Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

L'action ubiquitaire de l'interféron de type I (IFN- alpha/beta , ici IFN) dans la physiologie et la pathologie est aujourd'hui certaine. Une réponse dérégulée à l'IFN peut entraîner des interféronopathies ou des maladies auto-immunes. Dans mon travail de thèse j'ai étudié trois éléments de la voie de signalisation de l'IFN afin de comprendre comment une dérégulation peut se produire. TYK2 est une tyrosine kinase de la famille Janus impliquée dans la signalisation de cytokines immunorégulatrices (IFN de type I, IL-10, IL-12, IL-23). Selon le récepteur, TYK2 est co-activé avec JAK1 ou JAK2. L'interaction moléculaire entre les deux kinases juxtaposées est peu connue. J'ai caractérisé deux variants de TYK2 associés à des maladies auto-immunes, TYK2 I684S et TYK2 P1104A. J'ai démontré que ces deux variants ont un défaut catalytique, mais soutiennent la réponse à l'IFN. Mes résultats suggèrent un modèle d'activation réciproque des deux kinases. Par des études de signalisation dans les cellules EBV-B j'ai montré que l'homozygotie TYK2 P1104A a un impact différent selon la cytokine étudiée. L'analyse de deux autres polymorphismes de TYK2 associés à des maladies auto-immunes (rs12720270, rs2304256) a montré un impact sur la rétention de l'Exon 8, ce qui augmente l'expression de TYK2. J'ai aussi contribué à la dissection du mécanisme moléculaire contrôlant la réponse à l'IFN dans les cellules de patients déficients pour USP18 ou ISG15 et souffrant d'interféronopathies. Ces travaux ont démontré le rôle essentiel d'USP18 pour restreindre la réponse à l'IFN et ont mis en évidence ISG15 comme un nouvel inhibiteur de l'IFN chez l'humain mais pas chez la souris. / Today, the pervasive action of type I IFN (IFN-alpha/beta, here IFN) in human physiology and pathology has become evident. Dysregulated IFN response can lead to interferonopathies and auto-immune diseases (AID). My thesis work has focused on the study of three elements of the IFN response pathway, aiming to understand how dysregulation occurs. TYK2 belongs to the Janus tyrosine kinase family and is involved in signaling of several immunoregulatory cytokines, such as type I IFN, IL-10, IL-12 and IL-23. Depending on the receptor complex, TYK2 is co-activated with either JAK1 or JAK2. A detailed molecular characterization of the interplay between the two juxtaposed enzymes is missing. In my study, I characterized two rare AID-associated human variants TYK2 I684S and TYK2 P1104A. I found that both variants are catalytically impaired but rescue signaling in response to IFN in fibroblasts. My results support a model of reciprocal activation of Janus kinases. Through signaling studies I showed that TYK2 P1104A homozygosity has a cytokine-specific impact in EBV-B cells. My studies of two other AID-associated TYK2 SNPs (rs12720270 and rs2304256) suggest that they promote Exon 8 retention and increase TYK2 expression. In the second part of my thesis work, I contributed to dissecting the molecular mechanism that tunes down IFN response in cells from rare USP18- and ISG15-deficient patients that suffered of interferonopathies. This work substantiated the essential role of USP18 in downregulating the IFN response and highlighted ISG15 as a novel IFN inhibitor in humans, but not in mice.

