La sclérose en plaques (SEP) est une maladie autoimmune inflammatoire et neurodégénérative du système nerveux central (SNC) chez le jeune adulte résultant d’une altération ciblée de la myéline. Les premiers symptômes de la SEP sont une détérioration cognitive, des vertiges, des douleurs, de la fatigue et une perte de la vision. En condition physiologique, les axones des neurones sont entourés par une gaine de myéline synthétisée par les oligodendrocytes permettant d’accélérer la vitesse de conduction des influx nerveux et de prévenir la mort neuronale. Le modèle expérimental le plus utilisé dans l’étude des mécanismes de la SEP est le modèle de l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE). Après une immunisation contre la glycoprotéine oligodendrocytaire de la myéline 35-55 (MOG35-55), les lymphocytes T Cluster of differentiation (CD)4+ helper (Th)1 et Th17 auto-réactifs induisent une réponse inflammatoire aiguë à la périphérie puis migrent dans le SNC. Ils provoquent alors une réponse inflammatoire dirigée contre la myéline, avec l’intervention descellules myéloïdes. Cela aboutit à la destruction des gaines de myéline diminuant la vitesse de conduction des influx nerveux et une perte axonale, responsables des symptômes mentionnés précédemment. A l’heure actuelle, les traitements contre la SEP peuvent ralentir la progression de la paralysie et diminuer la sévérité ainsi que l’incidence des symptômes diminuant l’inflammation. En revanche, ils n’ont pas d’effets sur les formes progressives de la maladie au cours desquellesles processus neurodégénératifs s’amplifient et dominent ceux de l’inflammation. Il est donc nécessaire de trouver de nouvelles thérapies qui pourront à la fois bloquer l’inflammation et promouvoir la remyélinisation et la neurorégénération. Dans cette optique, de nouvelles cibles thérapeutiques ont émergé pour traiter la SEP : le Vasoactive Intestinal Peptide (VIP), le Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide (PACAP), l’orexine A, leurs récepteurs ainsi queleurs analogues. En effet, ces neuropeptides présentent des activités anti-inflammatoires et neuroprotectrices. Mes travaux de thèse ont porté sur l’étude des effets d’un agoniste de VPAC2, l’un des récepteurs de VIP et PACAP, et de l’orexine A sur les processus inflammatoires et neurodégénératifs dans le modèle d’EAE ainsi que dans le modèle toxique de la cuprizone (CPZ), induisant la mort des oligodendrocytes matures et la démyélinisation indépendamment des lymphocytes T. Après une immunisation contre la MOG35-55, un traitement systémique de court durée avec BAY55-9837, un agoniste de VPAC2, diminue la sévérité de l’EAE chronique en diminuant la réponse inflammatoire à la périphérie avec une baisse de l’activation lymphocytaire, de l’activité de présentation antigénique des cellules dendritiques et des monocytes ainsi qu’une modulation de la population des lymphocytes T régulateurs. Au niveau de la moelle épinière, l’infiltration descellules immunitaires est moindre et la proportion en microglie/macrophages est plus élevée après traitement par l’agoniste de VPAC2. De plus, BAY55-9837 diminue les processus de démyélinisation et favorise ceux de remyélinisation dans le modèle de la CPZ. En parallèle, l’administration intrapéritonéale à court terme de l’orexine A diminue drastiquement la sévérité de l’EAE chronique. Le traitement ne présente pas d’effet sur la phase d’immunisation de l’EAE mais limite la phase effectriceavec une diminution de l’infiltration des lymphocytes T CD4+, des médiateurs inflammatoires, de la démyélinisation, de l’astrogliose et de l’activation microgliale au niveau du SNC. Par contre, l’administration systémique de l’orexine A ne semble pas avoir d’effet sur les phases de démyélinisation et de remyélinisation au cours du modèle de la CPZ / Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune and neurodegenerative disease of the central nervous system (CNS). First MS symptoms are cognitive deterioration, dizziness, pain, fatigue and loss of vision. In physiological condition, the axons of neurons are surrounded by a myelin sheath synthesized by oligodendrocytes to accelerate the conduction velocity of nerve impulses and to prevent neuronal death. The most widely used experimental model of MS is the EAE model. After immunization against MOG35-55, self-reactive Th1 and Th17 cells induce an acute inflammatory response at the periphery and then migrate into the SNC. Then they induce an inflammatory response against myelin, with the intervention of myeloid cells. This results in the destruction of myelin sheaths decreasing the rate of conduction of nerve impulses and axonal loss, responsible for the aforementioned symptoms. Currently, MS treatments can slow the progression of paralysis and decrease the severity and the incidence of symptoms by targeting immune responses. However, these treatments have no effect on the progressive forms of the disease when the neurodegenerative processes amplify and dominate the inflammatory component. It is therefore necessary to find effective therapies that can both block inflammation and also promote remyelination and neuroregeneration.In this context, new therapeutic targets have emerged to treat MS: VIP, PACAP, orexin A, their receptors and their analogs. These neuropeptides have several effects such as anti-inflammatory and neuroprotective activities. My thesis works were focused on the effect of a VPAC2 receptor agonist, one of the three receptors of VIP and PACAP, and orexin A in inflammatory and neurodegenerative processes during MOG35-55-induced EAE model and toxic model using CPZ, which induces mature oligodendrocyte death and demyelination without the influence of lymphocytes.A short term and systemic treatment of BAY55-9837, a VPAC2 agonist, decreases chronic EAE severity with less activation of T lymphocytes and antigen presentation activities of dendritic cells and monocytes as well as Treg population modulation at the periphery. In the CNS, immune cell infiltration is reduced in VPAC2-treated mice compared to PBS-treated mice with an higher microglia/macrophage proportion. Moreover, VPAC2 agonist decreases demyelination processes and enhances remyelination during cuprizone model. In parallel, short term and intraperitoneal administration of orexin A decreases drastically the severity of chronic EAE. Orexin A treatment has no effect on immunization phase of EAE but limits effective phase with a lower infiltration of CD4+ T lymphocytes, inflammatory mediators, demyelination, astrogliosis and microglial activation in the CNS. In contrast, systemic administration of orexin A seems to have no effect during demyelination and remyelination phases in CPZ model.

