The prevailing view of signal transduction is that it proceeds through the linear relay of information via sequential bimolecular interactions, involving, for example, Src homology (SH) 2 domains. It has been assumed that such interactions are highly selective, i.e. that the affinities of these interactions are several orders of magnitude higher than that for non-specific interactions. However, recent studies have suggested that the difference in affinities between so-called specific and non-specific interactions is not sufficient to support such a proposal. This therefore raises the question of how signalling pathway specificity is generated at all. To address this, we have taken a systems approach by expressing and purifying >90% of the SH2 domains identified in a T cell line using a next-generation sequencing-based transcriptomic analysis, and performed a systematic survey of the interaction of these SH2 domains with a set of potential phosphorylated peptides derived from the key signalling receptors of the T cell (including CD28, CTLA-4, PD-1, ICOS, BTLA, LAT and the CD3 subunits of the TCR complex), using surface plasmon resonance-based binding assays. Our results show that, instead of being highly selective for certain SH2 domains, the T cell-expressed receptors are very cross-reactive, such that each receptor is found to interact with ~50 different SH2 domains on average. In silico analysis based on these results confirms the expectation that affinity itself is not the sole determining factor for receptor specificity. Further exploration of the system using in silico simulations incorporating the absolute concentrations of SH2 domain-containing proteins measured in T cells using a proteomics-based approach, suggests instead that the specificity of SH2 domain recruitment by T-cell receptors is the result of systems effects, with expression levels of the signalling proteins being a major factor. Surprisingly, LCK, the most highly expressed SH2 domain in resting Jurkat, is predicted to dominate the binding of most receptors, suggesting a novel mechanism of Src kinase activation and function.

Το ασβέστιο αποτελεί ένα σημαντικό δεύτερο μήνυμα που ρυθμίζει την ανοσολογική απόκριση. Η αύξηση του ενδοκυττάριου ασβεστίου αυξάνει την παραγωγή της IL-10 στα Τ-λεμφοκύτταρα, αλλά δεν είναι σαφές ποια ενδοκυττάρια μόρια εμπλέκονται σε αυτή τη ρύθμιση. Σκοπός της μελέτης είναι η αποσαφήνιση της συμμετοχής του ασβεστίου στην παραγωγή της IL-10 από Τ-λεμφοκύτταρα και η εντόπιση των πιθανών ενδοκυττάριων στόχων. Ο ρόλος των ενζύμων κλειδιών στην οδό ενεργοποίησης μέσω ασβεστίου καλσινευρίνης και CaM Kinase II μελετήθηκε με χρήση είτε ειδικών αναστολέων, κυκλοσπορίνης και ΚΝ-62 αντίστοιχα, είτε με πλασμίδια που κωδικοποιούν τις καταλυτικές υπομονάδες των ενζύμων καλσινευρίνη και CaM Kinase II. Ανθρώπινα Τ-λεμφοκύτταρα περιφερικού αίματος διεγέρθηκαν με anti-CD3/anti-CD28 (διέγερση μέσω TCR), ή Ionomycin/PMA (ενδοκυττάρια στόχευση Ca++ και PKC) παρουσία ή απουσία των ειδικών αναστολέων. Το πρωτεϊνικό προϊόν της IL-10 μετρήθηκε με ELISA ενώ η παραγωγή mRNA της IL-10 με Real Time PCR. Η ενεργότητα του υποκινητή της IL-10, IL-2, IL-4 παρουσία ή απουσία των ενεργών ενζύμων ελέγχθηκε με διαμόλυνση των κυττάρων με πλασμίδια που φέρουν τον υποκινητή του γονιδίου (1327 bp) ή τμήματα αυτού (-1010, -500, -310, -235, -135 bp Η δράση των ίδιων ενζύμων στην ενεργότητα των μεταγραφικών παραγόντων MEF2, CREB και NF-κB ελέγχθηκε με ταυτόχρονη έκφρασή τους in vivo με πειράματα διαμολύνσεως με πλασμίδια που ελέγχουν την ενεργότητα της λουσιφεράσης υπό τον έλεγχο τους και in vitro σε πυρηνικά πρωτεϊνικά εκχυλίσματα με πειράματα EMSA. Η επίδραση του μεταγραφικού παράγοντα MEF2 στον υποκινητή της IL-10 έγινε μέσω υπερέκφρασης του in vivo σε πειράματα διαμόλυνσης. Η IL-10 ανιχνεύεται 24 ώρες μετά τη διέγερση των κυττάρων, φτάνει στο μέγιστο στις 48 ώρες και μειώνεται μετά τις 72 ώρες. Παρουσία κυκλοσπορίνης η παραγωγή της IL-10 μειώθηκε κατά 80%-100%, ενώ παρουσία ΚΝ-62 η παραγωγή της IL-10 μειώθηκε κατά 70%-90%, σε όλα τα χρονικά διαστήματα στα οποία μελετήθηκε. Τα ποσοστά αναστoλής ήταν ίδια και κατά τους δύο τρόπους διέγερσης. Οταν τα κύτταρα διεγέρθηκαν μέσω TCR και του συνδιεγερτικού μορίου CD28, η αναστολή των παραπάνω ενζύμων δεν επηρεάζει την συσσώρευση του mRNA της IL-10, υποδηλώνοντας ότι η ρύθμιση γίνεται σε μεταγενέστερα της μεταγραφής στάδια, επηρεάζοντας πιθανά τη σταθερότητα του mRNA ή το ρυθμό μετάφρασής του. Όταν ο τρόπος διέγερσης των κυττάρων παρέκαμπτε τον TCR τότε η ελάττωση της παραγωγής της IL-10 αντανακλούσε και σε επίπεδο mRNA. Η ενεργοποίηση του υποκινητή της IL-10 που παρατηρείται μετά από διέγερση με ΙON/PMA και CD3/CD28 αυξήθηκε κατά 5 και 3 φορές αντίστοιχα σε Τ λεμφοκύτταρα τα οποία είχαν διαμολυνθεί με τις ενεργές μορφές των ενζύμων καλσινευρίνη και CaM Kinase II σε σχέση με τα κύτταρα