LES CHIMIOKINES ET LEURS RECEPTEURS : de la recherche fondamentale à l’intervention thérapeutique

La conférence fera le point sur les connaissances récemment acquises concernant la biologie et la clinique des chimiokines, et les moyens de tirer partie en R&D de leurs effets pléiotropes. L'utilisation clinique de chimiokines, de leurs analogues ou antagonistes sera particulièrement discutée. L’un des moyens les plus efficaces de prévenir les conséquences locales et systémiques du recrutement excessif ou aberrant de leucocytes, quelle qu'en soit la cause, est d'éviter leur recrutement dans les sites lésionnels. C'est le cas dans beaucoup de maladies auto-immunes ou inflammatoires, en particulier la polyarthrite rhumatoïde, où une participation des récepteurs pour RANTES et MIP est suggérée. L'allergie est une autre pathologie liée au recrutement et à l'activation des éosinophiles et basophiles par des chimiokines telles que les éotaxines, agissant en particulier à travers le chimiorécepteur CCR3. Les chimiokines sont des molécules à la fois effectrices et régulatrices du système immunitaire, agissant sur les lymphocytes T et B et la présentation des antigènes, de sorte qu'interférer avec leurs fonctions constitue un mode nouveau d'immunomanipulation. Certaines chimiokines produites constitutivement, comme SDF-1, ont un rôle majeur dans le trafic et la différenciation des leucocytes et des précurseurs hématopoïétiques, ce qui ouvre un champ nouveau d'intervention en hématologie et cancérologie. Le VIH utilise certains récepteurs de chimiokines comme corécepteurs, et les chimiokines correspondantes bloquent l'entrée du virus dans leurs cellules cibles.
De nombreux moyens de bloquer les récepteurs de chimiokines sont en cours d'exploration, en particulier l'utilisation in vitro et in vivo d'antagonistes de chimiokines, d'anticorps spécifiques et de composés de synthèse. Cette conférence permettra aux meilleurs experts de ce domaine en pleine expansion d'évoquer, à un moment critique de son développement, la faisabilité clinique et industrielle de ces nouveaux outils et approches thérapeutiques.

CHEMOKINES AND THEIR RECEPTORS: from basic research to therapeutic intervention

The aim of this conference is to organize a timely forum on how to use the recent progress made on the pleiotropic effects
of chemokines to foster an emerging field of research and drug development: the clinical use of chemokines, analogs and
antagonists in diseases involving a disregulation of cell migration. The array of such diseases is wide.
Interfering with excessive or aberrant leukocyte recruitment into tissues may be an efficient way to suppress the local and systemic injuries caused directly and indirectly by infiltrating leukocytes, whatever the etiological origin of their chemoattraction into tissues. This is obviously the case in inflammatory and auto-immune diseases, the prototype of which is rheumatoid arthritis, where receptors for CC-chemokines of the MIP and RANTES type may be involved. Allergy is also a clear example where eosinophils and basophils are both recruited and activated by chemokines such as eotaxins, acting in particular through CCR3. Chemokines are both effector and regulatory molecules of immunocompetent cells, particularly T and B lymphocytes, so that interfering with their effects may represent a novel way to manipulate immune responses. Some constitutively produced chemokines, such as SDF-1, appear to have a major role in the homeostasis of leukocyte and hemopoietic precursor cells homing and differentiation, which opens interesting perspectives in hematology and cancer. HIV uses some chemokine receptors as coreceptors for entry into target cells, a process that the corresponding chemokines block, thus suppressing HIV replication.
Numerous ways of blocking chemokine receptors are being explored, including administration of chemokine antagonists, specific antibodies, and synthetic compounds, presently tested in vitro and in vivo. This conference will present an updating by top experts on this fast-moving research domain, and will be a timely occasion to discuss the clinical and industrial feasibility of these novel therapeutic tools and approaches.

BASES MOLECULAIRES DES INTERACTIONS ENTRE CHIMIOKINES ET LEURS RECEPTEURS

Les chimiokines en physiologie et en pathologie
On a longtemps considéré les chimiokines comme des médiateurs des réactions immunes et inflammatoires, compte-tenu de leur induction dans les sites inflammatoires et de leur capacité à attirer et activer les leucocytes. Toutefois, au cours des dernières années, des chimiokines dépourvues d'activités pro-inflammatoires, jouant un rôle dans l'homéostase plutôt que dans la défense ont été mises en évidence . Des résultats nouveaux ont élargi considérablement notre compréhension de la migration leucocytaire dépendant des chimiokines, ce qui justifie le titre et le but très large de cette présentation. En dépit de multiples implications (inflammation, trafic et localisation tissulaire des lymphocytes, maturation leucocytaire, formation de tissus lymphoïdes, etc.), il est intéressant de noter que les chimiokines constituent une famille relativement uniforme de cytokines dotées d'une fonction de base, la régulation de la migration cellulaire.

MOLECULAR BASIS OF CHEMOKINES: CHEMORECEPTORS INTERACTIONS

Chemokines in health and diseases
For a long time, chemokines were regarded as mediators of inflammatory and immune reactions owing to their upregulation in inflamed tissues and ability to attract and activate leukocytes. In recent years, however, chemokines were found that lack pro-inflammatory activities and that function in homeostasis rather than defense. The newer findings have widened considerably our understanding of chemokine-driven leukocyte migration, which justifies the title and the broad aim of this presentation. In spite of many biological implications (inflammation, lymphocyte traffic and
homing, leukocyte maturation, lymphoid tissue formation, etc.) it is interesting to realize that chemokines still constitute a functionally rather uniform family of cytokines with a basic function: regulation of cell migration.

