfiguration (M-FDR) of multi-row PRRs. ARC hardware was re-architected to provide an improved frame data reconfiguration framework, called Accelerated Memory-based Reconfiguration Circuit (AMRC) for use in MBR scenarios. A performance prediction model is also proposed that confirms the speedup achieved by AMRC, in comparison to ARC and earlier methods. This technique was found to be 26.6% faster than ARC in PRR-PRR relocation. In comparison to other relocation techniques like Bit Relocation Filter (BiRF), AMRC provides a speedup of 231x. The AMRC method was also able to dynamically parallelize multi-row designs with an average context switching time of 0.37 ms.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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