τα οποία είχαν διαμολυνθεί μόνο με το όχημα pSRa. Η δράση της CaM Kinase II είναι εκλεκτική για τον υποκινητή της ΙL-10 εφόσον το ίδιο ένζυμο μειώνει την δραστικότητα του υποκινητή τόσο μιας άλλης Th2 κυτταροκίνης όπως η IL-4 όπως επίσης και της IL-2, ενώ η καλσινευρίνη έχει θετική επίδραση στους υποκινητές και των τριων κυτταροκινών. Το τμήμα του υποκινητή της IL-10 που επηρεάζεται από τα προαναφερθέντα ένζυμα καλσινευρίνη και CaM Kinase II βρίσκεται στις πρώτες 500 bp πριν το TATA box, και περιέχει σημεία πρόσδεσης των μεταγραφικών παραγόντων MEF-2, CREB και NFκΒ όπως ελέγχθηκε με το πρόγραμμα Consite. Η in vitro δραστικότητα του MEF-2 σε πυρηνικά εκχυλίσματα διεγερμένων Τ-λεμφοκυττάρων μειώθηκε κατά 50% παρουσία των αναστολέων της καλσινευρίνης και της CaM Kinase II ενώ η ενεργότητα του αυξήθηκε μετά από υπερέκφραση της CaM Kinase II. Αντίθετα η ενεργότητα τόσο του μεταγραφικού παράγοντα CREB όσο και του NFκB μειώθηκε παρουσία της CaM Kinase II, γεγονός που υποδεικνύει τον MEF2 ως ενδοκυττάριο στόχο της ασβεστιοεξαρτώμενης οδού ενεργοποίησης στη ρύθμιση της παραγωγής της IL-10 από ανθρώπινα T λεμφοκύτταρα. Το γεγονός ότι η υπερέκφραση του MEF2D σε Τ-λεμφοκύτταρα αύξησε την ενεργότητα του υποκινητή της IL-10 αποδεικνύει ότι είναι ένας σημαντικός παράγοντας στη ρύθμιση της παραγωγής της. / Calcium is a second messenger playing a crucial role in the signal transduction which controls the immune response, while IL-10 is considered to be an important regulator of this response. Elevation of intracellular concentration of calcium has been shown to increase IL-10 production. The aim of this study was the elucidation of the role of calcium in IL-10 production by normal T lymphocytes, a mechanism that remains unclear. Fresh Human Τ-lymphocytes derived from PBMC of healthy donors where stimulated with anti-CD3/anti-CD28 or Ionomycin/PMA, in the presence or absence of the specific inhibitors of calcineurin and CaM Kinase II, CsA and KN-62 respectively while there were used plasmids coding the catalytic subunits of calcineurin and CaM Kinase II. The protein product of IL-10 was measured by ELISA, the production of IL-10 mRNA by Real Time PCR. The activity of IL-10 promoter was measured by luciferase reporter assay, after transfection of cells with plasmids carrying the wild type promoter (1327bp) or promoter fragments (constructs of -1010, -500, -310, -235, -135bp).Similarly, we studied the activity of IL-2 and IL-4 promoter The presence of binding sites of transcription factors in the first 500bp of the IL-10 promoter, was validated using the web-based program CONSITE The activity of MEF2 NF-kB and CREB was investigated independently with transfection experiments using plasmids containing the lusiferase reporter under the control of the transcription factors.. Binding of the transcription factor MEF2 was investigated in nuclear extracts of stimulated human T cells with EMSA experiments, whilw his effect on IL-10 promoter was determined through transfecrtion experiments, using a MEF2D plasmid. IL-10 production reaches its peak at 48 hours and it is diminished after 72 hours. We observed a 80-100% reduction of IL-10 production in the presence of CsA and a 70-90% reduction in the presence of KN-62. The inhibition was the same regardless the way of stimulation. When the cells are stimulated through TCR and costimulatory molecule CD28 the inhibition of calcineurin and CaM Kinase II does not affect mRNA accumulation, suggesting that the mechanism of regulation is post-transcriptional, possibly through changes in mRNA stability or through different translation rate, while when cells are Ion/PMA stimulated the reduction of IL-10 protein is also observed at the mRNA level. The induction of IL-10 promoter observed after Ion/PMA stimulation and CD3/CD28 is 3 and 5-fold increased in T cells transfected with the active forms of the enzymes calcineurin and CaM Kinase II. The effect of CaM Kinase II is selective only for the Il-10 promoter, as the same enzyme decreases the activity of IL-2 and IL-4 promoter, while Calcineurin has the same effect on all three promoters. The part of the promoter of IL-10 that shows to be affected by the previously mentioned enzymes is the first 500 bp after the TATA box. This part contains binding sites for the transcription factors MEF-2 and CREB, as validated by the web-based program Consite. The binding of MEF2 to nuclear extracts of stimulated T cells is reduced by 50% in the presence of CsA and KN-62, while his activity is induced in t cells transfected with CaM Kinase II. On the contrary, CREB and NF-kB activities are reduced in the presence of CaM Kinase II, a fact indicating MEF2 as an impotant transcription factor for the regulation of IL-10 production. This is also shovn by the fact that overexpression of MEF2D in T cells increases the activity of IL-10 promoter.