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L'épilepsie est un trouble chronique du système nerveux central qui touche 70 millions de personnes dans le monde. Un tiers des patients souffrent d'épilepsie réfractaire (ER), caractérisée par des crises récurrentes malgré l’utilisation de médicaments antiépileptiques (MAE) appropriés. Plusieurs données soutiennent un lien biologique entre la neuroinflammation et l'épilepsie chronique. De plus, des études suggèrent que certains MAE de nouvelle génération comme le brivaracétam présentent des propriétés immunomodulatrices qui pourraient contribuer à leur bénéfice dans l’ER et d’autres pathologies neurologiques. Les objectifs de cette thèse étaient tout d’abord de caractériser ex vivo le profil des cellules immunitaires périphériques, les niveaux de cytokines pro- et anti-inflammatoires et les biomarqueurs neurodégénératifs dans le sang périphérique de sujets souffrant d’épilepsie (ER vs. bien contrôlée) en comparaison à celui de donneurs sains. Par la suite, nous avons évalué l’impact du brivaracétam sur l’activation des cellules immunitaires humaines in vitro et son potentiel immunomodulateur et neuroprotecteur in vivo dans le modèle de l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) active, un modèle animal de la sclérose en plaques, la pathologie inflammatoire du SNC la plus fréquente. Méthodologie : Après isolation des cellules mononucléées et du sérum à partir du sang périphérique d'adultes souffrant d'épilepsie focale et de donneurs sains, nous avons effectué des analyses par cytométrie en flux ex vivo, ELISA multiplex et technique ultrasensible de détection de biomarqueurs par technologie single molecule array (SIMOA). Nous avons comparé l'influence du brivaracétam et du lacosamide sur l'activation des cellules immunitaires périphériques humaines in vitro et in vivo dans l'EAE active induite par immunisation avec le MOG, le modèle animal le plus commun de la sclérose en plaques. Résultats : Nous avons rapporté une augmentation de la proportion des lymphocytes T CD4 dans le sang périphérique des adultes souffrant d’ER, avec une fréquence plus élevée de lymphocytes pro-inflammatoires Th17/Th1 en comparaison avec les contrôles. Nous avons également rapporté des niveaux significativement plus élevés du marqueur de lésion neuronale sNfL chez les sujets plus âgés avec l’ER par rapport aux témoins appariés pour l’âge. De plus, nous avons montré que l'administration prophylactique du brivaracétam ou du lacosamide ne retardait pas l'apparition de l'EAE mais était associée à une évolution clinique significativement moins sévère dans la phase chronique de l'EAE active chez les souris femelles C57BL/6 par rapport au contrôle (véhicule). Conclusion : Dans l'ensemble, nos données soutiennent d'une part que l’ER est associée à un profil immunitaire pro-inflammatoire des lymphocytes Th17/Th1 dans le sang périphérique et à des niveaux pathologiques de sNfL, soutenant la présence de composantes inflammatoire et neurodégénérative potentielles dans l’ER. D'autre part, les MAE de nouvelle génération (brivaracétam et lacosamide) n'altèrent pas de façon importante la réponse à l'immunisation avec le peptide MOG, mais améliorent l'évolution de l'EAE par le biais principalement de mécanismes neuroprotecteurs. / Epilepsy is a chronic central nervous system condition affecting 70 million people around the world. One third of patients suffer from drug-resistant epilepsy (DRE), characterized by recurrent seizures despite appropriate trials of anti-epileptic drugs (AEDs). Accumulating data support a biological link between neuroinflammation and chronic epilepsy. Recent studies suggest that some of the new generation AEDs, like brivaracetam, can display immunomodulatory properties that could contribute to their beneficial impact in DRE and other neurological disease. We aimed to investigate differences in immune cell populations, cytokines, and neurodegenerative biomarkers in the peripheral blood of subjects with epilepsy (DRE vs. well-controlled) compared to healthy controls and to assess the impact of brivaracétam on activation of human immune cells in vitro and its immunomodulatory and neuroprotective potential in vivo in the active experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a common model of the prototypical CNS neuroinflammatory disease multiple sclerosis. Methodology: Using peripheral blood mononuclear cells and serum isolated from the peripheral blood of adults suffering from focal onset epilepsy and healthy donors, we performed flow cytometry analysis ex vivo, multiplex immunoassays, and ultrasensitive single molecule array. We compared the influence of brivaracetam and lacosamide on activation of human peripheral immune cells in vitro and in vivo in MOG-induced active EAE, the most common animal model of multiple sclerosis. Results: We observed an increased proportion of CD4 T cells in the peripheral blood compartment of adults suffering from DRE, with a higher frequency of proinflammatory Th17/Th1 cells compared to controls. We also reported significantly higher levels of the marker of neuronal injury sNfL in aging subjects with DRE compared to age-matched controls. Furthermore, we showed that prophylactic administration of brivaracetam or lacosamide did not delay EAE onset but was associated with a significantly less severe clinical course in the chronic phase of active EAE in C57BL/6 female mice compared to control (vehicle).Conclusions: Taken together, our data support that DRE is associated with a proinflammatory Th17/Th1 CD4 T cell immune profile in peripheral blood and pathological levels of sNfL, supporting both potential inflammatory and neurodegenerative components in DRE. On the other hand, the novel generation AEDs (brivaracetam and lacosamide) do not impair the response to immunization with MOG peptide but improve the course of EAE through mostly neuroprotective mechanisms.