Structure-fonction des chimiokines : modèles d'interaction avec le récepteur

Les 40 chimiokines humaines appartiennent à une famille de petites protéines liant des récepteurs 7 fois transmembranaires. Malgré des différences dans leur structure primaire, leurs structures tridimensionnelles sont remarquablement semblables. Elles ont une topologie particulière nommée pliure chimiokinique. De façon surprenante, le site-clef pour la liaison et l'activation se trouve dans la région N-terminale non structurée. Toutefois, cette région n'est pas suffisante par elle-même pour activer le récepteur. Le reste de la protéine, particulièrement les deux ponts disulfures, constitue une charpente qui facilite la liaison avec le récepteur. Cette liaison peut être dissociée de l'activation, ce qui génère des molécules antagonistes. Ces résultats ont des implications dans le développement de thérapeutiques anti-inflammatoires basées sur l'inhibition des récepteurs de chimiokines.

Structure-function of chemokines: models for receptor interaction

The 40 human chemokines belong to a family of small proteins that bind 7-transmembrane receptors. Despite differences in their primary structures, their 3-dimensional structures are remarkably similar. They have a distinctive a/b topology termed the chemokine fold. Surprisingly, the key binding and activation site is in the unstructured N-terminal region. However, alone this region is not sufficient to activate the receptors. The rest of the protein, and particularly the two disulfide bridges, provides a framework which facilitates receptor binding. Receptor binding can be dissociated from activation resulting in receptor antagonists. The findings have implications for the development of anti-inflammatory therapeutics based on inhibition of chemokine receptors.

Domaines du récepteur interagissant avec les chimiokines et le VIH

CCR5 a d'abord été identifié comme récepteur des chimiokines MIP-1a, MIP-1b et RANTES, puis caractérisé comme le principal corécepteur des souches monocytotropes de VIH-1 et de VIS. Nous avons analysé la relation structure/fonction de CCR5 en tant que récepteur de chimiokines et corécepteur du VIH-1, en générant un panel de chimères CCR5/CCR2b et des récepteurs mutés par délétions ou substitution ponctuelle. Ces récepteurs mutés ont été analysés pour leurs fonctions de fusion, de liaison et de signalisation, ce qui a mis en évidence les interactions complexes de ce récepteur avec le virus et les chimiokines, et le rôle du domaine N-terminal comme des boucles extracellulaires du récepteur.

Receptor domains involved in the interaction with chemokines and HIV

CCR5 was identified as a chemokine receptor responding to MIP-1a, MIP-1b and RANTES and was further characterized as the main co-receptor for macrophage-tropic strains of HIV-1 and SIV. We have investigated the structure-function relationships of CCR5 for its chemokine receptor and HIV-1 coreceptor properties, by generating a panel of CCR5/CCR2b chimeras, deletion mutants, and point substitutions. These mutant receptors were assayed in fusion, binding and functional assays, demonstrating the complex interaction of the receptor with both the virus and the chemokines, involving the N-terminal domain and several extracellular loops of the receptor.

Signaux de transduction induits par les chimiokines dans les leucocytes

Une caractéristique biologique de certains membres de la superfamille des chimiokines est la capacité d'induire la migration et l'activation des leucocytes. Alors que les récepteurs spécifiques sont caractérisés pour beaucoup des chimiokines connues, les voies de transduction des signaux responsables de la migration et de l'activation sont encore mal cernées. La majorité des récepteurs de chimiokines exprimés sur les lymphocytes T et d'autres leucocytes ont la capacité de stimuler plusieurs voies de signalisation à la suite de la mobilisation du calcium et de la génération d'IP3. Cette signalisation inclut l'activation de p38, des MAP kinases p42/p44, la kinase qui phosphoryle c-jun (JNK), et la phosphoinositide kinase-3 (PI3-K). Les corrélations fonctionnelles de ces signalisations seront discutées.

Chemokine-induced signal transduction in leukocytes

One biological characteristic of certain chemokine superfamily members is the ability to induce leukocyte migration and activation. While specific receptors are characterized for many of the known chemokines, the signal transduction pathways mediating migration and activation are as yet unresolved. The majority of chemokine receptors expressed in T lymphocytes and other leukocytes have the capacity to stimulate multiple signaling pathways subsequent to the mobilization of intracellular calcium and IP3 generation. Such signaling includes activation of the p38, p42/p44 mitogen-activated protein kinases (MAPK), c-jun amino-terminal kinase (JNK) and phosphoinositide 3-kinase (PI3-K). The functional correlates of such signaling will be discussed.

Modifications amino terminales du RANTES

La capacité de RANTES d'activer ses récepteurs est profondément affectée par des modifications de sa partie N-terminale.
Les protéines ainsi modifiées acquièrent la capacité d'exercer des effets antagonistes sur la chimiokine, inhibent l'infection par le VIH et réduisent significativement l'inflammation dans plusieurs modèles animaux. Dans certains cas, elles gardent la capacité d'activer leurs récepteurs, et cette activité reflète le niveau d'expression des récepteurs dans des cellules primaires. Certaines modifications ont de profonds effets sur le trafic des récepteurs aux chimiokines.

Lessons from amino terminal modification of RANTES

The ability of RANTES to activate its receptors is greatly affected by modifications to the amino terminal. Such modified proteins are able to antagonise chemokine receptor-mediated effects in vitro, inhibit HIV infection and significantly reduce inflammation in several animal models. In certain cases they retain the ability to activate their receptors, and in primary cells this activity reflects the level of receptor expression. Certain modifications have profound effects on the trafficking of the chemokine receptors.

Chimiokines et cellules dendritiques

Le système des chimiokines peut être régulé au niveau de la production des agonistes ou de l'expression des récepteurs. Nous présenterons des résultats montrant que la régulation de l'expression des récepteurs, en plus de celle des agonistes, est un élément crucial de la régulation du système des chimiokines au niveau des cellules phagocytaires. Un nouveau concept indique qu'au moins certaines molécules pro/ou anti-inflammatoires exercent des influences réciproques et opposées sur la production de chimiokines ou l'expression de leurs récepteurs. On peut spéculer que les effets divergents de certains signaux pro-inflammatoires sur les agonistes et leurs récepteurs servent à retenir les phagocytes au niveau des sites d'inflammation, prévenir leur transmigration inverse et, peut-être, limiter leur recrutement excessif. Les cellules dendritiques ont des propriétés de trafic particulières. Elles ont un modèle original d'expression de chimiokines et de molécules de chimio-attraction.

