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Importance et interactions entre allergie, infections et expositions environnementales respiratoires dans les pathologies chroniques des voies respiratoires inférieures et supérieures

Projet de recherche P7/30 (Action de recherche P7)


Personnes :

  • Prof. dr.  JOOS Guy - Universiteit Gent (UGent)
    Coordinateur du projet
    Partenaire financé belge
    Durée: 1/4/2017-30/9/2017
  • Prof. dr.  NEMERY Benoît - Katholieke Universiteit Leuven (K.U.Leuven)
    Partenaire financé belge
    Durée: 1/4/2017-30/9/2017
  • Prof. dr.  BACHERT Claus - Universiteit Gent (UGent)
    Partenaire financé belge
    Durée: 1/4/2017-30/9/2017
  • Prof. dr.  LOUIS Renaud - Université de Liège (ULG)
    Partenaire financé belge
    Durée: 1/4/2017-30/9/2017
  • Dr.  ADCOCK Ian - Imperial College London (IC-LOND)
    Partenaire financé étranger
    Durée: 1/4/2017-30/9/2017
  • Dr.  VOLKER Uwe - Universitätsmedizin Greifswald (UNI-EMAUG)
    Partenaire financé étranger
    Durée: 1/4/2017-30/9/2017

Description :

I. Domaine et état des connaissances
L’asthme et la bronchite chronique obstructive (BPCO) sont des pathologies fréquentes des voies respiratoires inférieures qui sont responsables d’une importante morbidité et mortalité et qui représentent un impact socio-économique non négligeable dans le monde entier1,2. Ces pathologies des voies respiratoires inférieures sont liées à celles des voies respiratoires supérieures telles que la rhinosinusite chronique et les polypes (« United Airways » concept). L’asthme et la BPCO sont des maladies hétérogènes mais les mécanismes physiopathologiques sous-jacents qui contribuent à des phénotypes spécifiques demeurent mal caractérisés3-5. Les facteurs déterminants dans le développement des pathologies respiratoires chroniques sont les expositions environnementales et les prédispositions génétiques mises en évidence par les « Genome Wide Association Studies (GWAS) »6,7. Récemment, des techniques microbiologiques raffinées indépendantes des cultures classiques ont démontré une altération des populations microbiennes (microbiome) dans les voies respiratoires inférieures de patients asthmatiques et BPCO8,9.

II. Progrès réalisés
Au cours des 5 dernières années, notre AIRE WAY consortium a développé plusieurs modèles murins d’inflammation allergique des voies respiratoires (e.g. ovalbumine, acariens, toluène diisocyanate) et d’exposition à des polluants atmosphériques (e.g. fumée de cigarette, particules en provenance des pots d’échappements)10,11. Nous avons étudié l’importance des facteurs environnementaux dans l’initiation et l’installation de pathologies respiratoires in vivo 12,13. En utilisant un modèle chronique de BPCO, nous avons abordé le problème des mécanismes impliqués dans la néogenèse lymphoïde et la persistance de la pathologie 14,15. Nous avons aussi réalisé de la recherche translationnelle en utilisant des échantillons d’expectoration (e .g., analyse de cytokines par ELISA à partir des cultures cellulaires, analyse de l’ ARNm et du microARN ), des polypes nasaux et du tissu pulmonaire pour comprendre quels processus sont impliqués dans les pathologies respiratoires chroniques16-19.

III. Objectifs principaux
L’acronyme AIRE WAY consortium II (Importance et interactions entre l’allergie, les infections et les expositions environnementales respiratoires dans le développement et la chronicité des pathologies des voies respiratoires inférieures et supérieures) décrit l’objectif global de ce projet et consolide les fondations de notre projet P6/35 AIRE WAY initié en 2007. Forts de cette collaboration interuniversitaire, nous sommes désireux d’éclaircir les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent les pathologies des voies respiratoires inférieures (asthme et BPCO) et supérieures (rhinosinusite chronique et polypes) avec une attention particulière en ce qui concerne le caractère hétérogène de ces pathologies, en combinant à la fois l’expertise et les échantillons des différents partenaires de ce consortium. Les résultats de la recherche fondamentale utilisant des modèles expérimentaux d’animaux seront validés par la recherche translationnelle sur les précieux échantillons humains. Par ailleurs les hypothèses générées par les observations chez l’homme seront transposées au niveau moléculaire en utilisant des modèles animaux in vivo et des cultures de cellules humaines in vitro.

