The innate immune system provides the first line of defense against microbial infections. Innate immune responses have to be tightly regulated to eradicate or contain invasive pathogens without causing collateral
damages to the host. In mammals, histone deacetylases (HDACs) are split into 2 main subfamilies: Zn- dependent HDACs (HDAC1-11) and NAD+-dependent sirtuins (SIRT1-7). HDACs regulate gene expression by deacetylating histone and non-histone proteins and impact on numerous biological processes. Dysregulated expression or activity of HDACs has been associated with oncologic, cardiovascular,
neurodegenerative, metabolic and autoimmune diseases. Several compounds inhibiting HDACs have been clinically approved for oncologic diseases.
In the first part of this thesis, we review our knowledge about the impact of inhibitors of HDAC1-11 (HDACi) on innate immune responses with a focus on sepsis, a particularly deletary complication of infection. HDACi inhibit innate immune responses and improve the outcome of lethal sepsis, but sensitize to non-severe infections. Thus, HDACi represent attractive drugs for treating inflammatory diseases. We also propose a close survey of the immunological and infectious status in order to prevent opportunistic infections in immunocompromised patients treated with HDACi.
Short chain fatty acids (SCFAs) are metabolites produced by gut commensals, with propionate one of the most abundantly produced SCFA. SCFAs act as inhibitors of HDAC1-11. Therefore, we questioned whether propionate impacts on innate immune responses. In the second part of this work, we report that propionate inhibits cytokine production and proliferation by mouse and/or human monocytes/macrophages, splenocytes and, less efficiently, dendritic cells. Surprisingly, and in contrast with other HDACi, propionate neither sensitizes nor protects from infection and sepsis. These data support the development of therapies using propionate or directed at the microbiota for treating non-infectious inflammatory diseases.
The expression and the impact on innate immune responses of sirtuins are barely characterized. In the third section of this thesis, we describe the expression pattern of SIRT1-7 in macrophages exposed to immunomodulatory and microbial triggers and in liver, spleen and kidney of normal and endotoxemic mice. In the fourth part, we report that cambinol, a newly developed inhibitor of SIRT1 and SIRT2 with anti-tumor activity, powerfully inhibits antimicrobial responses by innate immune cells and protects mice from sepsis and septic shock. In the fifth part, we provide a straightforward approach based on our routinely used protocols to study the impact of drugs directed at sirtuins on innate immune responses in vitro and in vivo. Finally, in the last part of this work, we characterize the immunological status of SIRT2 knockout mice. SIRT2 deficiency does not impact on cytokine production but enhances bacterial phagocytosis by macrophages and reduces morbidity and mortality in a model of chronic infection by Staphylococcus aureus.
Overall, our data support the development of pharmacological inhibitors of HDACs as promising drugs to treat non-infectious inflammatory diseases and possibly as adjunctive therapies for chronic bacterial infections and sepsis.
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Le système immunitaire inné représente la première ligne de défense contre les infections. La réponse immunitaire innée doit être finement régulée afin d'éradiquer les agents pathogènes sans causer de
dommages à l'hôte. Chez les mammifères, la famille des déacétylases d'histones (HDACs) est subdivisée en 2 sous-groupes: les HDAC dépendantes du Zn (HDAC1-11) et les sirtuines dépendantes du NAD+ (SIRT1-7). Les HDACs régulent l'expression génique en déacétylant les histones et d'autres protéines. Ainsi, les HDACs impactent sur de nombreux processus biologiques. Une expression ou une activité dérégulée
des HDACs est associée aux maladies oncologiques, cardiovasculaires, neuro-dégénératives, métaboliques et auto-immunes. Plusieurs inhibiteurs d'HDACs ont été cliniquement approuvés pour combattre certains cancers.
Dans la première partie de cette thèse, nous résumons nos connaissances sur l'impact des inhibiteurs des HDAC1-11 (HDACi) sur la réponse immunitaire innée avec un intérêt particulier pour le sepsis, une complication particulièrement délétère d'infections. Les HDACi inhibent la réponse immunitaire innée et protègent de sepsis mortel. Par contre, les HDACi sensibilisent aux infections non létales. Les HDACi pourraient donc être utilisés pour traiter les maladies inflammatoires. Nous proposons également un suivi étroit de l'état immunologique et infectieux des patients immunodéprimés traités avec des HDACi afin de prévenir la survenue d'infections opportunistes.