Regulation of receptor expression during differentiation, activation and deactivation of leukocytes is a crucial setpoint of the chemokine system. Dendritic cells are potent antigen presenting cells which play a central role in the initiation of immune responses. These cells in response to immune or inflammatory signals show complex trafficking properties, which lead to localization in lymphoid organs via the lymph or the blood. Dendritic cells express a spectrum of chemokine receptors which is distinct from, though overlaps with, that expressed in other leukocyte populations such as monocytes. Certain chemokines (e.g. MDC) are preferential for dendritic cells versus monocytes. Moreover, subsets of dendritic cells differ in chemokine receptor expression and responsiveness. Signals which induce maturation of dendritic cells with acquisition of full antigen presenting capacity differentially modulate expression of different receptors and chemotactic migration. These results suggest a model for the role of chemokines in regulating the traffic of dendritic cells.

Trafic des Th1 et Th2 dirigé par les récepteurs aux chimiokines

Les chimiokines et leurs récepteurs sont essentiels pour l'attraction sélective des sous-populations leucocytaires, notamment les cellules T effectrices. Nous avons analysé l'expression des chimiokines sur les cellules T par des anticorps, des tests de protection à la RNA et des réponses fonctionnelles à des ligands. Les cellules T naïves expriment CXCR4 à haut niveau, alors que les cellules T à mémoire expriment CXCR4 et d'autres récepteurs aux chimiokines à de plus faibles niveaux, selon leur état d'activation. CCR3 est exprimé sélectivement sur des cellules à polarisation Th2 in vitro ou in vivo. L'expression de CCR3 sur les Th2, éosinophiles et basophiles, permet un mécanisme commun de recrutement dans les sites d'inflammation allergique. CCR4 est exprimé sur les Th2 et les basophiles, mais aussi sur les cellules T semi-naïves qui ne produisent pas l'IL4. CXCR3 est présent sur la plupart des lymphocytes T circulants à mémoire, mais en plus grande quantité sur les Th1 que sur les Th2. CCR5 est présent sur une petite sous-population de lymphocytes périphériques qui montrent des marqueurs d'activation, augmente son expression sous l'effet de l'IL2 et est absent sur les clones Th2. CXCR3 et CCR5 pourraient être importants pour le recrutement sélectif de Th1 et de cellules T récemment activées au niveau des sites de réactions d'hyper-sensibilité retardée. Finalement, l'expression des récepteurs aux chimiokines est influencée par la présence d'IFN-a et de TGF-b pendant la polarisation. Ces résultats indiquent que l'expression des récepteurs aux chimiokines sur les lymphocytes T est imposée par les cytokines présentes pendant l'induction d'origine et est maintenue dans le phénotype polarisé.

Th1 and Th2 traffic directed by chemokine receptors

Chemokines and their receptors are important for selective attraction of various subsets of leukocytes. This is particularly important for effector T cells. We analyzed chemokine receptor expression on T cells using specific antibodies, RNA protection assays and functional responses to specific ligands. Naive T cells expressed high levels of CXCR4, while memory T cells expressed lower levels of CXCR4 as well as other chemokine receptors depending on their polarization and activation state. CCR3 was selectively expressed on both in vivo and in vitro polarized Th2 cells and its presence correlated with IL-4 production. The sharing of CCR3 among Th2, eosinophils, and basophils provides a mechanism for selective recruitment of these three cell types at sites of allergic inflammation. CCR4 was expressed on Th2 cells as well as basophils, but was also found on semi-naive T cells that do not produce IL-4. CXCR3 was present on most peripheral blood memory T cells and at higher levels on Th1 than on Th2. CCR5 was expressed on a small subset of peripheral T cells that carry activation markers, was upregulated by IL-2 and was absent on Th2 clones. CXCR3 and CCR5 may be important for selective recruitment of Th1 and recently activated T cells at sites of DTH reactions. Finally, the expression of chemokine receptor was influenced by IFN-a and TGF-b present during polarization. These results indicate that in general chemokine receptor expression is imposed in T cells by the cytokines present during priming and is retained as part of the polarized phenotype.

Navigation des sous-classes lymphocytaires par le système des chimiokines

Le développement des réponses immunitaires spécifiques dépend du transit contrôlé des lymphocytes B et T naïfs, effecteurs et à mémoire, à travers et dans les tissus et organes lymphoïdes. L'analyse des souris déficientes en récepteurs aux chimiokines exprimés sur les sous-populations lymphocytaires a permis de montrer que le système des chimiokines joue un rôle essentiel en tant que chef d'orchestre des molécules d'adhérence qui, globalement, permet aux sous-populations de naviguer vers les différentes localisations anatomiques et de retrouver leurs niches fonctionnelles spécialisées.

Navigation of lymphocyte subsets by the chemokine system

The development of specific immune responses depends on the controlled trafficking and pausing of naive, effector and memory B and T lymphocytes through and within lymphoid organs and tissues. Analyses of mice deficient of chemokine receptors expressed on B and T cell subpopulations have fundamentally revealed that the chemokine system plays an essential role as a conductor of an orchestra of adhesion molecules which as a whole allow lymphocyte subsets to navigate to different anatomical locations and find their specialized functional niches.