IV. Méthodologie
Les points forts de ce consortium sont multiples. Premièrement, les partenaires belges ont une expérience de longue durée avec les modèles animaux in vivo de pathologies respiratoires, mimant l’hétérogénéité observée dans les maladies humaines. (e.g. asthme éosinophilique vs neutrophilique). Deuxièmement, les différentes équipes se complètent dans l’expertise et l’équipement, lesquels sont partagés au sein du consortium (e.g. mesure de l’hyperréactivité bronchique (BHR), l’inflammation neurogénique, la cytométrie de flux, les études cellulaires et moléculaires in vitro sur les tissus primaires humains et les cultures de cellules). Troisièmement, pour assurer la pertinence clinique, les groupes de recherche ont construit de larges biobanques de sérums, d’expectorations, de polypes et de tissus pulmonaires provenant de plusieurs groupes distincts (COPD, phénotypes variés d’asthme, polypose et sinusite). Finalement, deux excellents partenaires de l’union européenne ont rejoint l’AIRE WAY consortium II, ajoutant leur plus-value dans les domaines de l’épigénétique et du stress oxydatif d’une part (I. Adcock, London, UK) et dans la génomique fonctionnelle et la protéomique d’autre part (U. Volker, Greifswald, Germany).

V. Buts spécifiques
Investiguer les mécanismes par lesquels les allergènes, les polluants atmosphériques et les agents microbiens initient les pathologies des voies respiratoires inférieures et supérieures.
Nous émettons l’hypothèse que les 3 mécanismes suivants, modulés par des facteurs environnementaux, jouent un rôle crucial dans le développement des pathologies respiratoires:

1) Les canaux TRP (Transient Receptor Potential) sont une famille de canaux ioniques qui fonctionnent comme des senseurs moléculaires de plusieurs stimuli physiques et chimiques. Dans l’arbre respiratoire, les particules nocives inhalées et les composants de fumée de cigarette (e.g. nicotine, acroléine et agents oxydatifs) sont détectés par TRPA1 dans les terminaisons nerveuses sensitives des voies respiratoires et induisent une inflammation neurogénique et une hyperréactivité bronchique20,21. Nous émettons l’hypothèse que la reconnaissance d’allergènes et de polluants environnementaux par les TRP joue un rôle dans le développement de l’hyperréactivité bronchique des pathologies obstructives des voies respiratoires.

2) Les PAMPS (pathogens associated molecular patterns) sont des molécules qui sont spécifiques aux microbes tandis que les DAMPs (damage associated molecular patterns) sont des molécules libérées à partir de cellules lésées ou de cellules mortes5. La reconnaissance des PAMPs et des DAMPs par des PRR (pattern recognition receptors) joue un rôle critique dans la médiation des réponses inflammatoires en réponse aux infections et aux lésions tissulaires non infectées. Nous posons l’hypothèse que l’exposition aux allergènes, microbes ou polluants conduit à l’activation des PR, soit directement (par les PAMPs) ou indirectement en causant des dégâts aux cellules épithéliales (qui libèrent alors des DAMPs) et par là affectent le développement de pathologies obstructives des voies respiratoires.

3) L’exposition aux facteurs environnementaux affecte le phénotype des maladies chroniques des voies aériennes expliquant ainsi une partie de l’hétérogénéité des patients. Nous émettons l’hypothèse qu’une altération des mécanismes immunologiques et moléculaires sous-tends les différents phénotypes dans les maladies obstructives et nous voulons nous focaliser sur le rôle joué par la déficience de l’induction de lymphocytes T régulateur, sur le rôle joué par les lymphocytes B et les molécules régulatrices tels que les protéases dans la persistance de la maladie. Nous émettons aussi l’hypothèse que l’identification de marqueurs moléculaires (protéomique dans les expectorations, composants organiques volatiles dans l’air exhalé) révèleront des phénotypes nouveaux et pertinents dans les maladies obstructives des voies aériennes.

4) Les changements épigéniques sont des altérations chimiques de parties non-codées de l’ADN (e.g. méthylation de l’ADN, acétylation d’histone et microARNs) mais qui module l’expression des gènes et qui sont engendrées par l’environnement (e .g. pollution atmosphérique, fumée de cigarette)22. Nous investiguerons quels changements épigénétiques sont décelables dans les pathologies des voies respiratoires inférieures et supérieures et comment cela affecte le processus pathologique.

