The hygiene hypothesis states that exposure to microbes limits the development of allergic diseases, whereas the lack of microbial stimulation of the immune system early in life would promote their development. The beneficial effects of microbes against allergies would be mediated by pathogen-derived molecules interacting with Toll-like receptors (TLR), and interfering with allergic T ‘helper' lymphocyte type-2 (Th2) inflammation seen in asthma and rhinitis. Few studies investigated whether allergies interfere with the expression and function of Toll-like receptor-4 (TLR4), the receptor for bacterial lipopolysaccharide (LPS). We hypothesized that a history of allergies and Th2-type mediators affect the expression and the function of TLR4 on peripheral leukocytes and the airway epithelium. Secondly, we hypothesized that GATA-3, a transcription factor driving the Th2 phenotype, regulates TLR4 expression of airway epithelial cells in allergic conditions. Peripheral leukocytes from a paediatric cohort of atopic and non-atopic subjects were discriminated based on LPS-induced TLR4 surface expression, activation of its signalling pathways, and expression of anti-inflammatory interleukin (IL)-10. Monocytes from atopics were significantly less responsive to LPS than cells from non-atopic children, while CD4 T lymphocytes failed to respond. The TLR4 expression on monocytes diminished as a function of age in atopic, but not in non-atopic subjects. In the nasal mucosa of adults, a reduced epithelial TLR4 expression was seen in tissues from subjects with allergic rhinitis compared with controls. Concomitantly, tissues from rhinitis patients displayed an increased Th2-type inflammatory profile. We also detected a reduced TLR4 and an increased GATA-3 expression in bronchial epithelial cells from asthmatic adults compared with non-asthmatics, as well as in epithelial cells cultured under pro-allergic conditions. Finally, epithelial cells over-expressing GATA-3 gene slightly reduced TLR4 expression, whereas those in which endogenous GATA-3 was silenced significantly augmented it. These data suggest a direct regulation of epithelial TLR4 by GATA-3. In summary, this work demonstrates that a history of atopy or allergy, as well as the Th2 inflammatory milieu, reduce the ability of atopic individuals to respond to LPS in circulating monocytes of children and airway epithelial cells of adults. This thesis project provides a new perspective to TLR agonists-based therapies that aim at preventing allergic disorders. Our data stress that the preventive effect of LPS would occur early during childhood or the absence of atopy since in atopic adolescents and adults with on-going allergic diseases displayed blunted TLR4 expression and/or function. / L'hypothèse d'hygiène stipule que l'exposition à des microbes limite le développement des maladies allergiques, bien qu'un manque de stimulation du système immunitaire par des microbes durant l'enfance fait la promotion de leur développement. Les effets anti-allergiques des microbes seraient dus à l'interaction de composants microbiens avec les récepteurs Toll-like (TLR), interférant avec l'inflammation allergique dite T 'helper' lymphocyte type-2 ou Th2 observée dans l'asthme et la rhinite. Il existe actuellement peu d'études sur la relation entre les allergies et la diminution de l'expression fonctionnelle de TLR4, récepteur du lipopolysaccharide (LPS) bactérien. Nous avons donc émis l'hypothèse qu'un historique d'allergies et/ou des médiateurs de type Th2 affectent l'expression et la fonction de TLR4 dans des leucocytes périphériques ainsi que dans l'épithélium des voies respiratoires. De plus, dans des conditions allergiques nous proposons que le facteur de transcription pro-Th2 nommé GATA-3 pourrait réguler l'expression de TLR4 dans l'épithélium des voies respiratoires. Des leucocytes périphériques ont été obtenus d'une cohorte pédiatrique de sujets atopiques et non-atopiques et ont été différentiés sur la base de l'expression de TLR4, de l'activation de voies de signalisation et de l'expression de l'interleukine (IL)-10 dite anti-inflammatoire, en réponse au LPS. Les monocytes de sujets atopiques ont significativement moins répondu au LPS que ceux de patients non-atopiques, alors que les lymphocytes T CD4 n'ont pas répondus. L'expression de TLR4 sur les monocytes diminue en fonction de l'âge des sujets atopiques, et non chez les sujets non-atopiques. De plus, nous observons dans la muqueuse nasale de patients adultes avec la rhinite allergique, une corrélation entre une expression épithéliale de TLR4 réduite et une forte inflammation de type Th2 comparativement aux sujets contrôles. Nous avons aussi détecté en parallèle de cette faible expression de TLR4 un fort niveau de GATA-3 dans les cellules bronchiales épithéliales de sujets asthmatiques adultes comparé aux cellules non-asthmatiques, ainsi qu'au sein de cellules cultivées en conditions pro-allergiques. Nous confirmons le rôle de GATA-3 dans la régulation de l'expression épithéliale de TRL4 par la surexpression ou la réduction du gène GATA-3 dans des cellules épithéliales. En résumé, ce travail démontre qu'un historique d'atopie ou d'allergies, de même que le milieu inflammatoire de type Th2, réduisent la capacité des monocytes périphériques d'enfants ainsi que des cellules épithéliales des voies respiratoires d'adultes à répondre au LPS. Ce projet de thèse fournit une nouvelle perspective aux thérapies basées sur l'utilisation d'agonistes des TLR visant à prévenir les maladies allergiques. Nos résultats démontrent que l'effet préventif du LPS se produirait tôt durant l'enfance ou en l'absence d'atopie étant donné que des adolescents atopiques ou des adultes avec des maladies allergiques présentent un défaut dans l'expression et/ou fonction de TLR4.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104700 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Préfontaine, David |
| Contributors | Qutayba Hamid Al Heialy (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Pathology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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