Objectifs: Chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), des lymphocytes pro-inflammatoires utilisent des molécules d’adhérence afin de parvenir à traverser la barrière hémo-encéphalique (BHE) et former des lésions multifocales dans le système nerveux central (SNC). Dans le contexte de la SEP, les lymphocytes CD4 auto-agressifs polarisés en TH17 (sécrétant de l’IL-17) sont reconnus comme contribuant à la formation des lésions. Le rôle des lymphocytes CD8 TC17 est quant à lui encore mal défini. L’identification de marqueurs de surface spécifiquement exprimés par les lymphocytes TH17 et TC17 faciliterait la caractérisation de ces sous-populations pathogéniques et fournirait de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter la SEP. Méthodologie: Nous avons identifié MCAM lors d’analyses protéomiques de cellules endothéliales de la BHE humaine et de lymphocytes T humains. Nous avons caractérisé le phénotype et la fonction de ces cellules exprimant MCAM ex vivo, in vitro, in situ et in vivo, à partir de matériel obtenu de témoins (contrôles), de patients atteints de SEP et d’animaux atteints d’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Résultats: MCAM est exprimé à la fois par les cellules endothéliales de la BHE humaine et par une sous-population de lymphocytes T effecteurs mémoire CD161+ et CCR6+. Les lymphocytes CD4 et CD8 MCAM+ expriment plus d’IL-17, IL-22, GM-CSF et granzyme B (Gz B) que les lymphocytes MCAMneg. De plus, l’expression de MCAM est fortement augmentée à la surface des lymphocytes T CD4+ et CD8+ lors des poussées de SEP, alors que les traitements immunomodulateurs en diminuent l’expression. In situ, l’expression de MCAM par les cellules endothéliales de la BHE est plus marquée au site des lésions de SEP et d’EAE, et on retrouve des lymphocytes CD4 et CD8 MCAM+ au sein de ces infiltrats périvasculaires du SNC. In vitro, les lymphocytes CD8 MCAM+ causent plus de mort oligodendrocytaire et bloquer MCAM diminue la transmigration des CD8 TC17 et des CD4 TH17 à travers les cellules endothéliales de la BHE humaine. In vivo, dépléter les lymphocytes CD4 ou CD8 MCAM+ améliore les signes cliniques de l’EAE par transfert. Par ailleurs, l’expression de MCAM est régulée à la hausse à la surface des lymphocytes CD4 et CD8 de la souris transgénique TCR1640, un modèle animal d’EAE spontanée. Finalement, bloquer MCAM atténue les déficits neurologiques chroniques aussi bien du modèle d’EAE induite avec le MOG35-55 que du modèle d’EAE spontanée. Conclusion: Nos données démontrent que les lymphocytes encéphalitogéniques produisant de l’IL-17 et présentant une capacité effectrice et migratoire marquée expriment MCAM. MCAM pourrait servir de biomarqueur en SEP et constituer une cible thérapeutique valable pour traiter les conditions neuroinflammatoires. / Objective: In multiple sclerosis (MS), pro-inflammatory lymphocytes use adhesion molecules to cross the blood-brain barrier (BBB) and accumulate in central nervous system (CNS) lesions. CD4 T lymphocytes polarized into auto-aggressive encephalitogenic TH17 (IL-17 secreting) are known to partake in MS lesion formation. Much less is known about the role of CD8 TC17. Identification of specific surface markers and adhesion molecules expressed by TH17 and TC17 lymphocytes would allow further characterization of these pathogenic subsets and would provide new therapeutic targets in MS. Methodology: We identified MCAM in a proteomic screen of human BBB endothelial cells (ECs) and on a subset of T lymphocytes. We characterized the phenotype and function of MCAM-expressing cells ex vivo, in vitro and in situ using human and mouse material obtained from controls, MS subjects and Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) animals. Results: MCAM is expressed by human BBB-ECs and by human effector memory CD161+ and CCR6+ T lymphocytes. Both CD4 and CD8 MCAM+ lymphocytes express more IL-17, IL-22, GM-CSF and Gz B than MCAMneg lymphocytes. Moreover, MCAM is strikingly up-regulated in human on CD4+ and CD8+ T lymphocytes during MS relapses, while treatment decreases MCAM expression. In situ, MCAM+ CD8 and CD4 T lymphocytes are present in perivascular infiltrates of MS and EAE CNS specimens, while MCAM expression is up-regulated on BBB-ECs within lesions. In vitro, MCAM+ CD8 T lymphocytes display higher killing capacity of oligodendrocytes, and MCAM blockade reduces CD8 TC17 and CD4 TH17 transmigration across human BBB-ECs. In vivo, depletion of MCAM+ cells from reactivated CD4 T lymphocytes and from CD8 T lymphocytes decreases clinical symptoms in adoptive transfer EAE. Furthermore, expression of MCAM is up-regulated on CD4 and CD8 T lymphocytes in the TCR1640 transgenic mice, a model of spontaneous EAE. Finally, blocking MCAM in both MOG35-55-induced and spontaneous primary progressive EAE attenuates chronic neurological deficits. Conclusions: Our data demonstrate that encephalitogenic IL-17-producing lymphocytes with high effector and migratory capacity express MCAM, and that MCAM could serve as a biomarker for MS and a valuable target for the treatment neuroinflammatory conditions.

