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Nicolas Manel
Author with expertise in Innate Immunity to Viral Infection
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Analysis of ESCRT functions in exosome biogenesis, composition and secretion highlights the heterogeneity of extracellular vesicles

Marina Colombo et al.Jan 1, 2013
Exosomes are extracellular vesicles (EVs) secreted upon fusion of endosomal multivesicular bodies (MVBs) with the plasma membrane. The mechanisms involved in their biogenesis remain so far unclear although they constitute targets to modulate exosome formation and therefore are a promising tool to understand their functions. We have performed an RNA interference screen targeting twenty-three components of the endosomal sorting complex required for transport (ESCRT) machinery and associated proteins in MHC class II (MHC II)-expressing HeLa-CIITA cells. Silencing of HRS, STAM1, or TSG101 reduced the secretion of EV-associated CD63 and MHC II but each gene altered differently the size and/or protein composition of secreted EV, as quantified by immuno-electron microscopy. By contrast, depletion of VPS4B augmented this secretion while not altering the features of EVs. For several other ESCRT subunits, the screen did not allow to conclude on their involvement in exosome biogenesis. Interestingly, silencing of ALIX increased MHC II exosomal secretion, due to an overall increase in intracellular MHC II protein and mRNA levels. In human dendritic cells (DCs), ALIX depletion also increased MHC II in the cells, but not in the released CD63-positive EVs. Such differences could be attributed to a higher heterogeneity in size, and higher MHC II and lower CD63 contents in vesicles recovered from DCs as compared to HeLa-CIITA. The results reveal a role for selected ESCRT components and accessory proteins in exosome secretion and composition by HeLa-CIITA. They also highlight biogenetic differences in vesicles secreted by a tumour cell line and primary DCs.
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The differentiation of human TH-17 cells requires transforming growth factor-β and induction of the nuclear receptor RORγt

Nicolas Manel et al.May 4, 2008
TH-17 cells are interleukin 17 (IL-17)–secreting CD4+ T helper cells involved in autoimmune disease and mucosal immunity. In naive CD4+ T cells from mice, IL-17 is expressed in response to a combination of IL-6 or IL-21 and transforming growth factor-β (TGF-β) and requires induction of the nuclear receptor RORγt. It has been suggested that the differentiation of human TH-17 cells is independent of TGF-β and thus differs fundamentally from that in mice. We show here that TGF-β, IL-1β and IL-6, IL-21 or IL-23 in serum-free conditions were necessary and sufficient to induce IL-17 expression in naive human CD4+ T cells from cord blood. TGF-β upregulated RORγt expression but simultaneously inhibited its ability to induce IL-17 expression. Inflammatory cytokines relieved this inhibition and increased RORγt-directed IL-17 expression. Other gene products detected in TH-17 cells after RORγt induction included the chemokine receptor CCR6, the IL-23 receptor, IL-17F and IL-26. Our studies identify RORγt as having a central function in the differentiation of human TH-17 cells from naive CD4+ T cells and suggest that similar cytokine pathways are involved in this process in mice and humans.
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Digoxin and its derivatives suppress TH17 cell differentiation by antagonizing RORγt activity

Jun Huh et al.Mar 27, 2011
The nuclear receptors RORα and RORγt (retinoic acid receptor-related orphan receptors α and γt) are essential for the development of TH17 cells, the T-helper cells that produce interleukin-17. Two groups report the identification of RORγt inhibitors, compounds that could have potential in the treatment of autoimmune diseases. Huh et al. used a chemical screen in an insect-cell-based reporter system to identify the cardiac glycoside digoxin and various derivatives as inhibitors of the transcriptional activity of RORγt. Through this mechanism, these compounds block the differentiation of TH17 cells in mice, and inhibit interleukin-17 production in vitro in human T cells. Solt et al. describe a synthetic ligand, named SR1001, that functions as an inverse agonist for RORα and RORγt, and show that it blocks TH17 development in vitro and inhibits experimental encephalomyelitis in mice. CD4+ T helper lymphocytes that express interleukin-17 (TH17 cells) have critical roles in mouse models of autoimmunity, and there is mounting evidence that they also influence inflammatory processes in humans. Genome-wide association studies in humans have linked genes involved in TH17 cell differentiation and function with susceptibility to Crohn’s disease, rheumatoid arthritis and psoriasis1,2,3. Thus, the pathway towards differentiation of TH17 cells and, perhaps, of related innate lymphoid cells with similar effector functions4,5, is an attractive target for therapeutic applications. Mouse and human TH17 cells are distinguished by expression of the retinoic acid receptor-related orphan nuclear receptor RORγt, which is required for induction of IL-17 transcription and for the manifestation of TH17-dependent autoimmune disease in mice6. By performing a chemical screen with an insect cell-based reporter system, we identified the cardiac glycoside digoxin as a specific inhibitor of RORγt transcriptional activity. Digoxin inhibited murine TH17 cell differentiation without affecting differentiation of other T cell lineages and was effective in delaying the onset and reducing the severity of autoimmune disease in mice. At high concentrations, digoxin is toxic for human cells, but non-toxic synthetic derivatives 20,22-dihydrodigoxin-21,23-diol and digoxin-21-salicylidene specifically inhibited induction of IL-17 in human CD4+ T cells. Using these small-molecule compounds, we demonstrate that RORγt is important for the maintenance of IL-17 expression in mouse and human effector T cells. These data indicate that derivatives of digoxin can be used as chemical templates for the development of RORγt-targeted therapeutic agents that attenuate inflammatory lymphocyte function and autoimmune disease.
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Inherited STING-activating mutation underlies a familial inflammatory syndrome with lupus-like manifestations