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On a récemment mis en évidence l'existence d'une étroite interconnexion entre la perception d'éléments d'origine microbienne (qui se fait à travers les récepteurs de l’immunité innée tels que les TLRs) et l'homéostasie du réticulum endoplasmique. En situation de stress, une grande quantité de protéines mal repliées s'accumule dans le réticulum, déclenchant une série de réponses cellulaires connues sous le nom de "Unfolded Protein Response" (UPR). On a découvert que l'activation de l'UPR contribue à la réponse inflammatoire, en particulier chez les cellules dendritiques. GADD34/PP1 est un complexe protéique qui dé-phosphoryle eIF2α et participe à la restauration de la synthèse protéique. On a démontré que GADD34 a aussi un rôle dans le contrôle de l’expression des cytokines pro-inflammatoires, en particulier l'interféron de type I. Le but de cette thèse est de clarifier comment la voie de signalisation des TLRs et le UPR s'intercroisent et comment est-ce qu'on peut exploiter cette interaction dans des cas pathologiques J’ai pu démontrer, à l'aide de cellules dendritiques d’origine humaine et murine, que le guanabenz (GBZ), un inhibiteur du complexe GADD34/PP1, est capable de bloquer l'activation des récepteurs TLRs endosomaux. Cet inhibiteur est également capable de bloquer le choc septique dépendent de TLR9 et de baisser le niveau d’autoanticorps dans un modèle lupique. En conclusion, j'ai pu démontrer, aussi bien in vitro que in vivo, que le guanabenz est capable d'inhiber les TLRs endosomaux à travers un nouveau mécanisme d’inhibition sur CH25H, une enzyme du métabolisme du cholestérol, qui a été récemment découvert comme faisant partie de l'immunité innée. / Sustained immune reaction is strictly interconnected to pathogenic situations. For this reason, the activation of immune cells is controlled by multiple pathways. A cross-talk between microbial sensing and Endoplasmic Reticulum (ER) homeostasis has been discovered. Abnormal accumulation of proteins in the ER is a sign of cellular malfunction and triggers emergency rescue pathways, collectively known as the Unfolded Protein Response (UPR). UPR induction triggers or amplifies inflammatory signals by dendritic cells (DCs). GADD34/PP1 is a holophosphatase complex that dephosphorylates eIF2α and participates in the UPR feedback loop, by restoring protein translation. It has been shown that GADD34 plays an important role in controlling the expression of pro-inflammatory cytokines, especially type I interferon. In dendritic cells (DCs), pathogens are sensed by Pathogen Recognition Receptors (PRRs); the better characterised class of PRRs being the Toll-Like Receptors (TLRs). Thus, the aim of my thesis is to investigate how TLRs and ER-signalling pathways intersect and how this can be used to control pathogenic states, with particular attention for the GADD34/PP1 complex. Using both human and mouse DCs, we show that guanabenz (GBZ), an inhibitor of the GADD34/PP1 complex, blocks endosomal TLRs activation. The same inhibitor rescues mice viability in a TLR-dependent septic shock model and controls the circulating autoantibodies in a lupus model. Our studies show that TLR9 is particularly sensitive to GBZ. We show also that GBZ has a previously unidentified effect on CH25H, an enzyme that hydroxylates the cholesterol in 25-hydroxycholesterol, recently linked to TLRs signaling.

Les monocytes classiques (cMo) sont des phagocytes mononucléés circulant dans le sang et capables de migrer vers les tissus enflammés pour s’y différencier en monocytes inflammatoires, cellules dendritiques dérivées de monocytes (MoDC), macrophages (MoM) ou cellules myéloïdes suppressives. Selon le contexte physiopathologique, les cellules dérivées de cMo peuvent être bénéfiques ou néfastes. Dans l’infection par le cytomégalovirus murin (MCMV) leur rôle est controversé. Les divergences apparentes dans la littérature pourraient s’expliquer par l’utilisation de souches distinctes de souris ou de virus, l’étude d’organes différents, et la confusion existante sur l’identité et la plasticité de différents sous-types de cellules dérivées de cMo. Par des analyses transcriptionnelles, morphologiques et fonctionnelles, mon travail de thèse montre que, dans la rate de souris infectées par MCMV, les cMo se différencient simultanément en monocytes inflammatoires, MoDC et MoM. Cette différenciation est abrogée lorsque les cMo sont incapables de répondre aux interférons de type I (IFN-I), massivement produits dans les infections virales, qui boostent l’immunité intrinsèque antivirale et promeuvent l’activation des cellules immunitaires innées et adaptatives. La déplétion des cMo compromet le contrôle de