T cells are an essential part of the adaptive immune system and protect the body from intracellular infections. The specificity with which αßTCR-bearing T cells recognize cognate antigen presented on MHC molecules is paramount to maintaining the balance between mounting effector functions against pathogens and establishing peripheral tolerance to self. The mechanism by which T cells translate qualitative differences in TCR:pMHC binding to sensitive proximal signalling events which ultimately result in specific Tcell effector responses to infected cells but not to self is mostly unknown. To address how T cell signalling responds to qualitative differences in TCR triggering by pMHC, I established a system of stimulating T cells bearing the 1G4 TCR specifically in vitro with a panel of four NY-ESO-1_156-165 peptide variant MHC tetramers. Single amino acid substitutions to the NY-ESO-1_156-165 peptide conferred a maximum 35-fold difference in the monomeric affinity for the 1G4 TCR. The system allows the highly controlled investigation of very rapid TCR proximal signalling events simultaneously and quantitatively using flow cytometry. Stimulations with pMHC tetramers showed rapid sensitive sequential signalling responses which were able to confer ligand discrimination. Very early signalling events such as CD3ζ phosphorylation showed analogue responses to the different affinity pMHC tetramers. Later signalling events including phospho-ERK showed a distinct on/off switch-like response. The amplitude of the very early analogue signalling responses determined the extent of later digital ERK signals. This indicates that a certain analogue signalling threshold must be passed to result in T cell activation. The thymocyte protein Themis has been shown proximal TCR signalling to modulate thymocyte selection thresholds. Its deletion results in profound defects in positive thymocyte selection. Themis locates to the LAT signalosome of the TCR signalling cascade via Grb2, yet its molecular function is unknown. Employing the system I established, I demonstrate that Themis-k/d cells show increased levels of CD3z-chain phosphorylation, phospho-ERK signalling and signal-induced apoptosis which was independent of the ERK signal. This shows that Themis is a global attenuator of proximal TCR signalling. We are currently investigating possible associations of Themis to proteins phosphastases such as SHP-1 which could attenuate TCR proximal protein tyrosine signalling events.

Notre équipe s’intéresse à la différenciation des cellules souches hématopoïétiques (CSH) vers la lignée des lymphocytes T. Contrairement aux autres lignées sanguines, qui se développent dans la MO, les progéniteurs des lymphocytes T doivent terminer leur différenciation dans le thymus. Ma thèse a un double objectif: 1) caractériser les progéniteurs candidats à la reconstitution T pour établir leur contribution à celle-ci et 2) identifier les stades initiaux de la reconstitution T. Nous avons mis en évidence que seul le progéniteur multipotent au stade 3 (MPP3 : Lin- Sca1+ c-Kit+ VCAM1- Flt3+) et le progéniteur commun lymphoïde (CLP : Lin- Sca1lo c-Kitlo IL7Ra+ Flt3-) circulent dans le sang. De plus, nos résultats montrent que les gènes impliqués dans l’engagement T et dans la migration thymique sont uniquement exprimées par la population MPP3 circulante. Cette population est la plus compétente pour générer des précurseurs T (pré-T). Au contraire, les CLPs sont plus efficaces pour la production de différents types de cellules B de la rate. Par la suite, mon projet a consisté à déterminer la proportion de progéniteurs contribuant à la reconstitution T. En effet, le thymus peut être colonisé par différents progéniteurs (LMPP, Lymphoid-primed Multipotent Progenitors, et CLP), mais leur contribution dans la différenciation T reste inconnue et est sujet à controverse. Nous avons utilisé une stratégie innovante pour suivre les progéniteurs avec une séquence d’ADN ou Code Barre (CB) intégrée dans le génome par un vecteur viral. Les résultats préliminaires indiquent qu'une forte fréquence de CBs en provenance de la population LMPP est retrouvée dans le compartiment T thymique. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés à élucider le premier stade de différenciation T dans le thymus et l’identité cellulaire et moléculaire des premiers migrants thymiques pour comprendre le délai de génération de ce compartiment. La population thymique la plus immature (TN1 : Lin- CD44+ CD25+) présente différentes sous-population selon l’expression de c-Kit et de CD24 chacune de ces différentes populations TN1 pourrait participer à cette reconstitution T. Leur analyse moléculaire montre deux lignées cellulaire selon l’expression de Pu1, dans les TN1 c-Kit+, et de Cd3e, dans la sous-population TN1e (CD24- c-Kit-). En parallèle, pour éclaircir le processus d’engagement des cellules T, ces sous-populations de TN1 ont été étudiées dans différentes conditions de reconstitution : une reconstitution endogène suite à une irradiation sub-létale et une exogène après greffe de MO. Nos résultats permettent de préciser les caractéristiques, propres aux progéniteurs thymiques au stade TN1, qui leur confèrent des compétences à se différencier et à proliférer plus efficacement. Après irradiation ou greffe de MO, le compartiment TN1 est constitué de cellules à faible capacité proliférative. Le thymus en état de reconstitution génère tout d’abord des cellules présentatrice d’antigène (APC) puis les cellules T. Ces deux points suggèrent que les cellules à faible capacité proliférative seront plus aptes à générer des cellules APC plutôt que des cellules T. Il reste à déterminer quel environnement thymique permet le maintien des cellules à faible capacité proliférative, notamment, par rapport à l’expression de Delta-4, de l’IL7 et du ligand c-Kit. Cela va permettre l'identification de facteurs favorisant leur induction et leur expansion. Il nous semble aussi intéressant d’étudier la contribution de la population à faible capacité proliférative, TN1 CD24- c-Kit-, dans la différenciation T. / Within the hematopoietic system, hematopoietic stem cells (HSCs) are the only cells with the functional capacity to give rise to all blood lineages and to self-renew for life. These properties and the ability of HSCs to engraft conditioned recipients permitted to apply these cells in regenerative medicine. Like all blood lineages, T cells develop from bone marrow HSC. However, T lineage development requires many weeks, three