Régulation des réponses immunes par les chimiokines

Les activités biologiques des chimiokines ne sont plus limitées au contrôle de la locomotion leucocytaire, ces médiateurs étant désormais connus pour leurs activités immunitaires et inflammatoires multiples. Par exemple, ils ont un rôle dans l'angiogénèse ou l'angiostase, la biologie de l'infection VIH, et la modulation de l'activité lymphocytaire T. Des données récentes suggèrent que certains membres de la famille des chimiokines participent aux réponses immunes chroniques spécifiques de l'antigène, caractérisées par des phénotypes de cytokines de type 1 ou 2. En outre, l'expression de chimiokines par des cellules stromales ou d'autres cellules de soutien joue un rôle important dans l'initiation et le maintien de ces réponses immunes chroniques.

Chemokine-dependent regulation of immune responses

The biologic activities of chemokines are no longer restricted to providing a means for leukocyte movement, as these inflammatory mediators are now known to possess multiply immune/inflammatory activities. This latter aspect of the chemokine family is exemplified by their activity as angiogenic or angiostatic factors, their role in HIV biology, and their ability to modulate T cell activity. Recent evidence suggests that certain members of the chemokine family can aid in directing antigen-dependent chronic immune response that are characterized by either a type 1 or type 2 cytokine phenotype. Furthermore, the expression of chemokines by stromal and other structural cells likely plays an important role in the initiation and maintenance of these chronic immune responses.

Rôle du " Monocyte chemoattractant protein-1 " dans l'immunomodulation et la physiopathologie

La protéine chimioattractive monocytaire-1 (MCP-1) est un prototype de chimiokine CC qui attire spécifiquement les monocytes et les lymphocytes T à mémoire in vitro. Son expression dans diverses maladies caractérisées par une infiltration de cellules mononucléaires suggère que les antagonistes de MCP-1 peuvent être cliniquement utiles. Ce concept a été testé grâce à l'utilisation de souris génétiquement modifiées, ce qui a permis de démontrer que MCP-1 est absolument nécessaire à l'accumulation de monocytes en réponse à des stimulations non-spécifiques ou immunologiquement spécifiques. En outre, en cas d'absence génétique de MCP-1, l'intensité de l'athérosclérose expérimentale est profondément diminuée. Enfin, MCP-1 est nécessaire pour générer une réponse polarisée de type Th2. Ainsi, malgré une redondance fonctionnelle entre les chimiokines CC in vitro, les nombreuses activités propres de MCP-1 en font une séduisante cible d'inhibition.

Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) is a prototypic CC chemokine that specifically attracts monocytes and memory T lymphocytes in vitro. Its expression in a variety of diseases that are characterized by mononuclear cell infiltration suggests that MCP-1 antagonists may have clinical benefit. This concept has been tested through the use of genetically modified mice, which demonstrate that MCP-1 is absolutely required for the accumulation of monocytes in response to non-specific as well as immunologically specific challenges. Furthermore, in the genetic absence of MCP-1, the extent of experimental atherosclerosis is severely curtailed. Finally, MCP-1 is required for mounting a polarized Th2 response. Thus, despite functional redundancy among CC chemokines in vitro, MCP-1's several unique activities make it an attractive target for inhibition.

Chimiokines et régulation des fonctions des cellules souches

De plus en plus de données attestent des effets pro-inflammatoires de la famille des chimiokines sur les précurseurs hématopoïétiques. Par exemple, la chimiokine MIP-1a inhibe intensément et réversiblement la prolifération des cellules souches in vitro et in vivo. On lui a proposé un rôle d'agent myélosuppresseur utilisable pendant les chimiothérapies du cancer, et ceci est maintenant testé dans des essais précliniques et cliniques. De nombreux travaux ont examiné les bases structurelles de l'inhibition des cellules souches par les chimiokines, et des variants pharmacologiquement améliorés ont été générés pour faciliter des études cliniques. A l'heure actuelle, le récepteur responsable des effets myélosuppresseurs de MIP-1a n'est pas encore identifié. Les effets, inhibiteurs ou autres, des chimiokines sur les cellules souches seront passés en revue de façon détaillée.

Chemokines and the regulation of stem cell function

An increasing wealth of data attests to the effects of the pro-inflammatory family of chemokines on more primitive haemopoietic cells. For example, the chemokine MIP-1a is active in vitro and in vivo as a potent and reversible inhibitor of haemopoietic stem cell proliferation. A role has been proposed for this molecule as a myelosuppressive agent for use during chemotherapeutic treatments of cancer and this use has now been tested in both preclinical and clinical trials. Much work has been done examining the structural basis for stem cell inhibition by chemokines and pharmacologically improved variants of MIP-1a have been generated to facilitate the clinical studies. Currently, the receptor responsible for maintaining the myelosuppressive effects of MIP-1a remains unidentified. The inhibitory and other stem cell effects of chemokines will be reviewed in detail.

Nouveaux systèmes génétiques pour l'étude de la fonction des chimiokines in vivo

Il a été proposé que les chimiokines pourrraient avoir un rôle important dans le trafic leucocytaire in vivo. Plusieurs groupes utilisent des approches génétiques pour explorer la pertinence de chimiokines dans le contrôle du trafic des leucocytes dans des conditions physiologiques ou pathologiques. Des expériences permettant d'augmenter l'expression de chimiokines ont eu un rôle important pour élucider des aspects essentiels de la fonction des chimiokines. Toutefois, la difficulté de contrôler l'expression des chimiokines limite la compréhension de leur impact fonctionnel. Les progrès dans ce domaine nécessiteront donc le développement d'outils permettant de contrôler de façon fine l'expression de chimiokines in vivo, et des tests sensibles et spécifiques de mesure du trafic leucocytaire. Des systèmes génétiques nouveaux pour l'étude du trafic des leucocytes seront présentés et discutés.

Novel genetic systems to study chemokine function in vivo

It has been proposed that chemokines might have an important role in leukocyte trafficking in vivo. Several groups are using genetic approaches to investigate the relevance of specific chemokines to control leukocyte trafficking under homeostatic and pathological conditions. Gain-of-function experiments have been very important in elucidating essential aspects of chemokine function. However, lack of control of chemokine expression limits the understanding of the functional impact of chemokines on leukocyte trafficking. Thus, progress in this area will require the development of tools for finer control of chemokine expression in vivo, as well as the development of sensitive and specific leukocyte trafficking reporter systems. Novel genetic systems to study leukocyte trafficking in vivo will be presented and discussed.

