Respiratory viral infections and asthmatic exacerbations : implication of SRs and TLR3 expressed on bronchial epithelial cells

Les virus à tropisme respiratoire, tels que le rhinovirus, le virus respiratoire syncytial et le virus influenza A, ont pour cibles principales les cellules épithéliales bronchiques (CEB) et les cellules dendritiques (DC). Ces virus représentent la cause majeure des exacerbations de l’asthme de l’enfant. L’immunité innée et adaptative jouent un rôle essentiel dans la réponseantivirale et l’allergie. Au niveau bronchique, les CEB et les DC pulmonaires qui coopèrentactivement du fait de leur colocalisation, font partie des principaux acteurs de l’immunitéinnée. Le développement de la réponse immunitaire nécessite à la fois la mobilisation derécepteurs de reconnaissance impliqués dans l’endocytose, parmi lesquels les récepteursd’épuration ou SR, ainsi que des récepteurs de signalisation tels que les Toll-like receptors(TLR) qui coopèrent afin d’ajuster la réponse de l’hôte aux pathogènes. Au cours desinfections virales respiratoires, l’activation des CEB par les ARN double brin (ARNdb)viraux via le TLR3 et les hélicases à ARN constitue un élément clé de la réponse antivirale.Dans ce contexte, notre objectif a consisté à élucider les rôles respectifs du TLR3 et des SR del’épithélium bronchique dans les infections virales du tractus respiratoire et les mécanismescellulaires et moléculaires impliqués dans les exacerbations asthmatiques d’origine virale.L’expression des SR au niveau des CEB étant peu documentée, nous avons tout d’abord misen évidence l’expression de certains SR et leur régulation par le TNF-a. Cette expression estassociée à une internalisation des LDL acétylées, ligands de SR, et d’un ligand protéique:l’ovalbumine maléylée (OVAm) au niveau de l’épithélium bronchique, confirmant lafonctionnalité de ces récepteurs. L’ajout de différents ligands de SR permet de bloquerl’activation des CEB par les ARNdb viraux soulignant le rôle de corécepteur de ces SR. Cesligands de SR agissent en limitant la capture des ARNdb et en bloquant l’activation des voiesde signalisation dépendantes de NF-κB et d’IRF3. In vivo, l’administration de ligand de SRpermet d’inhiber l’action proinflammatoire de l’ARNdb et le développement de la réponseimmune, en limitant la migration des DC vers les ganglions lymphatiques drainants. D’autrepart, nous avons évalué les rôles respectifs des CEB, des DC myéloïdes (mDC) et de la voiede signalisation TRIF, dans un modèle murin d’exacerbation de l’asthme, par administrationd’ARNdb. Nous avons pu démontrer que cette administration induit l’exacerbation de laréaction allergique pulmonaire. L’utilisation de souris invalidées pour le gène trif a permis demontrer que la signalisation dépendante de TLR3/TRIF est indispensable à ce phénomèned’exacerbation de la réaction allergique pulmonaire. Le transfert de mDC dérivées de lamoelle osseuse exposées à l’ovalbumine et à l’ARNdb induit également l’exacerbation de laréaction allergique pulmonaire, soulignant le rôle majeur des mDC dans ce processus. Enfin,nous avons observé qu’en réponse à la stimulation par l’ARNdb, les CEB issues de sourissauvages participent au recrutement des mDC et des cellules inflammatoires via la productionde chimiokines.L’ensemble de ces travaux souligne le rôle des SR dans la réponse de l’épithéliumbronchique à l’ARNdb. Ces résultats permettent d’envisager l’implication de ces SR dans lesinfections virales. D’autre part, nos données révèlent le rôle clé de la voie de signalisationTLR3/TRIF dans un modèle murin d’exacerbation allergique pulmonaire d’origine virale.Elles soulignent également le rôle crucial des CEB qui participent au recrutement des mDC etdes cellules de l’inflammation. Ces observations laissent entrevoir de nouvelles approchesthérapeutiques visant à renforcer ou à contrôler une réponse immune antivirale.Viral airway infections by rhinovirus, respiratory syncytial virus and influenza Avirus, mainly target airway epithelial cells and pulmonary dendritic cells (DCs). Theseinfections are the major cause of exacerbations associated with allergic asthma in children.Innate and adaptative immunity have an essential role in the antiviral response and allergy.The main actors in innate immunity of the lung include bronchial epithelial cells (BECs) andDCs, which actively cooperate. Induction of innate immune responses involves patternrecognition receptors (PRRs) implicated in endocytosis such as scavenger receptors (SRs) andsignalling receptors like Toll-like receptors (TLRs), which both cooperate to adjust theresponse to pathogens. During respiratory viral infections, BEC activation by double-strandedRNA (dsRNA) is linked to the mobilization of TLR3 and RNA-helicases and represents a keycomponent of the antiviral response.In this context, our aim was to elucidate TLR3 and SRs functions in BECs in respiratory viralinfections and cellular and molecular mechanisms implicated in asthma exacerbations.Since expression of SRs in BECs is not well-known, we have first demonstrated SRsexpression in these cells and their regulation by TNF-a. This increased expression is relatedwith a higher capacity to bind and to internalize SRs ligands such as acetylated LDL ormaleylated ovalbumin (mOVA). Addition of SRs ligands inhibits dsRNA-induced activation,showing that SRs act as coreceptors for TLR3 and RNA-helicases. Ligands of SRs are able toinhibit viral dsRNA binding and NF-κB and IRF3 signalling pathways. In vivo, administrationof SRs ligand allows to partially control proinflammatory effects of dsRNA and thedevelopment of the immune response by limiting DCs migration towards draining lymphnodes. Next, we defined the role of BECs, myeloid DCs (mDCs) and of the signallingpathways TRIF in a mouse model of lung allergic exacerbation based on the localadministration of dsRNA. Our data demonstrated that treatment with dsRNA induces lungallergic exacerbation. The use of trif -/- mice showed that the TLR3/TRIF pathway was criticalin lung allergic exacerbation induced by dsRNA. Intratracheal transfer of bone marrowdendritic cells (BMDC) primed with IL-4/dsRNA/ovalbumin in wild type mice reproducesexacerbation of the allergic reaction, whereas cells primed with dsRNA/ovalbumin have amore limited effect. These data show the importance of mDCs in this mechanism. The role ofairway epithelium is related to the dsRNA induced production of chemokines which isimplicated within mDCs and inflammatory cell recruitment towards the lung.All these data underline the important role of SRs in BECs response to dsRNA. Theseobservations allow to hypothesize the implication of SRs in infections by respiratory viruses.Moreover, our work reveals the key role of TLR3/TRIF pathway in exacerbation of theallergic reaction and the importance of BECs/mDCs crosstalk in these settings. Theseobservations suggest new therapeutic approaches in order to strengthen or to limit antiviralimmune response