L'interleukine-15 (IL-15) contribue au développement et à l’activation des lymphocytes T CD8, des cellules immunes qui ont été impliquées dans plusieurs maladies auto-immunes telle la sclérose en plaques. Des niveaux élevés de l'IL-15 ont été trouvés chez les patients atteints de cette maladie comparativement aux témoins, mais aucune étude n'a examiné les effets de tels niveaux élevés sur les lymphocytes T CD8. Les objectifs de notre étude étaient 1- de caractériser l’expression de l'IL-15 par des lymphocytes B humains et de déterminer ses effets sur les fonctions des lymphocytes T CD8, et 2- d’évaluer l'expression in vivo de l'IL-15 dans des modèles murins de la sclérose en plaques. Nous avons établi que les cellules B humaines augmentaient leur expression de l'IL-15 suite à une stimulation via le CD40. De plus, les fonctions effectrices des lymphocytes T CD8 ont été significativement augmentées lors des co-cultures avec des cellules B alloréactives exprimant l'IL-15. Dans les modèles murins de la sclérose en plaques, nous avons détecté au sein du système nerveux central des cellules immunes exprimant l’IL-15 ainsi que des cellules T CD8 exprimant le récepteur pour cette cytokine à différents stades de la maladie. Nous avons démontré que les cellules B modulent des réponses des lymphocytes T CD8 via l’IL-15, ce qui suggère un rôle pour les cellules B dans la pathogenèse de la sclérose en plaques. Nous avons aussi mis en évidence la présence de cellules exprimant l’IL-15 dans le système nerveux central dans des modèles murins de cette maladie. / Interleukin-15 is a cytokine involved in the homeostatic proliferation and maintenance of CD8 T cells. Activated CD8 T cells are implicated in several autoimmune diseases, including Multiple Sclerosis (MS). Elevated levels of IL-15 have been reported in serum and on peripheral leukocytes of MS patients relative to controls, yet no study has addressed the effects of elevated IL-15 levels on CD8 T cells. To study the in vivo effects of any molecule, the animal model for MS, EAE, is used; the expression of IL-15 during the EAE disease course has not yet been elucidated. Thus the goals of our study were to characterize surface IL-15 expression on human B lymphocytes and determine the effects on human CD8 T cell functions; and to assess the in vivo expression of IL-15 in MS mouse models. We found that B cells are capable of up-regulating the expression of surface IL-15 upon CD40 stimulation, and CD8 T cell effector functions were significantly enhanced upon co-culture with alloreactive IL-15-expressing B cells. In the MS mouse models we used, we found IL-15-expressing immune cells present within the central nervous system (CNS) at various points of disease, and that CNS-infiltrating CD8 T cells were potentially responsive to IL-15. Here, we not only demonstrate the modulation of CD8 T cell responses by IL-15 presented by B cells, implying a role for B cells in MS pathogenesis, but also show the presence of IL-15-expressing cells within the inflamed CNS of EAE.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire démyélinisante et neurodégénérative du système nerveux central (SNC). Les cellules T activées qui expriment le PD-1 sont inhibées via l’interaction avec l’un des ligands: PD-L1 ou PD-L2. Des études effectuées chez le modèle murin de la SEP, l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), ont démontré que l’interaction du PD-1 avec ses ligands contribue à atténuer la maladie. Toutefois, le rôle du PD-1 et de ses ligands dans la pathogenèse de la SEP chez l’humain et dans le modèle murin n’a pas été complètement élucidé. Nous avons déterminé que plusieurs cellules du SNC humain peuvent exprimer les ligands du PD-1. Les astrocytes, les microglies, les oligodendrocytes et les neurones expriment faiblement le PD-L1 dans des conditions basales mais augmentent de façon significative cette expression en réponse à des cytokines inflammatoires. Le blocage de l’expression du PD-L1 par les astrocytes à l’aide de siRNA spécifiques mène à l’augmentation significative des réponses des cellules T CD8+ (prolifération, cytokines, enzymes lytiques). Nos résultats établissent ainsi que les cellules gliales humaines peuvent exprimer des niveaux suffisants de PD-L1 en milieu inflammatoire pour inhiber les réponses des cellules T CD8+. Notre analyse de tissus cérébraux post-mortem par immunohistochimie démontre que dans les lésions de la SEP les niveaux de PD-L1 sont significativement plus élevés que dans les tissus de témoins; les astrocytes et les microglies/macrophages expriment le PD-L1. Cependant, plus de la moitié des lymphocytes T