Interactions synergiques entre l'éotaxine et IL-5 dans la libération des éosinophiles de la moëlle osseuse

L'éotaxine exerce de puissants effets de chimio-attraction sur les éosinophiles. Les travaux initiaux, centrés sur la production de cette chimiokine dans le poumon durant les réactions allergiques, ont montré son rôle dans le recrutement local. Nous avons maintenant montré que l'éotaxine induit une chasse des éosinophiles hors de la moëlle osseuse, et une synergie très nette avec l'IL-5. L'éotaxine induit une rapide augmentation du nombre des éosinophiles et de leurs progéniteurs hors de la moëlle osseuse (Blood 91: 2240-2248). L'éotaxine peut ainsi non seulement recruter les éosinophiles dans le poumon allergique mais aussi contrôler leur circulation dans le sang.

Synergistic interactions between eotaxin and IL-5 in the release of the bone marrow eosinophils

Eotaxin is a potent chemoattractant for eosinophils. Initial studies centred around the production of this chemokine in the lung during allergic inflammation and its role in eosinophil recruitment. We have now found that eotaxin induces the acute release of eosinophils from the bone marrow and exhibits marked synergism with interleukin-5. Eotaxin induces a rapid release of eosinophils and their progenitors from the bone marrow (Blood 91: 2240-2248). Further, eotaxin releases eosinophil progenitors. Thus, eotaxin may be important not only for recruitment of eosinophils into the allergic lung but also for regulating blood eosinophil levels.

Les anticorps monoclonaux en tant que médicaments et outils de recherche

Les anticorps qui reconnaissent les chimiokines et leurs récepteurs permettent la visualisation de leurs ligands en immunohistochimie et cytométrie de flux. Les anticorps bloquants sont utiles pour mieux comprendre les relations structure/fonction du récepteur et de son ligand, prédire les effets pharmacologiques de petites molécules antagonistes et leur potentiel thérapeutique. Les monoclonaux bloquant les récepteurs ou leurs ligands ont un avantage certain par rapport à l'inactivation de gènes, particulièrement pour un type de récepteur participant à l'inflammation et à l'embryogenèse. Cette approche de la découverte de drogues prouve actuellement sa validité dans le domaine des récepteurs aux chimiokines, et peut être applicable plus largement à d'autres récepteurs couplés aux protéines G, puisque de tels monoclonaux peuvent maintenant être produits en routine. Nous illustrerons l'utilité d'anticorps monoclonaux vis-à-vis de chimiokines et de leur récepteur aussi bien in vitro qu'in vivo et la synergie des efforts combinant l'emploi de petites molécules et d'une approche de découverte de drogues basée sur les anticorps.

Mononclonal antibodies as drugs and drug discovery tools

Monoclonal antibodies to chemokines and their receptors are useful for visualization by immunohistochemical localization and flow cytometry. Blocking antibodies are useful for better understanding the structure-function relationships of receptor and ligand, for predicting the pharmacological effects of small molecule antagonists, and finally, as potential therapeutics. Blocking Mabs to receptors and ligands have distinct advantages over the use of knockouts for assessing funtion, particularly for a class of receptors that may be used both in inflammation and embryogenesis. This approach to drug discovery issues is proving quite informative for chemokine receptors and may be applicable more broadly to other G-protein coupled receptors now that means for producing monoclonals to this class of receptor is routine. Dr Newman will illustrate the use of Mabs to several chemokines and receptors for both in vitro and in vivo applications, and the synergy of pairing a small molecule program with an antibody based drug discovery effort.

L'effet synergique des chimiokines dans les poumons coordonne l'inflammation pulmonaire et l'hyperréactivité bronchique de l'asthme

L'importance de l'expression des chimiokines redondantes lors d'une réaction inflammatoire constitue un problème essentiel de biologie. Nous rappellerons les différences fonctionnelles entre les chimiokines qui participent à l'inflammation allergique des voies aériennes dans le but d'identifier des groupes non redondants de chimiokines. Celles présentes dans cette réaction font partie de quatre groupes caractérisés par des modes d'action et des effets distincts sur le recrutement des cellules régulatrices et effectrices dont la séquestration pulmonaire est affectée par les autres chimiokines.

The coordinated action of chemokines in the lung orchestrates lung inflammation and bronchial hyperresponsiveness during asthma

An important and controversial issue in inflammation biology today concerns the significance of the expression of multiple chemokines with partially overlapping functions and receptor specificities during the course of an inflammatory reaction. This talk is aimed at reviewing expression and functional differences between the several chemokines that are at play during a model inflammatory reaction with the final goal of identifiying non-redundant functional groups of chemokines. Chemokines present in this disease can be functionally clustered in four groups characterized by their mode of action and distinct effect on the recruitment of regulatory and effe.ctor cells, sequestration of which in the lung is affected by other chemokines.

Mécanismes moléculaires responsables de l'inhibition du VIH par les chimiokines

CXCR4 et CCR5 sont les deux corécepteurs majeurs utilisés par le VIH pour pénétrer dans les cellules. Les chimiokines qui lient respectivement CCR5 (RANTES, MIP 1a ou b) ou CXCR4 (SDF1) bloquent la fusion virus/cellule dépendante de l'enveloppe virale et l'entrée du VIH. Ce blocage est la conséquence de l'occupation des corécepteurs et de leur internalisation par endocytose. Les domaines de SDF1 et de CXCR4 responsables de l'induction de l'endocytose ont été caractérisés. Ces mécanismes sont fonctionnellement liés et synergiques, permettant une efficacité antivirale optimale des chimiokines.