separate anatomical sites (bone marrow, blood and thymus), many environments and the loss of multiple alternative lineage potentials. Many questions remain to be clarified during this process: do all progenitors have an intrinsic feature of T cell development ? How does this intrinsic potential express ? How the bloodstream contributes to the T cell development ? Which BM progenitor contributes to T cell reconstitution ? What are the characteristics of T cell reconstitution ? We have shown that only the multipotent progenitor in stage 3 (MPP3: Lin- Sca1+ c-Kit+ VCAM1- Flt3+) and a subset of the common lymphoid progenitor (CLP Flt3-: Lin- Sca1lo c-Kitlo IL7Ra+ Flt3-) circulate in the blood. Moreover, our results show that T cell engagement and thymic migration genes are modulated in the circulation, especially up-regulated in the MPP3 circulating subset. This population present a T cell intrinsic potential and is the most competent to generate precursors T (pre-T). On the contrary, CLPs subsets are more efficient for the production of different B cells. Lymphoid primed multipotent progenitor (LMPP, MPP Flt3+) and CLP subsets' respective contributions to the T cell pathway are still being hotly debated. Multiple progenitors in BM have been shown to possess T lineage potential when placed in the thymus. However, it is unlikely that all of them contribute physiologically to thymopoiesis. It was claimed that CLPs are the earliest lymphoid committed progenitor from which B and T lineage cells arise. However, the concept that the CLP is the progenitor population through which all T lymphocytes are derived has been challenged. More specifically, which BM progenitor contribute to the T cell reconstitution ? In order to answer this question, we used an innovative strategy to follow the progenitors with a DNA sequence or Barcode (BC) integrated into the genome by a viral vector. Preliminary results indicate that a high frequency of BCs from the LMPP population is found in the T cell lineage. Finally, we characterized the first stage of T cell differentiation in the thymus by a cellular and molecular asses. We show that the most immature thymic population (TN1: Lin- CD44+ CD25+), at the molecular level, contain two separate lineages, detected by Pu1 (TN1a and b) or CD3e (TN1e) gene expression. In order to clarify the process of T-cell involvement, these TN1 subsets have been studied under different reconstitution conditions: endogenous reconstruction following sub-lethal irradiation and exogenous after bone marrow (BM) graft. In these conditions, the TN1 compartment presents cells with low proliferative capacity and that antigen presenting cells (APC) are the first mature population and thus T cells are generated in second place. These two points suggest that cells with low proliferative capacity will be more apt to generate APC cells rather than T cells. It remains to be determined which thymic environment permits the maintenance of cells with a low proliferative capacity, in particular, with respect to the expression of Delta-4, IL7 and the c-Kit ligand. This will allow the identification of factors favoring their induction and their expansion. It also seems interesting to study the contribution of the population with low proliferative capacity, TN1 CD24- c-Kit-, in the T cell differentiation.

Les lymphocytes T régulateurs (Tregs) jouent un rôle dans la grossesse précoce, localement dans l'utérus et de façon systémique, dans les organes lymphoïdes secondaires et dans le sang. Dans le tissu utérin, j'ai identifié une nouvelle population de Tregs effecteurs-mémoire résidant dans le tissu (uregTrm). Avant la grossesse, uregTrm ont un profil transcriptionnel et un phénotype unique en réponse au micro-environnement utérin. Au début de la grossesse, les uregTrm prolifèrent et expriment de nouveaux gènes impliqués dans des fonctions trophiques telles que le remodelage de la matrice extracellulaire, l'hypoxie et la vasculogenèse. La fonction trophique d'uregTrm a été comparée aux mécanismes développés par les Tregs dans l’infiltrat tumoral de mélanome. Dans les organes lymphoïdes secondaires et le sang, les Tregs en circulation contribuent à une grossesse réussie en favorisant la tolérance materno-foetale. Nous avons montré que ces Tregs orchestrent la régulation des réponses immunitaires dans l'utérus. En outre, les Tregs agissent en trois étapes. Tout d'abord, uregTrm et les Tregs des ganglions lymphatiques drainants auto-spécifiques contrôlent rapidement une réponse auto-immune qui aurait pu être déclenchée par la libération de débris cellulaires en raison de la prolifération de l'endomètre. Deuxièmement, uregTrm contribuent au besoin de remodelage du tissu utérin pour la placentation. Dans un troisième temps, accompagnant l'augmentation de la masse foetale, les Tregs inductibles aident à contrôler la réponse immunitaire anti-foetale. Ceci met en évidence la spécialisation des Tregs dans les tissus et souligne l’importance des Tregs pendant la grossesse et la pathologie. / Regulatory T cells (Tregs) play a role during early pregnancy locally in the uterus and systemically, in the secondary lymphoid organs and blood. In the uterine tissue, I identified a novel population of tissue-resident effectors-memory regulatory T cells (uregTrm). Before pregnancy, uregTrm have a unique transcriptional profile and phenotype in response to the uterine microenvironment. During early pregnancy, uregTrm expand and express new genes implicated in trophic functions such as extracellular matrix remodeling, hypoxia and vasculogenesis. uregTrm trophic function was compared to the mechanisms developed by Tregs from melanoma tumour infiltrate. In the secondary lymphoid organs and blood, circulating Tregs contribute to successful pregnancy by promoting maternal-fetal tolerance. We showed that these Tregs orchestrate down regulation of immune responses in the early pregnant uterus. Besides, Tregs act in three stages. First, self-specific uregTrm and draining lymph nodes Tregs rapidly contain an autoimmune response that could have been triggered by release of cell debris due to the endometrium tissue high proliferation. Second, uregTrm contribute to the increased need of uterine tissue remodeling for placentation. In a third stage, accompanying the fetal mass increase, inducible Tregs help to control the anti-fetal immune response. This further highlights the specialization of Tregs in tissues and underline the relevance of Tregs during pregnancy and disease.

