Impact des cytokines de la famille IL-20 sur l’épithélium respiratoire en conditions infectieuses et dans un contexte de broncho-pneumopathie chronique obstructive

Impact of IL-20 family cytokines on respiratory epithelium in infectious conditions and in the context of Chronic Obstructive Pulmonary Disease

• Auteur / Autrice : Olivia Barada
• Direction : Philippe Gosset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 25/10/2018
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Center for Infection and Immunity of Lille - Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL) - U1019 - UMR 8204

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunomodulation

Streptococcus pneumoniae

Cytokines

Cellules épithéliales

Broncho-pneumopathie chronique obstructive

Dissertation universitaire

Haemophilus influenzae

Pneumocoque

Cytokines

Cellules épithéliales

Bronchopneumopathies obstructives

Haemophilus influenzae

Mots clés libres

Haemophilus influenzae non typable

Cellules épithéliales

Cytokines IL-20

Streptococcus pneumoniae

Immunomodulation

BPCO

Exacerbation

Broncho-PneumopathieChronique Obstructive

COPD

Chronic Obstructive Pulmonary Disease

Epithelial cells

IL-22 cytokine

Staphylococcus aureus

Résumé

La Broncho-Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO) est une maladie pulmonaire inflammatoire consécutive à l'exposition chronique à la pollution atmosphérique et surtout au tabagisme dans environ 90% des cas. Cette maladie se caractérise par une obstruction des bronches due à une hypersécrétion de mucus, une hypertrophie des muscles lisses, ainsi qu’une destruction de la paroi des alvéoles respiratoires amenant le patient à l’emphysème. Le stress induit par la fumée de cigarette provoque une activation de la barrière épithéliale pulmonaire associée à une altération de la réponse immunitaire responsable d’une susceptibilité accrue aux infections pulmonaires. De ce fait, les patients atteints de cette maladie développent des exacerbations principalement liées à ces infections bactériennes en particulier à Non-Typable Haemophilus influenza (NTHi) et Streptoccocus pneumoniae (Sp).La cytokine IL-22 est un acteur très important des défenses antibactériennes et du maintien de la barrière épithéliale. Cette cytokine appartient à la grande famille de l’IL-10, et à la sous-famille des cytokines IL-20 composée de l’IL-19, l’IL-20 et l’IL-24. L’IL-22 se lie au récepteur formé par les sous-unités IL-10Rb et IL-22Ra, tandis que les cytokines IL-19, IL-20 et IL-24 utilisent deux récepteurs associant l’IL-20Rb avec l’IL-20Ra ou l’IL-22Ra. Il a été démontré que les cytokines de la famille IL-20 (IL-19, IL-20, IL-24) agissent sur la clairance bactérienne au cours d’une infection cutanée par Staphylococcus aureus (Myles et al., 2013), en inhibant la production des cytokines IL-17 et IL-22. De plus, des précédents travaux au laboratoire, ont montré un défaut de l’expression des cytokines IL-17 et IL-22 qui participaient à la susceptibilité à l’infection chez les souris atteintes de BPCO (Pichavant et al., 2015). Enfin, nos données actuelles montrent que l'exposition à la fumée de cigarette augmente l'expression des cytokines de la famille IL-20 et que l'inhibition de cette voie permet de bloquer le développement d'épisodes d'exacerbation chez des souris BPCO.L'objectif de cette thèse est de préciser le rôle des cytokines IL-20 dans la réponse à l'infection bactérienne (Sp, NTHi) tant dans un contexte physiologique qu'au cours d’un contexte mimant la BPCO. Pour cela, nous nous focaliserons sur le rôle de l’épithélium pulmonaire tant dans la production que dans la fonction de ces cytokines en contexte infectieux.Pour répondre à ces questions, nous avons analysé l’expression des cytokines IL-20 par l’épithélium pulmonaire in vitro et ex vivo dans un modèle murin mimant l’exacerbation de la BPCO ainsi que dans des biopsies pulmonaires de patients fumeurs atteints ou non de BPCO. Dans un second temps nous avons évalué la modulation par un anticorps bloquant le récepteur des cytokines IL-20 (anti-IL-20Rb) au cours de la réponse anti-infectieuse de l'épithélium dans nos modèles in vivo (souris infectées par Sp) et in vitro (cellules épithéliales de trachées murines). Nous avons en parallèle évalué l'implication des cytokines IL-20 dans la réparation épithéliale.L’ensemble des résultats acquis au cours de la thèse nous a permis de démontrer l'implication des cytokines IL-20 et de préciser leur rôle sur l’épithélium pulmonaire au cours de l'infection bactérienne ainsi que dans la pathologie de la BPCO. De plus, les résultats obtenus avec l’anticorps neutralisant anti-IL-20Rb dans ces contextes d’infections et de BPCO, font de celui-ci une potentielle piste thérapeutique pour le traitement des lésions dues à l’infection.

Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is an inflammatory lung disease due to chronic exposure to air pollution and especially to cigarette smoke exposure in approximately 90% of the cases. This disease is characterized by obstruction of the bronchi due to hypersecretion of mucus, hypertrophy of the smooth muscles, and destruction of the alveolar wall leading the patient to emphysema. The stress induced by cigarette smoke exposure causes activation of resident cells including pulmonary epithelial cells and an alteration of the immune system responsible for an increased susceptibility to pulmonary infections. As a result, patients with this disease develop exacerbations especially du to Non-Typable Haemophilus influenza (NTHi) and Streptoccocus pneumoniae (Sp).The IL-22 cytokine plays a key role in antibacterial defenses and maintenance of the epithelial barrier. This cytokine belongs to the large IL-10 family, and to the IL-20 cytokine subfamily also including IL-19, IL-20 and IL-24. IL-22 binds to the receptor formed by the IL-10Rb and IL-22Ra subunits, while the IL-19, IL-20 and IL-24 cytokines binds to IL-20Rb associated with either IL-20Ra or IL-22Ra subunits. IL-20 cytokines (IL-19, IL-20, IL-24) have been shown to impair bacterial clearance during cutaneous infection with Staphylococcus aureus (Myles et al., 2013), by inhibiting the production of IL-17 and IL-22 cytokines. In addition, previous work in the laboratory showed a defect in the expression of IL-17 and IL-22 cytokines contributing to the susceptibility to infection in COPD mice (Pichavant et al., 2015). In fact, our current data show that exposure to cigarette smoke increases cytokine expression of the IL-20 family and that inhibition of this pathway blocks the development of exacerbation episodes in COPD mice.The aim of this thesis is to clarify the role of IL-20 cytokines in the response to bacterial infections (Sp, NTHi) both in a physiological context and in a context mimicking COPD. To do so, we will focus on the role of pulmonary epithelium both in the production and function of these cytokines in infectious context.To answer these questions, we analyzed the expression of IL-20 cytokines by pulmonary epithelium in vitro and ex vivo in a mouse model mimicking the COPD exacerbation as well as in pulmonary biopsies of smokers and non-smokers patients and of COPD patients. In a second step we evaluated the modulation by an IL-20 receptor blocking antibody (anti-IL-20Rb) of the anti-infectious response in our in vitro (murine tracheal epithelial cells) and in vivo models (Sp-infected mice). In parallel, we evaluated the involvement of IL-20 cytokines in the epithelial repair.All the results acquired during the thesis allowed us to demonstrate the expression of IL-20 cytokines and to demonstrate their role on the pulmonary epithelium during bacterial infection as well as in COPD. In addition, the results obtained with the anti-IL-20Rb neutralizing antibody in these contexts of infections and COPD, suggests a potential therapeutic application for respiratory infection.