l’infection et les réponses des cellules Natural Killer et des lymphocytes T CD8+. Mon travail montre que, dans les souris infectées par MCMV, les cMo se différencient, de manière dépendante de l’IFN-I, en trois sous-types cellulaires distincts qui contribuent à la fois au contrôle de la réplication virale et à la promotion de réponses immunitaires innées et adaptatives protectrices. / Classical monocytes (cMo) are mononuclear phagocytes mainly localized in the blood at steady state. Upon inflammation cMo migrate into inflamed tissues where they can differentiate in inflammatory monocytes, monocyte-derived dendritic cells (MoDC), monocyte-derived macrophages (MoM) or myeloid derived suppressor cells (MDSC). Depending on the physiopathological context, cMo-derived cells can be beneficial or detrimental. There are major discrepancies between published reports on the role of cMo during MCMV infection. This may be due to the use of distinct strains of mice or of virus, to the study of different organs, or to the confusion existing in the field regarding the identity and the plasticity of the different types of cMo-derived cells. During my PhD, by combining gene expression profiling, morphological, phenotypical and functional studies, I have shown that splenic cMo in MCMV-infected mice encompass cells that had simultaneously differentiated in vivo into either inflammatory monocytes, MoDC or MoM. This cMo differentiation is abrogated in the absence of responsiveness to type I interferons (IFN-I), which are highly produced during viral infections and boosting cell-intrinsic anti-viral immunity as well as promoting the activation of innate and adaptive immune responses. cMo depletion compromises the control of MCMV replication and the antiviral responses of Natural Killer cells and CD8+ T lymphocytes. My PhD work demonstrates that, in MCMV-infected mice, cMo differentiate, via an IFN-I-dependent pathway, into three distinct cell subtypes that are involved both in the control of MCMV replication and in the induction of protective innate and adaptive immunity.

L'objectif de cette thèse a été d'étudier le mécanisme de la coopération entre les voies de signalisation du TCR et de l'interféron de type I qui est responsable de l'augmentation d'expression de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 dans les lymphocytes T CD45RA+CD4+ humains. En utilisant une approche transcriptomique et d'interférence d'ARNm, j'ai observé que les voies IFN et TCR contrôlent différemment l'expression des STATs et que les BATFs sont induits par l'IFN et augmentés par la costimulation TCR/IFN. STAT3 a été identifié comme régulateur majeur de l'IL-10 et il est recruté à proximité d'un site de liaison pour BATF au locus IL-10. Sur la base d'essais de co-silencing des trois BATFs, nous avons proposé que les BATFs contrôlent l'amplitude de la réponse IFN en agissant comme facteurs de transcription " pionniers ". D'autres résultats obtenus par une étude transcriptomique d'environ 200 gènes, montrent des contributions uniques et combinées des voies TCR et de l'IFN dans le programme d'expression de gènes des lymphocytes CD45RA+CD4+ activés et indiquent que d'autres facteurs de transcription pourraient réguler l'IL-10. Cette étude est susceptible d'apporter une connaissance plus large de mécanismes impliqués dans la régulation croisée entre les voies TCR et IFN. / In CD4 T cells several transcription factors (TFs) regulate expression of the anti-inflammatory cytokine IL-10. I investigated how type I interferon (IFN) cytokines and T cell receptor (TCR) pathways cooperate toward early upregulation of IL-10 in human CD45RA+ CD4+ T cells. I interrogated the role of the STAT and BATF family by transciptomics and RNAi-mediated gene-silencing. IFN and TCR induced STAT2 and STAT3 expression, respectively, while the BATFs were induced early by IFN and further enhanced by TCR/IFN together. STAT3 was the major regulator of TCR- and TCR/IFN-mediated IL-10 while STAT2 contributed to the latter. STAT3 was recruited adjacent to a BATF-binding site at the IL-10 locus early in response to TCR/IFN. Co-silencing of the three BATFs led to a marked decrease in TCR- and TCR/IFN-mediated IL-10. We propose that the BATFs control the magnitude of the IFN response as pioneer factors. Additional results of transcriptional profiling of ± 200 genes, including TFs downstream of TCR and IFN and TFs involved in IL-10 regulation, revealed that TCR and IFN provide unique and combined contributions to the early CD45RA+CD4+ T cell gene activation program and identified other potential TFs involved in TCR/IFN-mediated IL-10 transcription. This study may provide broad mechanistic bases for crosstalk between the TCR- and IFN-pathways.