CD8+ ayant infiltré des lésions de SEP n’expriment pas le récepteur PD-1. Au cours du développement de l’EAE, les cellules du SNC augmentent leur niveau de PD-L1. Le PD-1 est fortement exprimé par les cellules T dès le début des symptômes, mais son intensité diminue au cours de la maladie, rendant les cellules T insensibles au signal inhibiteur envoyé par le PD-L1. Nous avons observé que les cellules endothéliales humaines formant la barrière hémato-encéphalique (BHE) expriment de façon constitutive le PD-L2 mais pas le PD-L1 et que l’expression des deux ligands augmente dans des conditions inflammatoires. Les ligands PD-L1 et PD-L2 exprimés par les cellules endothéliales ont la capacité de freiner l’activation des cellules T CD8+ et CD4+, ainsi que leur migration à travers la BHE. L’endothélium du cerveau des tissus normaux et des lésions SEP n’exprime pas des taux détectables de PD-L1. En revanche, tous les vaisseaux sanguins des tissus de cerveaux normaux sont positifs pour le PD-L2, alors que seulement la moitié de ceux-ci expriment le PD-L2 dans des lésions SEP. Nos travaux démontrent que l’entrée des cellules T activées est contrôlée dans des conditions physiologiques grâce à la présence du PD-L2 sur la BHE. Cependant, l’expression plus faible du PD-L2 sur une partie des vaisseaux sanguins dans les lésions SEP nuit au contrôle de la migration des cellules immunes. De plus, une fois dans le SNC, les cellules T CD8+ étant dépourvues du PD-1 ne peuvent recevoir le signal inhibiteur fourni par le PD-L1 fortement exprimé par les cellules du SNC, leur permettant ainsi de rester activées. / Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory, demyelinating and neurodegenerative disease of the central nervous system (CNS). Responses of activated T cells are suppressed upon engagement of the receptor programmed cell death-1 (PD-1) with its ligands (PD-L1 and PD-L2). Experiments using the mouse model of MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), have demonstrated that the PD-1/PD-Ls interaction contributes to attenuate disease severity. However, the expression and the role of PD-1 and PD-Ls have been partially documented in inflammatory murine models and human CNS data are still incomplete. We determined that primary cultures of human astrocytes, microglia, oligodendrocytes, or neurons expressed low or undetectable PD-L1 levels under basal conditions, but inflammatory cytokines significantly induced such expression, especially on astrocytes and microglia. Blocking PD-L1 expression in astrocytes using specific siRNA in co-culture led to significantly increased CD8 T cell responses (proliferation, cytokines, lytic enzyme). Thus, our results establish that inflamed human glial cells can express sufficient and functional PD-L1 to inhibit CD8 T cell responses. Extensive immunohistochemical analysis of post-mortem brain tissues demonstrated a significantly greater PD-L1 expression in MS lesions compared to control tissues, which co-localized with astrocyte and microglia/macrophage cell markers. However, more than half of infiltrating CD8 T lymphocytes in MS lesions did not express PD-1, the cognate receptor. Similar results were obtained in EAE mice. Even though CNS cells expressed PD-L1 at the peak of the disease, PD-1 intensity on infiltrating T cells decreased throughout EAE disease development. This reduction of PD-1 level on activated T cells prevented these cells to receive PD-L1 inhibitory signal. We also investigated whether human brain endothelial cells (HBECs), which form the blood brain barrier (BBB), can express PD-L1 or PD-L2 and thereby modulate T cells. HBECs expressed PD-L2 under basal conditions, whilst PD-L1 was not detected. Both ligands were up-regulated under inflammatory conditions. Blocking PD-L1 and PD-L2 led to increased transmigration and enhanced responses by human CD8 T cells in co-culture assays. Similarly, PD-L1 and PD-L2 blockade significantly increased CD4 T cell transmigration. Brain endothelium in normal tissues and MS lesions did not express detectable PD-L1; in contrast, all blood vessels in normal brain tissues were PD-L2-positive, while only about 50% expressed PD-L2 in MS lesions. Therefore, our results demonstrate that under basal conditions, PD-L2 expression by HBECs impedes the migration of activated immune T cells through the BBB, and inhibits their activation. However, such impact is impaired in MS lesions due to down-regulation of PD-L2 levels on the endothelium. The majority of infiltrating CD8 T cells is devoid of PD-1, thus insensitive to PD-L1 inhibitory signal providing by CNS cells once they have entered the CNS.