Read-outs
Nous voudrions déterminer le rôle des mécanismes mentionnés ci-dessus dans différents phénotypes pathologiques en utilisant des modèles expérimentaux et des échantillons de patients. Dans les modèles murins, nous voudrions mesurer la fonction pulmonaire (BHR), déterminer la fonctionnalité des TRP et évaluer l’inflammation (cytométrie de flux) et le remodelage (immunohistochimie). Au niveau moléculaire, nous aimerions mesurer la libération des DAMPs, des cytokines et des chémokines dans les échantillons murins et humains. Au niveau cellulaire, nous voudrions éclaircir le rôle des cellules présentatrices d’antigènes (cellules dendritiques et macrophages) et de l’épithélium dans l’initiation de la pathologie, ainsi que l’importance des cellules B et T dans l’orchestration du processus inflammatoire. Dans les études mécanistiques, nous bloquerons des protéines ou la transcription de gènes d’intérêt (e.g. recépteurs, médiateurs dérivés de l’épithélium et cytokines proinflammatoires) avec des anticorps monoclonaux spécifiques, des antagonistes ou du silencing ARN. Ceci s’adresse à la fois aux expériences menées in vitro et in vivo. De plus, nous utiliserons des souris génétiquement modifiées avec des gènes spécifiques soit surexprimés soit sous-exprimés par l’entremise d’une suppression constitutive ou conditionnelle. Dans notre approche épigénétique, nous nous focaliserons principalement sur le profilage de microARN et investiguerons le rôle des différents microARNs exprimés in vitro et in vivo (e.g. en administrant des antagonistes ou des microARNs).

VI. REFERENCES (* with authors from the consortium)

1. Pauwels, R. A. & Rabe, K. F. Burden and clinical features of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Lancet 364, 613-620 (2004).*
2. Global Initiative for Asthma. Www.ginasthma.org.
3. Wenzel, S. E. Asthma: defining of the persistent adult phenotypes. Lancet 368, 804-813 (2006).
4. Moore, W. C. et al. Identification of asthma phenotypes using cluster analysis in the Severe Asthma Research Program. Am. J. Respir. Crit Care Med. 181, 315-323 (2010).
5. Brusselle, G. G., Joos, G. F. & Bracke, K. R. New insights into the immunology of chronic obstructive pulmonary disease. Lancet 378, 1015-1026 (2011).*
6. Hancock, D. B. et al. Meta-analyses of genome-wide association studies identify multiple loci associated with pulmonary function. Nat. Genet. 42, 45-52 (2010).*
7. Moffatt, M. F. et al. A large-scale, consortium-based genomewide association study of asthma. N. Engl. J. Med. 363, 1211-1221 (2010).
8. Hilty, M. et al. Disordered microbial communities in asthmatic airways. PLoS. One. 5, e8578 (2010).
9. Erb-Downward, J. R. et al. Analysis of the lung microbiome in the "healthy" smoker and in COPD. PLoS. One. 6, e16384 (2011).
10. Vanoirbeek, J. A. et al. How long do the systemic and ventilatory responses to toluene diisocyanate persist in dermally sensitized mice? J. Allergy Clin. Immunol. 121, 456-463 (2008).*
11. Provoost, S. et al. Diesel exhaust particles stimulate adaptive immunity by acting on pulmonary dendritic cells. J. Immunol. 184, 426-432 (2010).*
12. Robays, L. J. et al. Concomitant inhalation of cigarette smoke and aerosolized protein activates airway dendritic cells and induces allergic airway inflammation in a TLR-independent way. J. Immunol. 183, 2758-2766 (2009).*
13. Provoost, S., Maes, T., Joos, G. F. & Tournoy, K. G. Monocyte-derived dendritic cell recruitment and allergic T(H)2 responses after exposure to diesel particles are CCR2 dependent. J. Allergy Clin. Immunol. (2011).Epub*
14. Demoor, T. et al. Role of lymphotoxin-alpha in cigarette smoke-induced inflammation and lymphoid neogenesis. Eur. Respir. J. 34, 405-416 (2009).*
15. Demoor, T. et al. The role of ChemR23 in the induction and resolution of cigarette smoke-induced inflammation. J. Immunol. 186, 5457-5467 (2011).*
16. Manise, M. et al. Cytokine production from sputum cells and blood leukocytes in asthmatics according to disease severity. Allergy 65, 889-896 (2010).*
17. Bachert, C. et al. Presence of IL-5 protein and IgE antibodies to staphylococcal enterotoxins in nasal polyps is associated with comorbid asthma. J. Allergy Clin. Immunol. 126, 962-8, 968 (2010).*
18. Provoost, S. et al. Decreased FOXP3 protein expression in patients with asthma. Allergy 64, 1539-1546 (2009).*
19. Pottelberge, G. R. et al. MicroRNA expression in induced sputum of smokers and patients with chronic obstructive pulmonary disease. Am. J. Respir. Crit Care Med. 183, 898-906 (2011).*
20. Andre, E. et al. Cigarette smoke-induced neurogenic inflammation is mediated by alpha,beta-unsaturated aldehydes and the TRPA1 receptor in rodents. J. Clin. Invest 118, 2574-2582 (2008).
21. Talavera, K. et al. Nicotine activates the chemosensory cation channel TRPA1. Nat. Neurosci. 12, 1293-1299 (2009).*
22. Adcock, I. M., Tsaprouni, L., Bhavsar, P. & Ito, K. Epigenetic regulation of airway inflammation. Curr. Opin. Immunol. 19, 694-700 (2007).*


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