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Obesity over the last several has become a major health concern in our country as well as the world. Obesity is also one of the risk factors which lead to several inflammatory complications such as diabetes, artherosclerosis, etc. Two leading factors involved in the causes of inflammatory complications include leptin and low dose endotoxin lipopolysaccharide (LPS). However, the mechanism underlying the involvement of these two mediators is not clearly understood. The purpose of this study is to understand the mechanism underlying inflammatory complications caused by leptin and low dose endotoxin most recently coined metabolic endotoxemia. Interleukin-Receptor Associated Kinase 1 (IRAK-1) is an intracellular signaling component shown to activate NFκB which leads to the induction of proinflammatory mediators. Deletion of IRAK-1 in mice has beneficial effects in alleviating inflammatory complications and human variations in IRAK-1 gene are correlated with higher risks for inflammatory diseases. Therefore, we hypothesized that IRAK-1 is critically involved for the induction of proinflammatory mediators induced by leptin and low dose LPS. IL-6 mRNA levels were measured in THP-1 (human monocytic cells) and wild type and IRAK-deficient bone marrow derived macrophages (BMDM) challenged with different combinations of leptin and LPS. Data shows that leptin alone will not induce inflammatory mediators. However, increased induction of IL-6 was observed in a synergistic manner involving both LPS and leptin in an IRAK-1 dependent manner causing a robust inflammatory response. With regard to the effect of low dose LPS, we observed that human monocytic cells treated with low concentrations of LPS showed a mild yet sustained induction of proinflammatory cytokines, which is contrast to the robust and transient induction of cytokines by a high dose LPS. To further determine the molecular mechanisms, we measured several key signaling molecules that include IRAK-1, IKKepsilon, and C/EBPdelta. Our study revealed a novel mechanism that appears to be distinct from the traditional NFï «B pathway responsible for the effect of low dose LPS. / Ph. D.

La réaction inflammatoire est un processus complexe et essentiel à la défense de l'hôte contre l'infection et le dommage tissulaire. Le déclenchement de cette réponse s'effectue suite à l'activation des récepteurs «Toll-like» (TLRs) par des motifs moléculaires associés aux pathogènes (PAMPs). Cette activation entraine la sécrétion de médiateurs inflammatoires solubles qui servent à recruter les cellules immunes au site de l'infection. Les neutrophiles sont les leucocytes circulants les plus abondants et sont les premiers arrivés au site inflammatoire/infectieux afin d'éliminer les micro-organismes. Le recrutement du neutrophile est un processus finement régulé qui nécessite d'abord son interaction avec l'endothélium vasculaire pour le franchir et ensuite se rendre au site inflammatoire via un processus appelé chimiotaxie. Au cours de cette dernière décennie, des études ont montré que les nucleotides tels que l'ATP sont relâchés par les cellules activées, lésées et/ou stressées, et tout particulièrement au site inflammatoire où ils agissent comme des signaux de danger ou des motifs moléculaires associés aux dommages (DAMPs). Une fois à la surface des cellules, ils entraînent des réponses immunes via l'activation des récepteurs P2. Durant mes études doctorales, nous avons montré que la relâche et l'action des nucleotides étaient impliquées dans les réponses suscitées par l'activation des TLRs. Plus particulièrement, nous avons mis en évidence un rôle central des nucleotides extracellulaires et de l'activation des récepteurs P2 dans différents mécanismes de contrôle de la migration des neutrophiles en réponse à des PAMPs. Nous avons montré que les nucleotides extracellulaires en activant les récepteurs P2 contrôlent la migration des neutrophiles via la sécrétion de l'interleukine-8 (IL-8) produite par les monocytes humains. Nous avons aussi démontré que la production de l'IL-8 par les monocytes activés par les ligands de TLR2 et TLR4 requiert l'activation concomitante des récepteurs P2 par les nucleotides extracellulaires. De plus, nous avons montré que les nucleotides ne sont pas uniquement impliqués dans la production d'IL-8 mais sont également nécessaires dans la chimiotaxie des neutrophiles induite par l'IL-8. Les études in vitro et in vivo présentées dans ma thèse montrent que les nucleotides extracellulaires contrôlent également la migration transendothéliale des neutrophiles induite par le ligand de TLR4 en agissant sur les cellules endothéliales. Les travaux présentés dans cette thèse contribuent à définir de nouveaux mécanismes utilisés par les nucleotides extracellulaires pour réguler le recrutement des neutrophiles lors de la réponse infectieuse et/ou inflammatoire.