Dans les maladies neurodégénératives comme la sclérose en plaques, la neuro-inflammation modifie l'activité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) par des altérations cellulaires et moléculaires complexes. La caractérisation de tels changements moléculaires par une approche d'étiquetage in vivo justifie la recherche d’outils de ciblage fiables et de biomarqueurs. Les stratégies pour définir in vivo ces marqueurs sont cependant compliquées par la pléthore de molécules cibles accessibles, par l’intrication des régions atteintes au sein du tissu sain et par les altérations structurales potentielles des molécules cibles étudiées par histopathologie. Le but de ce travail est de rationaliser la découverte de biomarqueurs des altérations moléculaires dans les tissus par une stratégie de sélection in vivo de répertoires de phages présentant des peptides à leur surface (phage display), les ligands présents dans les deux répertoires (sain et pathologique) étant ensuite soustraits physiquement. Cette stratégie de soustraction (« PhiSSH ») permettant d’enrichir un répertoire en ligands spécifiques est d’un intérêt majeur dans le cas de répertoires complexes tels ceux obtenus dans des sélections in vivo.Nous présentons l'application de cette stratégie dans le modèle de rat de la sclérose en plaques, l’Encéphalomyélite Autoimmune Expérimentale (EAE), où les lésions disséminées dans le système nerveux central engendrent la sélection d’une grande quantité de clones s’associant au tissu sain, par comparaison avec les rats témoins en bonne santé. L'efficacité de la technique de soustraction a été contrôlée par séquençage massif des trois repertoires, «EAE», «SAIN», et «SOUSTRACTION». Plus de 95 % des clones communs aux répertoires EAE et contrôle sont absents du répertoire de la soustraction. Un ensemble de clones de phages et des peptides synthétisés chimiquement dessinés après l’analyse bioinformatique du répertoire de soustraction a été testé a) sur des tissus de rats EAE et sains et b) sur des cellules humaines en culture (HCMEC/D3) constituant un modèle de BHE, dans des conditions inflammatoires, (activation IL- 1ß) ou non activées. Un des clones et quatre peptide testés ont montré une association spécifique sur les cellules endothéliales de BHE dans des conditions inflammatoires. Pour identifier la cible d’un phage spécifique des lésions neuro-inflammatoires, nous avons mis en œuvre un procédé de création de liaison covalente entre ce phage et les protéines exprimées par des cellules de BHE cultivées en présence d’IL-1ß, puis effectué une analyse par spectométrie de masse. La galectine-1 est apparue comme une cible potential de ce phage. La découverte de biomarqueurs spécifiques de modifications moléculaires et cellulaires de régions inflammatoires disséminées dans les tissus sains, comme c’est le cas dans la plupart des pathologies présentant une activité neuro–inflammatoire, sera facilitée par l’utilisation de la stratégie de soustraction PhiSSH décrite dans ce document. / In neurodegenerative disorders like multiple sclerosis, neuroinflammation modifies the blood brain barrier (BBB) status by causing complex cellular and molecular alterations. Characterization of such molecular changes by an in vivo labeling approach is most challenging to generate reliable in vivo targeting tools and biomarkers. In vivo strategies to define such markers are, however, hampered by the plethora of the accessible target molecules, the vicinity of diseased target expression among healthy tissue and the potentially structural alterations of target molecules when studied by histopathology. The aim of this work is to streamline the biomarker discovery of pathological molecular tissue alterations by in vivo selection of phage displayed peptide repertoires that are further submitted to physical DNA subtraction (“PhiSSH”) of sequences encoding common peptides in both repertoires (HEALTHY and PATHOLOGY). The strategy of Subtraction allows thus the enrichment of clones specific for one repertoire and is of particular interest for complex repertoires produced by in vivo selection. We present the application of this strategy in the multiple sclerosis rat model, Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) pathology, where target lesions are disseminated in the central nervous system (CNS) generating a large amount of clones binding to healthy tissue among the recovered repertoire clones binding to the lesions by comparison with healthy control rats. The efficiency of the subtraction was monitored by massive sequencing of the three repertoires, «EAE», «HEALTHY», and «SUBTRACTION». More than 95% of the clones common to EAE and Healthy repertoires were shown to be absent from the Subtraction repertoire. A set of randomly chosen clones and synthesized peptides from the EAE and subtraction repertoires were tested for differential labeling of a) diseased and healthy animal tissues and b) an in vitro BBB model, in IL-1ß challenged and resting control state culture human cells (hCMEC/D3). One of the phage clones and 4 chemically synthesized peptides showed specific binding to brain ECs in neuro-inflammatory conditions. Using a strategy of crosslinking of an EAE specific phage clone on protein targets expressed by IL-1ß activated ECs followed by mass spectrometry, we propose hypothetically Galectin-1 as a possible target of this phage. PhiSSH will be useful for in vivo screening of small peptide combinatorial libraries for the discovery of biomarkers specific of molecular and cellular alterations untangled with healthy tissues, as in most pathologies presenting neuroinflammatory activity.