Molecular mechanisms mediating the HIV inhibitory capacity of chemokines

CXCR4 and CCR5 are the major CD4 co-receptors involved in HIV entry. Chemokines binding specifically either CCR5 (RANTES, MIP 1 a or b) or CXCR4 (SDF1) block viral-cell fusion mediated by the viral envelope and prevent HIV entry. Such an effect is mediated by both occupancy and internalization of co-receptors through the endosomal pathway. Structural domains of SDF1 and the CXCR4 receptor required for endocytosis have been characterized. Both occupancy and endocytosis of the co-receptors are functionally linked mechanims and synergize to allow optimal HIV inhibitory capacity of chemokines.

Inhibition de l'infection VIH par les bicyclams

Les bicyclams représentent une nouvelle classe de molécules de faible poids moléculaire qui inhibent l'infection par le VIH à travers un blocage spécifique de CXCR4 (fusine), le récepteur de la chimiokine-CXC SDF-1 et corécepteur utilisé par les souches lymphotropes du VIH pour leur entrée dans les cellules cibles. Le bicyclam AMD 3100 [1,1í-(1,4-phénylènebisméthylène)-bis-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane octahydrochloride dihydrate] est capable de bloquer le récepteur CXCR4 et d'inhiber la réplication du VIH à concentration nanomolaire, sans être toxique pour les cellules de l'hôte à des concentrations 100.000 fois supérieures. Il s'agit du plus spécifique et du plus puissant des antagonistes de CXCR4 décrits à ce jour.

Inhibition of HIV infection by bicyclams

The bicyclams represent a new entity of low-molecular-weight molecules that inhibit HIV infection through a specific blockade at the level of CXCR-4 (fusin), the receptor for the CXC-chemokine SDF-1 and the co-receptor used by T-lymphotropic HIV strains to enter their target cells. The bicyclam AMD 3100 [1,1í-(1,4-phenylenebismethylene)-bis-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane octahydrochloride dihydrate] is able to block the CXCR-4 receptor and to inhibit HIV replication at nanomolar concentrations, while not being toxic for the host cells at 100,000-fold higher concentrations. It is the most specific and most potent CXCR-4 antagonist that has been described to date.

CMV et séquestration de chimiokines

L'infection par le cytomégalovirus humain (CMV) est habituellement silencieuse cliniquement et latente transcriptionnellement. Toutefois, pendant la grossesse et chez les individus immunosupprimés, le CMV se manifeste comme un pathogène redoutable et cause une morbidité et une mortalité importantes. La phase d'infection aiguë est responsable d'une immunosuppression globale et profonde. Le CMV échappe à la surveillance immune en modulant l'expression membranaire des molécules HLA de classe I sur les cellules infectées et en faisant exprimer une molécule virale de type HLA-I pour leurrer les cellules NK. Nous avons récemment mis en évidence un nouveau type de stratégie utilisé par le CMV pour son échappement à la surveillance immunitaire, qui pourrait aussi avoir des effets généralisés sur les réponses lymphocytaires : la séquestration de chimiokines CC par les cellules infectées à travers l'expression de chimiorécepteurs viraux.

CMV and chemokine sequestration

Human cytomegalovirus (CMV) infection is usually clinically silent and transcriptionally latent. However, during pregnancy and in immunosuppressed settings, CMV manifests itself as a formidable pathogen and causes important morbidity and mortality. Acute phase infection is accompanied by a global, profound virus-induced immunosuppression. CMV avoids immune surveillance by modulating surface expression of HLA class I and class II antigens on infected cells and producing an HLA class I-like molecule to decoy natural killer cells. We have recently revealed a new strategy used by CMV to avoid immune surveillance which could also have a generalized effect on lymphocyte responses: sequestration of CC chemokines by CMV-infected cells via virally encoded chemokine receptors.

Protéines des poxvirus liant les chimiokines

Les poxvirus sont des virus ADN de grande taille à réplication cytoplasmique. Ces virus ont un grand génome et codent pour des facteurs de virulence qui facilitent la dissémination virale et interfèrent avec les réponses de l'hôte. Certains de ces facteurs de virulence sont des protéines sécrétées par les cellules infectées et qui lient des cytokines, chimiokines ou des interférons en solution. L'une de ces protéines (vCKBP) lie des chimiokines CC avec une haute affinité et peut inhiber le flux calcique induit par ces chimiokines, le chimiotactisme et l'éosinophilie chez le cobaye. Le rôle de ces protéines dans la pathogénèse virale sera discuté.

Poxvirus chemokine - binding proteins

Poxviruses are large DNA viruses that replicate in the cell cytoplasm. These viruses have large genomes and encode many virulence factors that aid virus dissemination or interfere with the host response to infection. Some of these virulence factors are proteins that are secreted from the infected cell and bind cytokines, chemokines or interferons in solution. One such protein, virus chemokine binding protein (vCKBP), binds CC chemokines with high affinity and can inhibit CC chemokine-induced calcium flux, chemotaxis and eosinophilia in a guinea pig model. The role of this and other proteins in virus pathogenesis will be discussed.

Infection par rhinovirus, chimiokines et asthme

Les rhinovirus sont impliqués dans la majorité des exacerbations de l'asthme. L'infiltration par des lymphocytes et des éosinophiles est un aspect prédominant de l'asthme et des crises asthmatiques déclenchées par ces virus. Les chimiokines ont de puissantes activités de chimio-attraction et d'activation sur ces deux types cellulaires. Des études in vitro montrent que l'infection par les rhinovirus induit la production d'une série de chimiokines pertinentes, en particulier IL8, IL16, RANTES, MIP-1a et Gro a. Des études sur IL8 et RANTES indiquent qu'il s'agit d'une induction transcriptionnelle dépendant de l'activation de NFkB et d'AP1. L'infection rhinovirale augmente aussi l'expression de récepteurs aux chimiokines et la réponse de cellules épithéliales à la stimulation par des chimiokines. Ces données indiquent que les rhinovirus ont probablement des effets puissants sur l'inflammation dépendant des chimiokines dans l'asthme.