Nadia Jeremiah et al.Nov 16, 2014
Innate immunity to viral infection involves induction of the type I IFN response; however, dysfunctional regulation of this pathway leads to inappropriate inflammation. Here, we evaluated a nonconsanguineous family of mixed European descent, with 4 members affected by systemic inflammatory and autoimmune conditions, including lupus, with variable clinical expression. We identified a germline dominant gain-of-function mutation in TMEM173, which encodes stimulator of type I IFN gene (STING), in the affected individuals. STING is a key signaling molecule in cytosolic DNA-sensing pathways, and STING activation normally requires dimerization, which is induced by 2′3′ cyclic GMP-AMP (cGAMP) produced by the cGAMP synthase in response to cytosolic DNA. Structural modeling supported constitutive activation of the mutant STING protein based on stabilized dimerization. In agreement with the model predictions, we found that the STING mutant spontaneously localizes in the Golgi of patient fibroblasts and is constitutively active in the absence of exogenous 2′3′-cGAMP in vitro. Accordingly, we observed elevated serum IFN activity and a type I IFN signature in peripheral blood from affected family members. These findings highlight the key role of STING in activating both the innate and adaptive immune responses and implicate aberrant STING activation in features of human lupus.
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A cryptic sensor for HIV-1 activates antiviral innate immunity in dendritic cells

Nicolas Manel et al.Sep 6, 2010
HIV-1 (human immunodeficiency virus 1) infection fails to induce interferon in the cells that it infects, but the underlying mechanisms involved are undefined. Dendritic cells — immune cells found in skin, mucosa and lymph tissues — mediate the innate detection of pathogens and the activation of other immune cells involved in specific adaptive immunity. But not for HIV. Dendritic cells are resistant to infection by HIV, although they do bind to the virus and are thought to facilitate the infection of T-helper cells. Now it is shown that when the usual block to HIV infection is bypassed in dendritic cells — by exposure to the Vpx accessory protein from the simian immunodeficiency virus SIVmac — HIV does induce a type I interferon response and T-cell activation. The virulence of HIV-1 may be related to its ability to evade innate immunity by staying out of dendritic cells, and the manipulation of that strategy may be of relevance to vaccine design. Human immunodeficiency virus (HIV) fails to induce interferon in the cells that it infects, but the underlying mechanisms are not known. These authors show that the virus can in fact activate the interferon pathway in dendritic cells when the usual block to infection is bypassed. Dendritic cell activation depends on the HIV-1 capsid/cyclophilin A interaction, which is known to have a role in HIV-1 infectivity. Dendritic cells serve a key function in host defence, linking innate detection of microbes to activation of pathogen-specific adaptive immune responses1,2. Whether there is cell-intrinsic recognition of human immunodeficiency virus (HIV) by host innate pattern-recognition receptors and subsequent coupling to antiviral T-cell responses is not yet known3. Dendritic cells are largely resistant to infection with HIV-14, but facilitate infection of co-cultured T-helper cells through a process of trans-enhancement5,6. Here we show that, when dendritic cell resistance to infection is circumvented7,8, HIV-1 induces dendritic cell maturation, an antiviral type I interferon response and activation of T cells. This innate response is dependent on the interaction of newly synthesized HIV-1 capsid with cellular cyclophilin A (CYPA) and the subsequent activation of the transcription factor IRF3. Because the peptidylprolyl isomerase CYPA also interacts with HIV-1 capsid to promote infectivity, our results indicate that capsid conformation has evolved under opposing selective pressures for infectivity versus furtiveness. Thus, a cell-intrinsic sensor for HIV-1 exists in dendritic cells and mediates an antiviral immune response, but it is not typically engaged owing to the absence of dendritic cell infection. The virulence of HIV-1 may be related to evasion of this response, the manipulation of which may be necessary to generate an effective HIV-1 vaccine.
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