La voie JAK / STAT est une voie majeure de signalisation intracellulaire, activée par plusieurs cytokines, y compris par les interférons (IFNs). Mon laboratoire a précédemment établi que l'endocytose et le trafic du récepteur de l’IFN alpha/beta (IFNAR) jusqu’à l'endosome précoce, joue un rôle clé dans l’activation de la voie de signalisation JAK/STAT et dans les activités antivirales et antiprolifératives induites par les IFNs de type I. Le récepteur de l’IFN de type I se compose de deux sous-unités: IFNAR1 et IFNAR2. Durant le trafic du récepteur vers l'endosome précoce, les deux sous-unités prennent des itinéraires différents - IFNAR1 est ubiquitiné et dégradé au lysosome tandis que IFNAR2 est recyclé vers la membrane plasmique. Les mécanismes moléculaires permettant un trafic différent des IFNAR1 et IFNAR2 restent mal compris.J’ai tout d’abord étudié le trafic intracellulaire des sous-unités IFNAR1 et IFNAR2 et j’ai pu montrer que les protéines Rab4 et Rab11 sont nécessaires au recyclage d’IFNAR2 à la membrane plasmique. Par la suite, j’ai identifié le complexe rétromère endosomal - VPS26A/VPS29/VPS35 comme un partenaire d’interaction avec IFNAR2 nécessaire pour son recyclage. En outre, j’ai montré que le complexe rétromère contrôle la séparation spatiotemporelle des sous-unités IFNAR1 et IFNAR2 au niveau de l'endosome précoce. En effet, la déplétion du complexe rétromère entraine une prolongation de l’association endosomale de deux sous-unités et une prolongation de la signalisation JAK/STAT induite par l’IFN tant pour la réponse précoce (phosphorylation de STAT1) que la réponse à plus long terme (expression des gènes stimulés par l'IFN). Des résultats en cours de publication par l’équipe montrent un rôle d’ESCRT-0 dans l’initiation de la signalisation JAK/STAT. J’ai montré que le rôle de la machinerie ESCRT dans ce processus est limité au complexe ESCRT-0. Les sous-complexes en aval d’ESCRT-0, bien que nécessaires à la dégradation d’IFNAR1, ne sont pas impliqués dans l’activation de la voie JAK/STAT.En conclusion, ces résultats nous ont permis d’établir un modèle dans lequel le retromère joue un rôle clef dans la régulation spatio-temporelle du tri endosomal d’IFNAR et de la signalisation JAK/STAT au niveau de l’endosome précoce. Après la séparation rétromère-dépendante des sous-unités du récepteur et la terminaison de la signalisation JAK/STAT, la dégradation lysosomale d’IFNAR1 est assurée par la machinerie ESCRT en aval d’ESCRT-0. / The JAK/STAT pathway is a major intracellular signaling pathway that is activated by several cytokines including interferons (IFNs). My laboratory has previously established that endocytosis and trafficking of the IFN alpha/beta receptor (IFNAR) to the early endosome is key for the activation of JAK/STAT signaling and for the antiviral and antiproliferative activities induced by type I IFNs. The functional type I IFN receptor - IFNAR - consists of two subunits: IFNAR1 and IFNAR2. Upon endocytosis to the early endosome, both subunits take different trafficking routes – IFNAR1 is ubiquitinated and degraded in the lysosome, whereas IFNAR2 recycles back to the plasma membrane. The molecular mechanisms behind the separation of IFNAR1 and IFNAR2, as well as their distinct trafficking routes remain poorly understood.First, I studied the intracellular trafficking of IFNAR1 and IFNAR2 subunits and showed the requirement for Rab4 and Rab11 in IFNAR2 recycling to the plasma membrane. Next, I identified the endosomal retromer complex – VPS26A/VPS29/VPS35 as an IFNAR2 interacting partner, required for IFNAR2 recycling. Additionally, I was able to show that retromer controls the spatiotemporal separation of IFNAR1 and IFNAR2 subunits at the early endosome. Indeed, retromer depletion resulted in prolonged endosomal association of both subunits and prolonged activation of IFN-induced JAK/STAT signaling, at both early (STAT1 phosphorylation) and longer time response (IFN-stimulated gene expression). Unpublished results of our team indicate the role of ESCRT-0 in initiation of the IFN-mediated JAK/STAT signaling. I found that role of the ESCRT machinery in this process is limited to the ESCRT-0. ESCRT subcomplexes downstream of ESCRT-0, although required for IFNAR1 degradation, are not involved in activation of the JAK/STAT pathway.In conclusion, these results permit us to draw a model in which the retromer is a key spatiotemporal regulator of IFNAR endosomal sorting and the JAK/STAT signaling at level of the early endosome. Once retromer-mediated subunits separation is accomplished and JAK/STAT signaling is terminated, ESRCT machinery downstream to ESCRT-0 mediates IFNAR1 lysosomal degradation.