Les acides gras à chaîne courte (SCFAs), parmi lesquels le propionate, sont produits par les bactéries de l'intestin. Certains SCFAs se comportant comme des HDACi, nous avons testé si le propionate influence la réponse immunitaire innée. Dans la deuxième partie de ce travail, nous montrons que le propionate inhibe la production de cytokines et la prolifération de monocytes/macrophages, splénocytes et, dans une moindre mesure, cellules dendritiques chez la souris et/ou l'homme. De manière surprenante, le propionate ne sensibilise pas aux infections et ne protège pas du sepsis. Ces données supportent le développement de thérapies utilisant le propionate ou dirigées envers le microbiote pour traiter des maladies inflammatoires non-infectieuses.
Dans la troisième partie de cette thèse, nous présentons l'analyse de l'expression des SIRT1-7 dans les macrophages et les organes de souris. Dans la quatrième partie, nous rapportons que le cambinol, un inhibiteur de SIRT1 et SIRT2 à activité anti-tumorale, inhibe la réponse antimicrobienne par les cellules immunitaires innées et protège d'infections mortelles dans des modèles animaux. Dans la cinquième partie, nous décrivons une approche simple pour tester in vitro et in vivo l'impact sur la réponse immunitaire innée de drogues dirigées contre les sirtuines. Enfin, dans la dernière partie de ce travail, nous caractérisons le statut immunologique de souris déficientes en SIRT2. Cette déficience n'a pas d'effet sur la production des cytokines, mais augmente la phagocytose par les macrophages et réduit la morbidité et la mortalité dans un modèle d'infection chronique à Staphylococcus aureus.
Globalement, nos données étayent le développement d'inhibiteurs pharmacologiques des HDACs pour traiter des maladies inflammatoires stériles et éventuellement comme thérapie d'appoint des infections bactériennes chroniques et du sepsis.
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Le système immunitaire inné représente la première ligne de défense contre les infections. Il regroupe les barrières physiques (peau, muqueuses), des composants solubles du sang (notamment le système du complément) et des cellules spécialisées telles que les macrophages et les cellules dendritiques. La réponse de ces différents acteurs doit être coordonnée et finement régulée afin d'éradiquer les agents pathogènes sans causer de dommages à l'hôte.
Les enzymes appelées déacétylases d'histones (ou HDACs) jouent un rôle important dans la régulation de l'expression des gènes et, en conséquence, influencent de nombreux processus biologiques. Par ailleurs, une production ou une activité dérégulée des HDACs est associée au développement de maladies oncologiques, cardiovasculaires, neuro-dégénératives, métaboliques et auto-immunes. Chez les
mammifères, la famille des HDACs est subdivisée en 2 sous-groupes: les HDAC classiques dépendantes du Zn (HDAC1-11) et les sirtuines dépendantes du NAD+ (SIRT1-7).
Dans cette thèse, nous avons étudié l'impact des HDAC1-11 et des sirtuines sur le développement de la réponse immunitaire innée et des infections, avec un intérêt tout particulier pour le sepsis. Le sepsis est un syndrome clinique extrêmement sévère résultant d'une réponse immunitaire inappropriée de l'hôte à l'infection. L'approche scientifique utilisée consistait dans un premier temps à étudier l'effet de drogues inhibant l'activité des HDAC1-11 ou des sirtuines, et dans un second temps à étudier la réponse de cellules et de souris n'exprimant pas la sirtuine 2 (i.e. déficientes en SIRT2).
Les résultats obtenus démontrent que le propionate, un inhibiteur des HDAC1-11 qui est produit par les bactéries de l'intestin, inhibe la réponse inflammatoire des cellules immunitaires innées de la souris et de l'homme. De plus, une drogue anticancéreuse appelée cambinol inhibe les sirtuines 1 et 2 et protège de la mortalité induite par le sepsis chez la souris. Enfin, la déficience en SIRT2 favorise l'ingestion des bactéries par les macrophages, une fonction biologique dénommée phagocytose et qui joue un rôle important dans l'élimination des microbes et l'amplification de la réponse immunitaire. En accord avec ces données, les souris déficiente en SIRT2 sont plus résistantes que les souris normales lors d'une infection chronique à une bactérie appelée Staphylococcus aureus.
Globalement, ces observations démontrent les propriétés immuno-régulatrices des inhibiteurs des HDAC1- 11 et des sirtuines. Elles suggèrent par ailleurs que des drogues inhibant les HDACs pourraient être utilisées pour traiter des maladies inflammatoires et éventuellement comme thérapie d'appoint des infections bactériennes chroniques et du sepsis.