La réponse immunitaire humorale désigne l’ensemble des processus menant à la production d’anticorps suite à une stimulation du système immunitaire. Les lymphocytes T folliculaires régulateurs (Tfr) forment une population essentielle dans le contrôle de l’immunité humorale. Dotés de fonctions régulatrices comme les lymphocytes T régulateurs conventionnels (Treg), les Tfr joueraient un rôle majeur dans les mécanismes de régulation de la production d’anticorps suite à une stimulation. Ils pourraient, par exemple, contrôler l’aide apportée par les lymphocytes T folliculaires helpers (Tfh) aux cellules B leur permettant de se différencier en plasmocytes producteurs d’anticorps dans une structure hautement spécialisée appelée centre germinatif (CG). Suite au constat de la non-réponse des Tfr à l’interleukine (IL)-2, nous avons observé l’absence d’expression de la sous-unité du récepteur à l’IL-2 (CD25) sur ces cellules et ainsi donné de nouvelles bases à la caractérisation phénotypique des Tfr. Cette redéfinition restrictive de la population cellulaire a permis une description plus approfondie de ces cellules et la découverte d’un axe de régulation du CG dépendant de l’IL-1ß. La dualité de régulations observée entre d’une part l’axe Treg - lymphocytes T effecteurs contrôlé par l’IL-2 en dehors du CG et d’autre part l’axe Tfr - Tfh contrôlé par l’IL-1ß dans le CG nous a amenés à nous poser la question de l’origine et de la spécificité des Tfr en partie élucidée par une analyse du répertoire de ces populations. Nous avons mis en évidence une similarité en matière de distribution et caractéristiques globales des répertoires des cellules folliculaires qu’elles soient régulatrices (Tfr) ou non (Tfh). Il est également apparu une proximité de spécificités entre le répertoire des Treg et des Tfr confortant l’hypothèse d’une origine commune de ces deux populations. Ce travail de thèse a permis la découverte d’éléments importants de la biologie des Tfr, population impliquée dans le contrôle des régulations humorales. Il ouvre des perspectives relatives au contrôle de la production d’anticorps tant sa limitation - dans le contexte de maladies auto-immunes - que son exploitation dans le développement de stratégies vaccinales. / The immune humoral response offers the organism an efficient protection through the production of antibodies following an immune stimulation. Follicular regulatory T cell (Tfr) is an essential subset in the control of humoral immunity. These cells share with conventional regulatory T (Treg) cells regulatory functions and should play a major role in the control of antibody production following stimulation. As T follicular helper (Tfh) cells help is essential in the differentiation of B cell into antibody-producing plasma cells, one of the possible mechanisms of Tfr’s control could be the limitation of the Tfh cells’ help to the B cells. As a consequence of the non-response of Tfr cells to interleukin (IL)-2, we thoroughly revealed the CD25- phenotype of Tfr cells thus redefining the subset. This stringently-selected population allowed a fine-tuned characterization of Tfr cells and the discovery of an IL-1β axis regulating the germinal center responses. The dual regulation of T cells in secondary lymphoid organs, one between Treg and Teff cells regulated by IL-2 outside germinal centers and the other between Tfh and Tfr cells regulated by IL-1 inside GCs brought us to question the origin and specificity of Tfr cells. We partially answered this with a high-resolution analysis of these populations’ repertoires. We highlighted a similarity in the distributions and global characteristics of the follicular cells’ repertoires regardless their regulatory (Tfr) or not (Tfh) phenotype. We also brought out the major sharing between Treg and Tfr repertoires underpinning the hypothesis of a common origin for these populations. This work has disclosed important aspects of Tfr cells’ biology, a fundamental subset in the control of humoral immune responses. It opens many perspectives including the control of antibody production, negatively in the context of autoimmune diseases or its positive exploitation to enhance vaccine efficacy

Les cellules iNKT (de l’anglais invariant Natural Killer T) constituent un sous-type particulier de lymphocytes T caractérisé par un profil de type inné. Ces cellules répondent rapidement à des antigènes lipidiques et glycolipidique présentés par le CD1d, une glycoprotéine exprimée par les différentes cellules présentatrices d'antigène. Suite à l’activation, les cellules iNKT sont capables de produire de grandes quantités de cytokines anti-inflammatoires et pro-inflammatoires et elles sont impliquées dans différentes maladies, telles que l'allergie, l'auto-immunité, le cancer et les infections, parmi lesquelles la leishmaniose. Les parasites protozoaires de les espèces Leishmania sont les agents causaux de la leishmaniose, une maladie tropicale négligée dont la manifestation la plus grave affecte les organes viscéraux et qui peut être mortelle si elle n'est pas traitée. Le succès de l'infection dépend de la capacité du parasite à maitriser la réponse immunitaire de l'hôte. Récemment, quelques groupes, y compris le nôtre, ont observé que les parasites Leishmania libèrent des vésicules extracellulaires (VE). Les VE sont formées par une bicouche membranaire lipidique, contenant des lipides, des protéines et du matériel génétique et elles peuvent transmettre des molécules dérivées des pathogènes aux cellules hôte sans contact direct entre les cellules. Les VE produites par les parasites Leishmania