BACKGROUND: The type I interferon (IFN) response is a critical component of the innate immune response to infection by RNA viruses and is initiated via recognition of viral nucleic acids by RIG-like receptors (RLR). Engagement of these receptors in the cytoplasm initiates a signal transduction pathway leading to activation of the transcription factors NF-κB, ATF-2 and IRF-3 that coordinately upregulate transcription of type I IFN genes, such as that encoding IFN-β. In this study the impact of poliovirus infection on the type I interferon response has been examined. METHODS: The type I IFN response was assessed by measuring IFN-β mRNA levels using qRT-PCR and normalizing to levels of β-actin mRNA. The status of host factors involved in activation of the type I IFN response was examined by immunoblot, immunofluorescence microcopy and qRT-PCR. RESULTS: The results show that poliovirus infection results in induction of very low levels of IFN-β mRNA despite clear activation of NF-κB and ATF-2. In contrast, analysis of IRF-3 revealed no transcriptional induction of an IRF-3-responsive promoter or homodimerization of IRF-3 indicating it is not activated in poliovirus-infected cells. Exposure of poliovirus-infected cells to poly(I:C) results in lower levels of IFN-β mRNA synthesis and IRF-3 activation compared to mock-infected cells. Analysis of MDA-5 and IPS-1 revealed that these components of the RLR pathway were largely intact at times when the type I IFN response was suppressed. CONCLUSIONS: Collectively, these results demonstrate that poliovirus infection actively suppresses the host type I interferon response by blocking activation of IRF-3 and suggests that this is not mediated by cleavage of MDA-5 or IPS-1.

Intestinal homeostasis is a delicate balance between suppression of immune responses against innocuous antigens and stimulation of immune responses against pathogens. Type I interferon (IFN-1) cytokines have both immunostimulatory and immunomodulatory effects. Colon mononuclear phagocytes (MP) constitutively produced IFN-1 in a TRIFdependent manner. We explored the function of endogenous IFN-1 in the colon using the T cell adoptive transfer model of colitis. Transfer of CD4⁺CD45RB^hi naïve T cells from wild type (WT) or IFNAR subunit 1 knockout (IFNAR1^-/-) mice into RAG^-/- hosts resulted in similar onset and severity of colitis. In contrast, RAG^-/- x IFNAR1^-/- double knockout (DKO) mice developed accelerated severe colitis compared to RAG^-/- hosts when transferred WT CD4⁺CD45RB^hi T cells. Although WT or IFNAR1^-/- regulatory T (Treg) cells equally prevented disease caused by CD45RB^hi naïve T cells, WT Treg cells co-transferred with naïve CD4⁺ T cells into DKO recipients failed to expand or maintain Foxp3 expression and gained effector functions in the colon. IFNAR signaling on host hematopoietic cells inhibited T cell-mediated colitis, but not innate colitis. MPs isolated from the colon lamina propria (cLP) required IFNAR signaling for the production of the anti-inflammatory cytokines, IL-10, IL-27, and IL-1RA, but not for the production of classic pro-inflammatory cytokines. IFN-1-dependent secretion of IL-1RA was particularly important in inhibiting the migration of inflammatory DCs with potent T cell proliferative capacity from the cLP to the mesenteric lymph nodes. Finally, preliminary results suggested that IFN-1 may shape the commensal microbiota, but is not essential for controlling specific colitis-inducing bacteria.