Rhinovirus infection and chemonikes in asthma

Rhinoviruses are implicated in the majority of asthma exacerbations. Lymphocyte and eosinophil infiltration are prominent features of both asthma and virus induced asthma. Chemokines have potent chemoattractant and activating activities on both cell types. In vitro studies demonstrate that rhinovirus infection induces production of a number of relevant chemokines, including IL-8, IL-16, RANTES, MIP-1 a and Gro a amongst others. Studies with IL-8 and RANTES, indicate that this occurs through transcriptional upregulation involving NFkB and AP-1 activation. Rhinovirus infection also increases epithelial cell chemokine receptor expression and the response of epithelial cells to chemokine stimulation. These data indicate that rhinovirus infection is likely to have potent effects on chemokine mediated inflammation in asthma.

Chimiokines et chimiorécepteurs viraux - fonctions biologiques et cibles de médicaments

Un certain nombre de virus de l'herpès humains et animaux (ex:HHV4-8) et de virus pox codent pour des récepteurs 7TM (la plupart très proches des récepteurs humains aux chimiokines) et/ou pour des peptides type chimiokines qui sont potentiellement des cibles de médicaments. Il est concevable que les récepteurs et ligands d'origine aient été obtenus par le virus à partir de l'organisme-hôte par un acte de piraterie très ancien. Ensuite le virus a optimisé les molécules dans des buts encore mystérieux mais au bénéfice de leur cycle de réplication. Dans quelques cas, les récepteurs et les ligands viraux ont été caractérisés pharmacologiquement et il semble qu'ils soient utilisés par le virus pour l'évasion immune, la transformation cellulaire, le ciblage tissulaire, et peut-être l'entrée dans les cellules. Dans tous les cas, il est clair que le virus a utilisé son efficace machinerie évolutive (chimie combinatoire) en combinaison avec une sélection directe in vivo de cibles cellulaires et moléculaires (criblage) pour développer un profil pharmacologiquement efficace, par exemple l'antagonisme de chimiokines à large spectre, une activité constitutive intense, reconnaissance sélective d'un tissu particulier ou d'une chimiokine associée à un tissu, etc.

Viral chemokines and chemokine receptors - biological functions and drug targets

A number of human and animal herpesvirus (ex. HHV4-8) and poxvirus encode 7TM receptors - most of which clearly are related to human chemokine receptors - and/or they code for chemokine-like peptide ligands all of which are potential interesting drug targets. The original receptors and ligands have conceivably been obtained by the virus from their host organism through an ancient act of molecular piracy. Subsequently the virus has optimized the molecules to serve an often still elusive purpose of benefit for the viral life circle. In a few cases the viral receptors and ligands have been pharmacologically characterized and it appears, that they are used by the virus for either immune evasion, cellular transformation, tissue targeting, and possibly for cell entry. In all cases it is clear that the virus has used its efficient evolutionary machinery (combinatorial chemistry) combined with direct in vivo selection on the human cellular and molecular target (screening) to develop a distinct efficient pharmacological profile, ex. broad-spectred chemokine antagonism, high constitutive activity, selective recognition of a particular tissue or cell-associated chemokine, etc.

Délétion des gènes codant pour les récepteurs de l'éotaxine

Les chimiokines et leurs récepteurs jouent un rôle critique dans les défenses de l'hôte et l'inflammation. Un outil de choix pour identifier la fonction d'une chimiokine particulière est l'inactivation de son gène in vivo. Dans cette présentation, les résultats de l'inactivation de CCR3, un récepteur des b-chimiokines exprimé notamment sur les cellules allergiques, ainsi que de celle du CXCR3, un récepteur des a-chimiokines présent sur les lymphocytes parmi d'autres cellules, seront décrits. Toutefois ce type d'expérience n'apporte qu'une image en miroir négatif. En cela il n'est pas suffisant pour mimer les effets d'antagonistes sur une maladie établie. En fait, la délétion d'une chimiokine ou d'un récepteur peut affecter l'initiation d'un modèle d'infection ou d'allergie, car les chimiokines peuvent jouer un rôle essentiel dans la plasticité de la réponse immune. De nouvelles approches pour tester ces concepts seront discutées pour les ß-chimiokines.

Gene knockout of the eotaxin receptors

Chemokines and their receptors play a critical role in host defense and inflammation. A key tool in identifying the function of particular chemokines is afforded in gene knockout experiments. In this presentation, the results of gene knockout experiments for CCR3, an b-chemokine receptor locaclized on allergic cells, and CXCR3, an a-chemokine receptor present on activated lymphocytes as well as other cells will be presented. However, gene knockouts give a picture of the antagonized state; as such they are insufficient models to mirror the effects of antagonists on established disease states. In fact, the removal of chemokines/receptors may effect the initiation of a disease model or allergic state, since chemokines may play an essential role in the plasticity of the immune response. Novel approaches to address proof of concept experiments will be discussed for the ß-chemokines.

Effet de la délétion du gène du CCR4 dans des modèles murins d'inflammation

Les récepteurs des chimiokines sont des marqueurs des sous-classes de lymphocytes T naïfs et polarisés. L'expression de récepteurs spécifiques peut constituer un facteur important pour le contrôle spécifique de la migration tissulaire des cellules T effectrices. Des études récentes montrent que CCR4, le récepteur de haute affinité pour les CC chimiokines TARC et MDC est fortement exprimé par des cellules Th2, suggérant un rôle dans les maladies comme l'asthme. Pour étudier le rôle de CCR4 in vivo, nous avons éliminé son gène chez la souris et avons étudié le développement de plusieurs modèles de maladies inflammatoires pulmonaires, qui seront présentés.

