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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.

Le virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), agent causal du syndrome d'immunodéficience humaine (SIDA), est rapidement devenu pandémique suite à son identification en 1981. Les données statistiques publiées par l'Organisation des Nations Unies pour le Syndrome d'Immunodéficience Acquise (ONUSIDA) démontrent que, parmi les 34,3 à 41,4 millions de cas d'infection recensés en 2014, près de 70 % d'entre eux ont été répertoriés en Afrique subsaharienne et environ 6,5 % en Europe et en Amérique du Nord. L'Agence de la santé publique du Canada estimait, quant à elle, à près de 75 500 le nombre de personnes vivant avec le VIH-1 sur son territoire en 2014, dont environ 18 000 résidant au Québec. Malgré l'avènement de trithérapies contrôlant l'infection, à ce jour, aucune médicamentation n'en permet la guérison. La complexité de la pathogenèse virale menant à l'établissement d'une infection latente et à des comorbidités associées à l'état d'inflammation chronique est si considérable qu'aucun traitement ne peut encore enrayer la maladie. La recherche fondamentale et translationnelle, permettant de mieux comprendre le fonctionnement du système immunitaire en réponse à l'infection et d'associer plus efficacement ces avancées faites en laboratoire à la pratique médicale, sont donc primordiales. Les résultats présentés dans cette thèse abondent dans ce sens, puisqu'ils mènent à une meilleure compréhension du rôle que peut avoir le microbiote sur la susceptibilité à l'infection au VIH-1 des lymphocytes T CD4+ primaires, ce qui pourrait inspirer l'élaboration de composés médicamenteux limitant le dialogue entre les bactéries et les cellules permissives au virus. En effet, l'infection au VIH-1 peut être associée à un désordre du tractus gastro-intestinal menant à une translocation de bactéries de la lumière intestinale vers les muqueuses avoisinantes. Cette migration bactérienne semble influencer la susceptibilité à l'infection des lymphocytes T CD4+, mais encore aujourd'hui, tous les mécanismes ne sont pas parfaitement connus. Les deux études présentées dans ce manuscrit contribuent donc à l'avancement des connaissances dans le domaine puisqu'elles démontrent que 1) l'engagement du TLR2 semble entraîner la production de virus par les lymphocytes T CD4+ activés en favorisant l'activité de NF-B et la réplication virale chez les cellules CCR6+ et que 2) la sécrétion d'acétate (petit acide gras produit par la fermentation de composés non digestibles par les bactéries du tractus gastro-intestinal) semble promouvoir l'activation cellulaire et la diminution de l'activité des HDAC de classe 1 et 2 de sorte à accentuer l'intégration de l'ADN proviral dans le génome des lymphocytes T CD4+.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Chaque année, 130 000 personnes subissent une lésion de la moelle épinière, entraînant une paralysie totale ou partielle de leurs membres. Le seul traitement approuvé, un glucocorticoïde, demeure controversé puisque le rôle de la réponse inflammatoire qui se développe à la suite d'une lésion est encore mal compris. Par l'étude d'un nerf périphérique pouvant régénérer de façon autonome, il est possible d'évaluer l'importance de l'inflammation dans le processus de régénérescence axonale. Notre étude porte sur le rôle des récepteurs Toll-like (TLRs) dans l'initiation de la réponse immunitaire, la dégénérescence Wallérienne et le recouvrement locomoteur suite à une lésion nerveuse périphérique. Les expériences furent effectuées en utilisant des animaux déficients en TLR2, TLR4 et MyD88, ou en employant des agonistes ou inhibiteurs des TLRs. Nos résultats suggèrent que les TLRs seraient activés par des molécules endogènes présentes ou relâchées lors d'une blessure physique et, par l'initiation d'une réponse immune, favoriseraient l'élimination des débris de myéline et la régénérescence nerveuse. / Each year, 130 000 people suffer a spinal cord injury, inducing a total or partial paralysis of their members. The only approved treatment, a glucocorticoid, is still controversial since the role of the inflammatory response that develops after injury is still poorly understood. With the study of a peripheral nerve that can regenerate in an autonomous manner, it is possible to evaluate the importance of inflammation in the process of axonal regeneration. Our study involves the role of the toll-like receptors (TLRs) in the initiation of the immune response, Wallerian degeneration and behavioural recovery after a peripheral nerve lesions. The experiments were performed using mice deficient for TLR2, TLR4 and MyD88, or by employing agonists or inhibitors of TLR signaling. Our results indicate that TLRs could be activated by endogenous molecules present or expressed following traumatic injury and, through initiation of immune responses, could permit the elimination of myelin debris and nerve regeneration.

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.

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.

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.

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.