La parodontite est une infection polymicrobienne qui entraîne une inflammation du parodonte et provoque une destruction irréversible des tissus de soutien de la dent. Le but de cette étude était d'évaluer les concentrations des cytokines IL-18, IL-1β, IL-10, TNFα ainsi que celles des récepteurs Toll de type 2 (Toll-like receptor 2, TLR2) et 4 (TLR4) solubles dans le fluide créviculaire gingivale (FCG) et la salive d'une cohorte de patients atteints de parodontite. Ces concentrations ont été corrélées avec les paramètres cliniques de la parodontite et la quantité des bactéries Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola et Fusobacterium nucleatum retrouvées chez les participants à l'étude. Les résultats obtenus ont révélé que les taux d'IL-18, d'IL-1β et de TLR4 dans le FCG sont plus élevés chez les sujets atteints de parodontite par rapport à ceux exempts de la maladie et que la sévérité de la maladie parodontale est associée à des concentrations élevées d'IL-1β et de TLR4 chez les sujets malades.

Les Toll-Like Receptors (TLRs) jouent un rôle majeur dans la réponse immunitaire innée, en reconnaissant des motifs moléculaires précis retrouvés exclusivement chez différents pathogènes (lipopolysaccharides (LPS), peptidoglycane, flagelline, ...). Le LPS est reconnu pour favoriser la production de cytokines pro-inflammatoires (ex. IL-1, IL-8, et TNF-ot) par les monocytes/macrophages via l'induction du facteur de transcription NK-KB par le TLR4. D'autre part, le virus d'immunodéficience humaine de type I (VIH-1) possède deux sites de liaison pour NF-KB dans sa région promotrice. L'objectif de cette étude était de vérifier l'effet de la stimulation au LPS sur la réplication et la production du VIH-1 dans une lignée cellulaire macrophagique ainsi que dans les macrophages primaires humains. L'ensemble des résultats obtenus montre que le LPS augmente l'activation de la transcription dans la lignée THP89GFP, alors que le contraire est observé dans les macrophages primaires humains et ce même si l'activation de NF-KB et la production de TNF-a sont observées dans ces cellules suite à un traitement au LPS. Cette étude révèle que les conclusions faites à partir d'une lignée cellulaire bien établie ne peuvent directement être appliquées à une un modèle plus physiologique. Ainsi, la réponse aux ligands des TLR devrait être étudiée dans un système de culture cellulaire beaucoup plus proche de la situation in vivo. / Toll-Like Receptors (TLRs) play a major role in the innate immune response, by recognizing precise molecular patterns found exclusively on different pathogens (lipopolysaccharides/LPS, peptidoglycans, flagellin, etc.). LPS is known to induce the production of pro-inflammatory cytokines (e.g. IL-1, IL-8, and TNF-a) by monocytes/macrophages through TLR4-mediated induction of the transcription factor NFKB. Interestingly, HIV-1 carries two consensus NF-KB binding sequences within its promoter region. The main goal of this study is a comparison of the modulatory effect of LPS treatment on HFV-1 transcription and virus production in a promonocytic cell line and primary monocyte-derived macrophages (MDM). We found that LPS increases virus gene expression in THP89GFP cells by activation of NF-KB, which is in sharp contrast with what is seen in primary MDM even though NF-KB and TNF-a were both stimulated upon treatment of the latter cell type by LPS. More importantly, our findings reveals that conclusions made with established human-derived cell lines cannot be directly applied to the situation prevailing in a more natural cellular setting. Thus, the response to TLR ligands should be studied in an appropriate cell culture System to more closely parallel the in vivo situations.