Experiências vivenciadas durante o período pré-natal são determinantes para a saúde do feto. A ocorrência de infecções maternas e a consequente ativação do sistema imune da mãe ocasionam uma série de alterações estruturais e funcionais no cérebro da prole, podendo predispor o indivíduo a transtornos psiquiátricos na vida pós-natal, como esquizofrenia e autismo. No entanto, estudos que investigam as alterações imunes na prole ainda são escassos na literatura. Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi avaliar, na prole, o impacto da ativação imune materna sobre a atividade imune periférica, a resposta imune-inflamatória no sistema nervoso central (SNC), e sobre o desenvolvimento da encefalomielite autoimune experimental (EAE), o modelo murino de Esclerose Múltipla. Camundongos fêmeas prenhes receberam uma administração de salina ou lipopolissacarídeo (LPS) ao final da gestação (dia gestacional 17) e, quando adulta, a prole foi submetida a 3 experimentos principais, analisando: (1) produção de citocinas, atividade de células da periferia e desenvolvimento da hipersensibilidade do tipo tardia; (2) produção de mediadores inflamatórios por células residentes do SNC e; (3) desenvolvimento dos sintomas clínicos e da resposta imune no decorrer da EAE. Nossos resultados mostraram que a ativação imune materna provocou na prole alterações imunes periféricas, como aumento da produção de Interleucina(IL)- 12 e exacerbação da resposta de hipersensibilidade do tipo tardia; potencialização da produção das citocinas IL-1β e IL-6 em cultura primária de células residentes do SNC e; piora na severidade dos sintomas clínicos causados pela EAE, que coincide com aumento do infiltrado de linfócitos e macrófagos no SNC e ativação imuneinflamatória das células da glia. Tomados em seu conjunto, os dados do presente trabalho sugerem que condições inflamatórias durante a gestação, particularmente durante o final da gestação, podem predispor o feto a distúrbios autoimunes e neurodegenerativos na vida adulta. / Prenatal period experiences are crucial for the fetal health. The occurrence of maternal infections and subsequent maternal immune system activation cause a number of structural and functional changes in the brain of the offspring that may predispose individuals to psychiatric disorders in post-natal life, such as schizophrenia and autism. However, studies investigating offspring´s immune alterations are still scarce in the literature. The aim of this study was to evaluate, in mice offspring taken from LPS-treated dams, the impact of maternal immune activation on peripheral immune cell activity, central nervous system (CNS) inflammatory response, and development of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the murine model of multiple sclerosis. Pregnant female mice received a dose of either saline or lipopolysaccharide (LPS) during late gestation (gestational day 17), and offspring were used in three experiments to analyze: (1) cytokine production and activity by peripheral immune cells and development of delayed type hypersensitivity, (2) production of inflammatory mediators by resident CNS cells and, (3) development of clinical symptoms and immune response during the course of EAE. Our results showed that maternal immune activation resulted in immune alterations in the offspring, such as increased peripheral production of interleukin (IL) -12 and exacerbated response of delayedtype hypersensitivity; enhancement of IL-1β and IL-6 productions in primary CNS resident cells culture and; increased severity of EAE clinical symptoms, which is positively correlated with the increased lymphocytes and macrophages infiltration within the CNS and also with the immune-inflammatory activation of glial cells. Taken together, the data from this study suggest that inflammatory conditions during pregnancy, especially during the late pregnancy, may predispose the fetus to autoimmune and neurodegenerative disorders in adulthood.

In der Arbeit wurde die Rolle von Bakterien für das Entstehen von Autoimmunität untersucht. Insbesondere wurde untersucht, inwieweit Bakterien entweder spezifisch (über "Kreuzreaktivität") oder antigenunabhängig (über "Bystander-Aktivierung") eine Aktivierung von autoreaktiven CD4+- T-Zellen induzieren können. Es konnte gezeigt werden, dass es bei dem untersuchten, MBP-spezifischen T-Zellrezeptor multiple, natürlich vorkommende, kreuzreaktive Peptide mikrobiellen Ursprungs gibt, die eine Aktivierung der T-Zellen hervorrufen und in vivo experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis (EAE) induzieren können. Weiterhin wurde untersucht, inwieweit Lipopolysaccharid (LPS) als unspezifischer Aktivator des Immunsystems eine Aktivierung der autoreaktiven T-Zellen in vitro hervorrufen kann und inwieweit in vivo EAE durch LPS hervorgerufen werden kann. Es wurde gezeigt, dass LPS in vitro einen kleinen Anteil der CD4+ - T-Zellen aktiviert. Wurden den transgenen T+alpha- -Mäusen LPS appliziert, erkrankten diese an EAE. Somit gibt es sowohl in vitro als auch in vivo in den T+alpha- -Mäusen Hinweise für eine Relevanz von "Bystander-Aktivierung". Abschließend wurde diskutiert, inwieweit entweder "Kreuzreaktivität" oder "Bystander-Aktivierung" als Auslöser für Autoimmunität unter physiologischen Bedingungen in Frage kommt. Aufgrund der in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse wurde postuliert, dass keine der beiden Mechanismen alleiniger Auslöser sei, da es aufgrund der Häufigkeit von Infektionen, kreuzreaktiven Peptiden und des Vorkommens von autoreaktiven T-Zellen auch in gesunden Individuen ansonsten sehr viel häufiger zu Autoimmunität kommen müsste. Unter bestimmten Bedingungen könnte die Aktivierung von T-Zellen über Kreuzreaktivität oder über "Bystander-Aktivierung" Autoimmunität auslösen oder