et aussi par d’autres protozoaires ont été associés à des effets pro-parasite car elles favorisent un environnement plus permissif à l'établissement de l'infection. Dans cette thèse, nous avons étudié l'effet du matériel extracellulaire (ME), correspondant aux VE et aux molécules non-associées aux VE, libéré par les promastigotes de L. infantum sur les cellules iNKT. Dans le début de ce travail, il a été observé que le ME de L. infantum empêche l'expansion ex-vivo des cellules iNKT humaines à partir de cellules mononucléaires du sang périphérique. Cela a mis en évidence la communication entre les cellules iNKT et le ME de L. infantum, ce qui a été exploré par la suite. Le ME de L. infantum module la capacité très importante des cellules iNKT à produire des cytokines. En effet, le ME de L. infantum empêche la production des différentes cytokines par les cellules iNKT, comme par exemple IL-4 et IFNγ. De plus, nous avons aussi démontré que le ME de L. infantum compète avec l’α-GalCer, un agoniste très puissant des cellules iNKT, pour la liaison à la molécule CD1d, ce qui justifie l’effet inhibiteur dans l'activation des cellules iNKT. Nous avons aussi montré que les lipides qui sont présents dans chaque fraction du ME de L. infantum ont un rôle très important dans l’inhibition de l'activation et l'expansion des cellules iNKT. Ainsi, le ME de L. infantum, par ces lipides, peut participer à l’altération de l’activation des cellules iNKT dépendante du CD1d. Cela ajoute une nouvelle évidence de la contribution du ME de L. infantum dans la subversion de la réponse immunitaire de l’hôte. La communication entre le ME libéré par un pathogène et les cellules iNKT a été étudié pour la première fois, ce qui a suggéré un mécanisme de modulation de ces cellules qui n’avait jamais été décrit. Ce travail ouvre des perspectives pour l'étude de l'interaction de ME libéré par d'autres pathogènes avec des cellules iNKT. De plus, l'analyse des lipides contenus dans le ME de L. infantum pourra aboutir à la découverte de nouvelles molécules spécifiques pour inhiber les cellules iNKT. Cela apporterait des avantages significatifs dans les approches cliniques ciblant la modulation de l'activation des cellules iNKT. / The invariant natural killer T (iNKT) cells constitute a particular subset of T lymphocytes characterized by an innate-like profile. These cells rapidly respond to lipid and glycolipid antigens bound by the glycoprotein CD1d expressed by different antigen presenting cells. Once activated, they release large amounts of anti- and proinflammatory cytokines. Thus, iNKT cells are endowed with a remarkable immunomodulatory potential and they have been implicated in different disorders, such as allergy, autoimmunity, cancer and infection, among which is leishmaniasis. Leishmania spp. are a group of protozoan parasites that includes the causative agents of leishmaniasis. This is a neglected tropical disease in which the most severe form of manifestation affects visceral organs and could be fatal if left untreated. Importantly, the success of Leishmania infection relies on the capacity of the parasite to subvert host immune responses. Recently, a few groups, including ours, observed that Leishmania parasites release extracellular vesicles (EVs). EVs are vesicles formed by a lipid bilayer membrane, containing other lipids, proteins and genetic material on their surface as well as in their lumen. Due to their potential to transmit messages between pathogens and host cells without a direct cell contact, they have been a focus of great interest regarding infection. EVs derived from Leishmania and other protozoan parasites have been associated with pro-parasite effects, by creating a more permissive environment to the establishment of the infection. Herein, we studied the effect of the extracellular material (ExM), which encloses both EVs and vesicle-depleted material, released by L. infantum promastigotes in iNKT cells. In the first steps of this work, it was observed that L. infantum ExM is capable of impairing the expansion of human iNKT cells ex vivo from peripheral blood mononuclear cells. This evidenced the cross-talk between iNKT cells and L. infantum ExM that we explored further. L. infantum ExM also modulates the important capacity of iNKT cells to release cytokines, impairing the production of different cytokines, such as IL-4 and IFNγ by these cells. Furthermore, we also show that L. infantum ExM competes with α-GalCer, a potent iNKT cell agonist, for CD1d binding, which justifies its effect in the impairment of iNKT cell activation. Additionally, we also proved the lipids present in each fraction of L. infantum ExM take an important role in the inhibition of iNKT cell activation and expansion. Thus, L. infantum ExM, through their lipids, is suggested to participate in the impairment of CD1d-mediated activation of iNKT cells, adding a new evidence regarding the contribution of the parasite ExM to subvert host immune responses. To the best of our knowledge, this is the first time that the cross-talk between the ExM released by a microbe and iNKT cells was assessed, shedding light on a mechanism of iNKT cell modulation that remained unexplored so far. This opens new perspectives regarding the study of the interaction of the ExM released by other pathogens with iNKT cells. Moreover, a further analysis of the lipid content of L. infantum ExM might allow the finding of new inhibitory molecules specific to iNKT cells, which can bring significant advantages in clinical approaches targeting the modulation of iNKT cell activation.

