Influenza A viruses (IAV) are negative sense RNA viruses that naturally infect a wide variety of animals. Different subtypes of the virus infect waterfowl, poultry, pigs, horses, ferrets, bats, dogs, cats and humans, causing zoonotic outbreaks and pandemics. In humans, IAV strains cause seasonal epidemics that can result in up to 50000 deaths and 700000 hospitalizations each year, and ranks in the top ten causes of death in the United States. In addition, virulent strains of IAV have caused pandemic outbreaks triggering numerous fatalities. While tropism to the upper respiratory tract is important for virus transmission, infection of the lower lung is most correlated with pathogenesis. The mammalian lung has multiple structural cell types, of which two classes are considered most important for IAV pathogenesis. These are (1) alveolar unit cells and (2) cells of the conducting airways, primarily those of the bronchi and bronchioles. Alveolar unit cells, or pneumocytes, chiefly comprise type I and type II alveolar epithelial cells, and are involved in gas exchange and surfactant production. Cells of the bronchi and bronchioles (e.g., basal, secretory, ciliated, club, goblet and neuroendocrine cells) perform numerous functions related to tissue repair/renewal, and mucous production. Upon IAV infection the regulated (or programmed) death of the infected cell represents an important pathogen clearance mechanism. Programmed cell death can be largely non-inflammatory (e.g., apoptosis) or pro-inflammatory (e.g., necroptosis). In this dissertation, I outline experiments carried out to identify the role of pro-inflammatory programmed cell death in influenza A virus clearance and pathogenesis both in vitro and in vivo. My work outlines the role of necroptosis in IAV clearance, and how this controlled form of cell death, particularly in alveolar unit cells, can be exploited as a potential new therapeutic avenue for severe influenza disease. / Cancer Biology & Genetics

L'utilisation d'un agent déméthylant induit la réexpression de la protéine RIP3, une sérine-thréonine kinase, dans un modèle leucémique murin exprimant BCR-ABL humain. La réexpression de RIP3 conduit rapidement les cellules vers la nécroptose. Le mutant délété du domaine kinase est de façon surprenante plus "apoptogène" et induit le clivage de p65/RelA sur le résidu d'acide aspartique D361 par la caspase 6. Pour déterminer l'impact de ce clivage, nous avons construit un mutant non clivable p65/RelA D361E, ainsi que des plasmides exprimant chacun des fragments p65/RelA 1-361 ou p65/RelA 362-549, ou un plasmide exprimant simultanément p65/RelA 1-361 + p65/RelA 362-549. Ces différents plasmides codant pour les différentes formes de la protéine p65/RelA sont incorporés par transfection dans les cellules leucémiques ou de mélanome pour lesquels le gène RIP3 est respectivement méthylé ou exprimé. In vivo, nous mettons en évidence une différence de tumorigénicité entre les deux modèles. Elle est accrue par la présence de p65/RelA D361E par rapport à celle de p65/RelA WT et de p65/RelA 1-361 + p65/RelA 362-549 dans le modèle leucémique. Elle est au contraire faible dans le modèle du mélanome pour lequel la surexpression des fragments p65/RelA 1-361 +362-549 induit la tumorigenèse la plus forte. L'agressivité du mutant non clivable in vivo n'est pas corrélée à l'activité de NF-kB mesurée in vitro. Les fragments comme le mutant p65/RelA D361E induisent des profils d'expression différents dans le modèle murin de leucémie avec la modulation notable d'expression génique de la famille d'inhibiteurs de protéases à cystéine Stefins, ainsi que le transporteur de bicarbonate de sodium SLC4A5 qui joue un rôle majeur dans la régulation du pH intracellulaire. Le mutant p65/RelA D361E induit une expression importante du transporteur de bicarbonate de sodium SLC4A5 dans le modèle leucémique responsable de l'augmentation du pH intracellulaire qui participe au développement tumoral. Par contre, ce sont les deux fragments p65/RelA 1-361 + p65/RelA 362-549 qui induisent simultanément une expression plus forte de la molécule d'immunoéchappement PDL1, vraisemblablement par un mécanisme post-traductionnel. L'étude de la "souchitude" des modèles montre une différence d'activité du mutant p65/RelA D361E selon le modèle. On observe une augmentation de l'activité ALDH dans le modèle leucémique et une diminution de la formation de sphères dans le modèle de mélanome. En conclusion, ces résultats indiquent que les fragments issus du clivage de p65/RelA par l'activité de RIP3 indépendante de la kinase possèdent un rôle différent de celui de la forme sauvage sur la souchitude des cellules cancéreuses, et qu'elle dépend du modèle étudié. Ils confirment que le mutant non clivable possède la plus forte activité tumorigénique. Ils laissent également supposer que les fragments Nter et Cter puissent avoir une activité dans des cellules tumorales possédant une protéine RIP3 fonctionnelle et active, probablement par des mécanismes inflammatoires ou autres qui doivent être caractérisés. / The receptor-interacting protein kinase 3 (RIPK3) can induce necroptosis, apoptosis, or cell proliferation, and is silenced in several hematological malignancies. We previously reported that RIPK3 activity independent of its kinase domain induces p65/RelA caspase-mediated cleavage resulting in N-terminal 1-362 and C-terminal 362-549 fragments. We show here that a non-cleavable p65/RelA D361E mutant expressed in DA1-3b leukemia cells decrease mouse survival and that coexpressed p65/RelA fragments increase tumoriginicty of B16/F1 melanoma cells that did not correlated with in vitro measured Nf-kB activity. Fragments and p65/RelA fragments display different expression profiles in DA1-3b leukemic cells, with the notable modulation of gene expression of the Stefin cysteine protease inhibitor family and of SLC4A5, a Na+-coupled HCO−3 transporter. DA1-3b cells expressing p65/RelA D361E mutant showed more basic intracellular pH. p65/RelA fragments induced ovexpression of PD-L1 immunoescape molecule in DA1-3b cells. Markers of stemness were also affected: p65/RelA D361E induced increased ALDH activity in DA1-3b cells and fragments expression resulted in increased melanoma sphere formation in B16/F1 cells. Thus, far from being neutral, p65/RelA cleavage initiated by kinase independent activity of RIPK3 induced a pleiotropic range of effects in vitro and in vivo in cancer cells, that may vary across tumor types.

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(生命科学) / 乙第13351号 / 論生博第22号 / 新制||生||58(附属図書館) / 京都大学大学院生命科学研究科高次生命科学専攻 / (主査)教授 井垣 達吏, 教授 垣塚 彰, 教授 影山 龍一郎 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Philosophy in Life Sciences / Kyoto University / DFAM