verstärken, wenn bereits andere Mechanismen des Immubnsystems, die Autoimmunität verhindern, versagt haben. / In this thesis the role of bacteria for the induction of autoimmunity was investigated. In detail, it was examined whether bacteria are able to activate autoreactive CD4+-T-cells antigen-specific ("cross-reactivity") or antigen-unspecific ("bystander-activation"). It was shown that the examined transgenic MBP-peptide specific T-cell-receptor recognized many natural occurring cross-reactive peptides of microbial origin, which induced an activation of the T-cells in vitro and which could induce autoimmune encephalomyelitis (EAE) in the T-cell-receptor transgenic mice in vivo. Furthermore, it was examined, whether lipopolysaccharide (LPS) as activator of the innate immune system could induce an unspecific activation of the autoreactive T-cells in vitro and whether administration of LPS in the transgenic mice could induce EAE in vivo. It was shown that LPS activates a small percentage of CD4+ - T-cells. Application of LPS to the transgenic T+alpha- mice induced EAE. Therefore, the role of bystander-activation was indicated in vitro and in vivo. Finally, it was discussed, whether either cross-reactivity or bystander-activation could be sufficient for inducing autoimmunity under physiologic conditions. Due to the results presented in this work, it is postulated that none of the both mechanisms could be inductor of autoimmunity alone. If one of these mechanisms was sufficient, autoimmunity in humans should be a frequent event, because infections and autoreactive T cells are both findings which occur in healthy humans very often. However, under certain conditions either cross-reactivity or bystander-activation could trigger or exacerbate autoimmunity, when other mechanisms which inhibit autoimmunity have failed.

Experiências vivenciadas durante o período pré-natal são determinantes para a saúde do feto. A ocorrência de infecções maternas e a consequente ativação do sistema imune da mãe ocasionam uma série de alterações estruturais e funcionais no cérebro da prole, podendo predispor o indivíduo a transtornos psiquiátricos na vida pós-natal, como esquizofrenia e autismo. No entanto, estudos que investigam as alterações imunes na prole ainda são escassos na literatura. Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi avaliar, na prole, o impacto da ativação imune materna sobre a atividade imune periférica, a resposta imune-inflamatória no sistema nervoso central (SNC), e sobre o desenvolvimento da encefalomielite autoimune experimental (EAE), o modelo murino de Esclerose Múltipla. Camundongos fêmeas prenhes receberam uma administração de salina ou lipopolissacarídeo (LPS) ao final da gestação (dia gestacional 17) e, quando adulta, a prole foi submetida a 3 experimentos principais, analisando: (1) produção de citocinas, atividade de células da periferia e desenvolvimento da hipersensibilidade do tipo tardia; (2) produção de mediadores inflamatórios por células residentes do SNC e; (3) desenvolvimento dos sintomas clínicos e da resposta imune no decorrer da EAE. Nossos resultados mostraram que a ativação imune materna provocou na prole alterações imunes periféricas, como aumento da produção de Interleucina(IL)- 12 e exacerbação da resposta de hipersensibilidade do tipo tardia; potencialização da produção das citocinas IL-1β e IL-6 em cultura primária de células residentes do SNC e; piora na severidade dos sintomas clínicos causados pela EAE, que coincide com aumento do infiltrado de linfócitos e macrófagos no SNC e ativação imuneinflamatória das células da glia. Tomados em seu conjunto, os dados do presente trabalho sugerem que condições inflamatórias durante a gestação, particularmente durante o final da gestação, podem predispor o feto a distúrbios autoimunes e neurodegenerativos na vida adulta. / Prenatal period experiences are crucial for the fetal health. The occurrence of maternal infections and subsequent maternal immune system activation cause a number of structural and functional changes in the brain of the offspring that may predispose individuals to psychiatric disorders in post-natal life, such as schizophrenia and autism. However, studies investigating offspring´s immune alterations are still scarce in the literature. The aim of this study was to evaluate, in mice offspring taken from LPS-treated dams, the impact of maternal immune activation on peripheral immune cell activity, central nervous system (CNS) inflammatory response, and development of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the murine model of multiple sclerosis. Pregnant female mice received a dose of either saline or lipopolysaccharide (LPS) during late gestation (gestational day 17), and offspring were used in three experiments to analyze: (1) cytokine production and activity by peripheral immune cells and development of delayed type hypersensitivity, (2) production of inflammatory mediators by resident CNS cells and, (3) development of clinical symptoms and immune response during the course of EAE. Our results showed that maternal immune activation resulted in immune alterations in the offspring, such as increased peripheral production of interleukin (IL) -12 and exacerbated response of delayedtype hypersensitivity; enhancement of IL-1β and IL-6 productions in primary CNS resident cells culture and; increased severity of EAE clinical symptoms, which is positively correlated with the increased lymphocytes and macrophages infiltration within the CNS and also with the immune-inflammatory activation of glial cells. Taken together, the data from this study suggest that inflammatory conditions during pregnancy, especially during the late pregnancy, may predispose the fetus to autoimmune and neurodegenerative disorders in adulthood.