The effect of CCR4 knockout in mouse models of lung inflammation

Chemokine receptors are markers of naïve and polarized T cell subsets. The expression of specific chemokine receptors may be important in the control of tissue specific migration of effector T cells. Recent studies have indicated that CCR4, a high affinity receptor for the CC chemokines TARC and MDC, is expressed at high levels by polarized Th2 cells, suggesting that it may play a role in the development of Th2 mediated diseases, such as allergic asthma. In order to study the role of CCR4 in vivo, we have constructed CCR4 knockout mice and studied the effects in various mouse models of lung inflammation.

L'Interleukine-8 (IL-8) en tant que cible thérapeutique dans le traitement du Syndrome de Détresse Respiratoire de l'Adulte (SDRA)

Une augmentation des concentrations en IL-8 a été démontrée par plusieurs investigateurs lors de l'inflammation pulmonaire aiguë et chronique, ces concentrations étant souvent en corrélation avec le degré de sévérité et de pronostic. Nos résultats montrent que des anticorps neutralisant l'IL-8 améliorent considérablement le SDRA dans plusieurs modèles animaux. Ces résultats ainsi que des stratégies de développement clinique, seront présentés.

Interleukin-8 (IL-8) as a therapeutic target for the treatment of Adult Respiratory Distress Syndrome (ARDS)

Several investigators have demonstrated that IL-8 concentrations are elevated in the pulmonary secretions of patients with chronic or acute lung inflammatory diseases and that these concentrations often correlate with the degree of severity of the disease and/or the prognosis of the patient. Our data show that neutralizing antibodies to IL-8 dramatically improve outcome in several in vivo models of ARDS. These results, along with strategies for the clinical development of the molecule will be presented.

Approches thérapeutiques pour induire la tolérance aux greffes allogéniques en manipulant les récepteurs des cytokines et des chimiokines.

Le recrutement des leukocytes aux allogreffes vascularisées est constant pendant la vie de la greffe, mais de façon surprenante n'est pas toujours associé à son rejet. Ainsi, l'infiltration de l'allogreffe par des cellules mononucléaires de l'hôte peut être associée à la survie indéfinie et, dans des modèles animaux, peut être associée au développement d'une tolérance spécifique au donneur. La compréhension de mécanismes de l'activation des lymphocytes T et des sous-classes de macrophages pourvus de propriétés immunorégulatrices, notamment à travers la production de cytokines et de métabolites de l'arachidonate, pourrait conduire à une meilleure tolérance aux greffes. Nos études dans des modèles de greffes montrent des différences majeures dans la nature des chimiokines produites, en présence ou absence de rejet. Ces différences apparaissent aussi en employant des receveurs KO ou après neutralisation par des anticorps monoclonaux. Cela nous a conduits à analyser l'expression des récepteurs aux chimiokines et cytokines dans des biopsies de patients greffés lorsque l'inhibition de la costimulation en tant que nouvelle approche pour la tolérance est en cours. Cette présentation résumera les mécanismes de rejet aigu ou chronique en démontrant l'importance des récepteurs des chimiokines et cytokines et présentera les dernières informations concernant les essais thérapeutiques en cours.

Therapeutic approaches to induction of allograft tolerance based upon modulation of select chemokine and chemokine receptor pathways

Leukocyte recruitment to vascularized allografts is universal throughout the life of the transplant but, surprisingly, is not always associated with rejection. Indeed, infiltration of an allograft by host mononuclear cells can be associated with indefinite survival, and in animal models, can be linked with development of donor-specific tolerance. Understanding the basis for graft recruitment and activation of T cell and macrophage subsets with immunoregulatory properties, e.g. through their production of cytokines and arachidonic acid metabolites, is likely to lead to improvements in survival and maintenance of function. Our studies in experimental allograft models indicate there are major differences in the nature of chemokines generated by rejecting vs. accepted allografts. The significance of these is further shown by use of knockout recipients and/or neutralizing monoclonal antibodies. These insights have now led to analysis of chemokine and chemokine receptor expression in serial clinical biopsies of patients in therapeutic trials in which costimulation blockade as a novel approach to tolerance induction is underway. This presentation will summarize key insights into the mechanisms of acute and chronic rejection in experimental models with an emphasis on the importance of key chemokines and chemokine receptor pathways, and present the latest data from ongoing clinical trials.

Récepteurs des chimiokines et des cytokines dans le rejet de greffe rénale

Le rejet aigu de la greffe allogénique de rein est médié par les facteurs dépendants et indépendants des alloantigènes et est caractérisé par un infiltrat mononucléaire de macrophages, lymphocytes T et quelques éosinophiles. Le recrutement de ces leukocytes dans l'organe transplanté résulte d'une interaction complexe entre une série de molécules exprimées sur les leukocytes et sur les cellules endothéliales. Parce que les chimiokines induisent sélectivement une adhésion rapide, ainsi que la chimioattraction et l'activation de sous-populations leukocytaires effectrices, l'on pense qu'elles jouent un rôle essentiel dans l'infiltration mononucléaire qui caractérise le rejet d'allogreffes. Des résultats récents suggèrent que des stratégies thérapeutiques qui bloquent l'effet des chimiokines auront un effet positif sur la survie des greffes de rein.

Chemokines and chemokine receptors in renal transplant rejection

Acute renal allograft rejection is mediated by both alloantigen-dependent and -independent factors and is characterized by a mononuclear cell infiltrate mainly consisting of macrophages, T lymphocytes and occasional eosinophils. The recruitment of these leukocytes from the peripheral circulation into the transplanted organ involves a complex interplay between a series of molecules expressed on the leukocyte and endothelial surface. Because chemokines selectively promote the rapid adhesion, chemotaxis and activation of specific leukocyte effector subpopulations they are thought to play a pivotal part in the mononuclear cell infiltrate characteristic of allograft rejection. Recent developments suggest that therapies directed toward the blocking of chemokine action will have a positive effect on solid renal allograft survival.

Développements récents d'antagonistes des récepteurs des chimiokines de faible poids moléculaire

Late-breaking developments in small molecule antagonists to chemokine receptors.