L’implication du virus Epstein-Barr (EBV) dans la progression de l’arthrite rhumatoïde (AR) est suspectée depuis plusieurs années. Il a précédemment été démontré que l’infection par le gammaherpèsvirus MHV-68 subséquente à l’injection de sérum arthritique aggrave l’inflammation articulaire. Cette réaction semble également spécifique au virus MHV-68 puisque ce phénomène n’est pas observable lors d’une infection par les virus mCMV ou HSV-1. La présence du génome viral détectée au niveau du tissu synovial indique que le virus peut être transporté par une sous-population cellulaire jusqu’aux articulations. La présence du virus a été décelée dans les monocytes inflammatoires, cellules présentes au niveau du liquide articulaire des souris infectées. Ces résultats démontrent que les monocytes inflammatoires jouent un rôle important dans l’exacerbation des symptômes induits par le virus MHV-68 dans un modèle murin d’arthrite. L’implication du TLR2, du TLR9, de même qu’EBV est également suggérée dans la pathogénèse de l’AR. / For several years, the Epstein-Barr virus (EBV) is suspected to be involved in rheumatoid arthritis (RA) pathogenesis. Using a mouse model of arthritis, it was previously demonstrated that infection of arthritic mice with the herpes virus MHV-68, resulted in exacerbation of inflammation in joints of mice. Furthermore, this phenomenon was MHV-68 specific since no other herpes virus such as HSV-1 of mCMV was found to increase joint inflammation of arthritic mice. The presence of MHV-68 genome in synovial tissues of arthritic mice and subsequently in inflammatory monocytes also suggest the potential role of these cells in virus transport to the joint of arthritic mice. Together, these findings demonstrate the key role of inflammatory monocytes in exacerbation of inflammatory symptoms induced by MHV-68 in arthritic mice. The involvement of TLR2, TLR9 and EBV is also suggested in RA pathogenesis.

Depuis sa découverte en 1983, le virus du SIDA ne cesse de faire des ravages. Malgré l’apparition de la thérapie HAART, qui permet de prolonger l’espérance de vie des individus atteints, aucun traitement n’est actuellement disponible pour prévenir ou éradiquer complètement l’infection. Le virus mute beaucoup ce qui lui confère rapidement une résistance à l’ensemble des traitements utilisés. L’objectif actuel du monde scientifique est donc de développer d’autres cibles qui pourraient restreindre les effets indésirables des médicaments actuels tout en diminuant l’émergence de souches virales résistantes. Afin de développer ces nouveaux traitements, il est essentiel de mieux comprendre le comportement du virus et ce, sous diverses conditions de l’organisme. Mon projet de doctorat s’inscrit dans cette thématique puisqu’il a permis d’étudier le comportement du virus suite à la stimulation du TLR2, un récepteur essentiel à la reconnaissance, entre autre, de structures spécifiques des bactéries Gram positives. L’objectif global consistait à déterminer si la stimulation de ce TLR, par un ligand synthétique, avait des effets sur l’état d’activation et le taux d’infection des lymphocytes T CD4+ naïfs et mémoires de même que celui des cellules dendritiques. Les résultats obtenus indiquent que la stimulation du TLR2 augmente l’infection de ces deux types cellulaires et favorise également le transfert du virus des cellules dendritiques aux lymphocytes T CD4+. Sachant que l’activation des cellules favorise l’infection par le VIH 1 et que les produits bactériens présents dans la circulation sanguine lors de la translocation microbienne activent les lymphocytes T CD4+ et les cellules dendritiques, toutes les conditions sont alors réunies pour mener à une hyperactivation des cellules immunes. Ces résultats démontrent que la reconnaissance des produits microbiens par les TLR participe à la dissémination de l’infection en favorisant l’activation de cellules permissives à l’infection. / Since its discovery in 1983, HIV-1 continues to destroy many people lives and no treatment is actually available to treat or prevent infection. Despite the utilization of HAART therapy, the epidemy is still increasing and the worldwide really need new treatments. Due to his high capacity of mutations, HIV-1 rapidly develops resistance against all available treatments. The major aim of scientific community is to develop new therapeutics using different targets to try to avoid and control the resistance phenomenon. To develop these treatments, it is very important to acquire a better understanding of the HIV-1 biology. My doctorate project is tightly related to this because it permits to study the reaction of HIV-1 following TLR2 stimulation, a receptor very useful to sense pathogens. Since microbial translocation is a phenomenon frequently observed in HIV-1-patients, characterized by the presence of bacterial compounds into bloodstream, we evaluated if TLR2 stimulation, with a synthetic ligand, could modulated infection process. Our global objective was to determine if this stimulation could change the activation state and influence the infection in both CD4+ T lymphocytes and dendritic cells. Our results confirmed that TLR2 stimulation increases infection in both cell subtypes and also increases the transfer of viruses from dendritic cells to CD4+ T lymphocytes. Knowing that cell activation favors HIV-1 infection and that bacterial compounds present into bloodstream during microbial translocation stimulate TLR2 stimulation activates CD4+ T cells and dendritic cells, all conditions are put together to favors hyperactivation of the immune system. Our results demonstrate that TLR2 stimulation participates to HIV-1 dissemination by triggering activation of immune cells.