Les cellules T folliculaires helper (Tfh) jouent un rôle central dans la mise en place de réponses humorales efficaces. En effet, les Tfh participent à la sélection des lymphocytes B permettant le développement de lymphocytes B mémoires et d’anticorps de haute affinité. Les Tfh représentent ainsi une cible prometteuse pour la mise en place de nouvelles stratégies thérapeutiques, notamment pour augmenter l’efficacité de la vaccination. Ainsi, il apparaît crucial de mieux comprendre les étapes menant à leur développement, en particulier chez l’Homme. L’initiation de la polarisation Tfh se déroule dans les organes lymphoïdes secondaires et met en jeu les cellules myéloïdes mononucléaires (MMC). Les MMC présentes dans les organes lymphoïdes comprennent les macrophages résidents et trois sous populations de DC résidentes : les cDC1 (CD141+), les cDC2 (CD1c+) et les pDC. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés au rôle respectif des sous populations de MMC humaines dans l’induction de la polarisation Tfh. Ainsi, les travaux effectués au cours de ma thèse avaient pour objectifs dans un premier temps d’analyser la capacité des différentes populations de MMC à induire la polarisation Tfh, afin de mettre en évidence de potentielles spécialisations fonctionnelles. Dans un second temps, nous nous sommes concentrés sur les mécanismes moléculaires impliqués dans l’induction par les MMC de la polarisation Tfh. Nous avons montré une spécialisation fonctionnelle des cDC2 et des macrophages des amygdales pour la polarisation Tfh. Toutefois, des différences ont été observées entre les cDC2 et macrophages, puisque les macrophages induisent la sécrétion par les lymphocytes T d’une grande quantité de CXCL13 par rapport au cDC2, qui sont plus efficaces pour induire la production d’IL21. Nous avons pu également montrer que les cDC2 et macrophages sécrétaient des cytokines précédemment identifiées comme ayant un rôle dans l’induction des Tfh telles que IL12p70, ActivinA et TGFβ. Afin de confirmer le rôle de ces cytokines dans la polarisation induite par les MMC d’amygdales, nous avons utilisé des anticorps bloquants dans nos expériences de polarisation T helper. Ainsi, nous avons confirmé le rôle de l’IL12p70, de l’Activin A et du TGFβ dans l’induction des Tfh humains. Nos résultats suggèrent également un rôle de l’Activin A et de TGFβ dans l’induction de la sécrétion de CXCL13, alors que l’IL12p70 serait impliqué dans l’induction de la sécrétion d’IL21. Nos résultats suggèrent aussi l’existence de deux sous populations de Tfh caractérisées soit par l’expression d’IL21 soit par l’expression de CXCL13. Les travaux réalisés au cours de ma thèse enrichissent ainsi les connaissances sur la spécialisation fonctionnelle des sous populations de DC et des macrophages humains, et apportent de nouveaux éléments pour la compréhension de la différenciation des Tfh humains. / T follicular helper cells (Tfh) play a key role in the establishment of efficient humoral responses. Indeed, Tfh are involved in B lymphocyte selection allowing the development of high affinity memory B cells and antibodies. Tfh are promising targets for new therapeutic strategies, especially to increase the effectiveness of vaccination. Thus, it is crucial to better understand the stages leading to their development, especially in human. Initiation of Tfh polarisation occurs in secondary lymphoid organs and involves mononuclear myeloid cells (MMC). MMC from secondary lymphoid organs include resident macrophages and three subsets of resident Dendritic Cells (DC): cDC1 (CD141+), cDC2 (CD1c+) and pDC. We were particularly interested in human MMC subsets respective roles in the induction of Tfh polarisation. Thus, the work carried out during my thesis aimed first at analysing the ability of different populations of MMC to induce Tfh polarisation, in order to highlight potential functional specialisations. In a second step, we focused on the molecular mechanisms involved in Tfh polarisation by MMC. We have shown a functional specialisation of cDC2 and tonsillar macrophages for Tfh polarisation. However, differences have been observed between cDC2 and macrophages, since macrophages induce secretion by T cells of a large amount of CXCL13 compared to cDC2, which are more effective in inducing IL21 production. We have also been able to show that cDC2 and macrophages secreted cytokines previously shown to play a role in Tfh induction such as IL12p70, ActivinA and TGFβ. In order to confirm the role of these cytokines in Tfh polarisation induced by tonsil MMCs, we used blocking antibodies in our T helper polarisation experiments. Thereby, we confirmed the role of IL12p70, Activin A and TGFβ in the induction of human Tfh. Our results also suggest a role for Activin A and TGFβ in inducing secretion of CXCL13, whereas IL12p70 would be involved in the induction of IL21 secretion. Besides, our results suggest the existence of two Tfh subsets characterised by expression of either IL21 or CXCL13. The work performed during my thesis broadens the knowledge on the functional specialisation of human DC subsets and macrophages, and provides new insight into the differentiation of human Tfh.

This work investigates the mechanisms of binding of T cell receptors (TCRs) to Class I MHC-peptide complexes (pMHC). The structure of a TCR specific for the Melan-A tumour antigen bound to its cognate pMHC was solved to a resolution of 2.5 Å which gives insight into how this TCR could be mutated to optimize binding and subsequently used as a cancer vaccine. Detailed sequence and geometric analyses of all currently available structures of Class I TCR-pMHC complexes revealed that TCRs can bind to pMHC with a range of orientations, yet always focus on the central portion of the peptide and use a specific subset of six residues on the MHC helices for binding. The most striking finding was the use of aromatic residues in the TCR CDR loops to bind to residue Q155 on the MHC α2 helix. Attempts were also made to express and purify Toll-like receptors (TLRs) with the aim of solving one or more of these structures. However, despite testing of over 50 different constructs from 12 different TLRs or associated proteins, insufficient soluble protein expression was obtained for crystallization trials. Finally, a protein disorder prediction tool was developed to aid construct design for structural biology studies and improve the chances of obtaining protein crystals. This tool is based on a novel type of neural network and blind tests comparing it to 8 other disorder prediction tools showed it is one of the best in the field. It is freely available at www.strubi.ox.ac.uk/RONN. Analysis of large datasets revealed that the position of order/disorder transitions is quite precisely defined in amino-acid sequences and that transition regions have an amino acid composition distinct from that of bulk ordered and disordered sequences. There is a steady decrease in order-promoting residues on the ordered side of boundaries as well as a weak sequence signal, both of which signify the approaching disorder and may prove useful for improving existing disorder prediction tools.

L’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH) est un traitement standard pour hémopathies bénigne ou malignes et immunodéficience primaire. Cependant, sauf le GvHD et la rechute de la maladie, l’infection microbiologique notamment l’infection virale est la complication fréquente des allogreffes qui est souvent responsable de la morbidité et la mortalité. Ces infections surviennent souvent en l’absence de reconstitution immunitaire. Les traitements médicamenteux anti-viraux qui ne sont pas toujours efficace et avec une toxicité non inégligeable. Donc le traitement prometteux est l’immunothérapie cellulaire notamment celui-ci avec l’injection de lymphocytes T spécifiques anti-viraux (VSTs). A UTCT, la production de VSTs-ADV a été mis au point depuis 2010 et une protocole clinique avec VSTs-ADV est en cours. Donc mon travail est s’inscrit dans ce thème pour produire les VSTs-EBV afin de proposer une protocole clinique. Comme les lymphocytes T ont plusieurs sous-populations, chaque sous-population présente des caractères différentes et leur efficacité en immunothérapie est limité par leur caractère. Notamment avec la découverte de Lymphocytes T mémoire à cellules souches (TSCM) qui joue un rôle très important en immunothérapie anti-cancéreux ou anti-viraux, nous nous intéréssons à étudier la compostion de sous-populations de VSTs. A la fin, c’est toujours avantageux de produire le VSTs contre deux ou plusieurs virus simutanément avec une économie financielle et personnelle. Nous voulons produire le VSTs bispécifique. Dans ce travail, premièrement, nous montrons le résulat de la mise au point de la production de VSTs-EBV de grade clinique qui est confromé à la réglémentation européenne. 6 productions ont été réalisées avec un antigène synthétique préablement défini qui est compatible avec utilisation clinique. In vitro, ces VSTs-EBV montre une spécificité, efficacité et non toxicité. Deuxième, nous illustrons nos résulats sur l’étude déscriptive de sous-populations de VSTs-ADV et CMV. D’abord nous montrons la distribution de sous-populations de VSTs chez les donneurs saints (avant la séléction), puis nous analysons la distribution après séléction immunomagnétique et aussi après expansion in vitro avec cytokine IL-2. A la fin, nous montrons nos résultats préliminaires sur les 3 productions de VSTs bispécifique anti-ADV et anti-EBV. Et nous les comprarer avec les VSTs monospécifique au niveau de qualité de production et spécificité, efficacité et toxicité in vitro / Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is the standard treatment for malignant or non-malignant hematological disorders or primary immunodeficiencies. However, microbiological infections especially viral infections are the major cause for morbidity and mortality for the patients after HSCT except the GvHD and disease relapse. It comes often in the period of absence of cellular immunity when the antiviral treatment is not always efficiency with an important toxicity. So the alternative treatment is adoptive cellular immunotherapy by infusion of virus specific T cells (VSTs) which has been shown efficacy in virus infections control after HSCT. In UTCT, they have produced the VSTs-ADV with a good procedure conforming to the European laws for clinical use and a clinic trial is in processing. So my work was to produce the VSTs-EBV with the same model aiming to promote a clinic trial in future. Furthermore, there are several subsets of T lymphocytes. Each subset has their own unique feature which decides their efficacy in viral infection control. Especially the discovery of stem cell like memory T cells (TSCM) with an important self-renewed ability which is critical in successful immunotherapy in viral infection or tumor control inspire us to study the distribution of subsets for VSTs. Finally, it’s advantageous to produce the VSTs targeted two or more virus in the same time with one production which is more economical. So we are interested in producing the VSTs bi-specific to ADV and EBV. Here, we present firstly our results of six production of VSTs-EBV with a synthesized antigen which is compatible with clinic use and is defined in advance. Also the specificity, efficiency in eliminating the virus and the non toxicity with a weak alloreactivity are confirmed in vitro after a short-term cell culture with IL-2. Then we showed the results obtained with the T cell subset study in producing the VSTs-ADV for clinical trial and VSTs-CMV for validation of clinical grade medium TEXMACS for cell culture in producing the VSTs. We describe the distribution of T cell subsets in healthy donors (Before selection), also after selection and after expansion in vitro with IL-2. Finally, we present the preliminary results of producing the VSTs bi-specific with three donors, in total 3 VSTs-ADV, 3 VSTs-EBV and 3VSTs-ADV/EBV are generated. The comparison between the bi-specific VSTs and mono-specific VSTs in aspect of specificity, efficiency to eliminate the viral infection and toxicity of presenting the alloreactivity in vitro showed advantage to produce the bi-specific VSTs with one selection in keeping the same specific, efficiency and weak toxicity as mono-specific VSTs