<p>Several HIV-1 neutralizing antibodies (e.g. 2F5, 4E10) have been shown to react with self-antigens, suggesting that effective humoral responses to HIV-1 may be constrained by the tolerization of HIV-reactive B cells that also recognize self-antigens. I have tracked the development of 2F5-like HIV-1 gp41 membrane proximal external region (MPER)-reactive B cells throughout ontogeny using B-cell tetramer reagents. In BL/6 mice, MPER-binding populations are lost during normal B-cell development and immunization with HIV-1 MPER antigen does not elicit robust humoral responses. I have identified Kynureninase as a self-antigen that is recognized by 2F5 antibody and, therefore, is a molecule that could mediate the developmental loss of B cells reactive to an epitope shared by HIV gp41 and Kynureninase. To recover these MPER-reactive cells, I describe and characterize a stromal-cell independent culture system that efficiently supports pro-B cell to IgM+ B-cell development with near normal levels of IgH and Igkappa diversity. B-cell development in vitro closely follows the patterns of development in vivo with culture derived (CD) B cells demonstrating characteristic patterns of surface antigen expression and gene activation. Immature and transitional B-cell compartments are reduced, due to the induction of tolerance, in the bone marrow of 3H9 IgH knockin mice ; however, cultures of 3H9 IgH knockin pro-B cells yields high frequencies of "forbidden", autoreactive IgM+ B cells. Furthermore, serum IgG autoantibody exceeded that present in autoimmune, C4-/- animals following the reconstitution of RAG-1-/- mice with IgM+ CD cells derived from BL/6 mice. I show that HIV-1 MPER-reactive B cells are recovered from both BL/6 and 2F5 IgH knockin bone marrow using this in vitro culture system. RAG-1-/- mice reconstituted with these culture-derived B and T cells generate strong germinal center and antibody responses to HIV-1 MPER antigens. These data demonstrate that the humoral immune response to this HIV-1 gp41 MPER antigen can be restored in mice when the constraints of B-cell tolerance have been relaxed.</p> / Dissertation

Les maladies auto-immunes, qui touchent plus de 5% de la population, sont induites par une perte de la tolérance aux antigènes du Soi. Ces pathologies, généralement multifactorielles, résultent de l’effet combiné de plusieurs allèles de susceptibilité et de différents facteurs environnementaux. Les agents infectieux ont été tout particulièrement incriminés, mais les mécanismes en jeu restent encore mal élucidés. Les lymphocytes B, qui jouent un rôle central dans la pathogénie de nombreuses maladies auto-immunes, sont susceptibles d’être activés selon différents mécanismes au cours d’un processus infectieux et cette activation peut englober des cellules autoréactives. On ne sait cependant pas si cette activation peut entraîner la production d’auto-anticorps pathogènes de forte affinité et d’isotype IgG à partir du pool de cellules productrices d’auto-anticorps naturels de faible affinité, qui sont présentes de façon constitutive dans le répertoire B de l’individu sain. Nous avons mis au point un nouveau modèle murin knock-in pour des lymphocytes B présentant une affinité intermédiaire pour leur auto-antigène, la protéine HEL2X mutée (Hen-Egg Lysozyme). Ce modèle autoréactif d’affinité intermédiaire SWHEL X HEL2X, élaboré sur un fond génétique non autoimmun, permet de suivre le processus de maturation d’affinité des cellules B anti-HEL en présence de leur auto-antigène HEL2X au cours de l’infection chronique par la bactérie Borrelia burgdorferi. L’infection induit au niveau ganglionnaire une prolifération ainsi qu’une activation lymphocytaire B incluant des cellules anergiques. Certains clones autoréactifs sont capables de gagner les centres germinatifs ganglionnaires, de commuter vers l’isotype IgG et présentent des mutations somatiques au niveau de la région variable de la chaîne lourde de leur immunoglobuline, dans la zone d’interaction avec HEL2X, indiquant un processus de sélection par l’auto-antigène. Malgré un taux augmenté d’auto-anticorps d’isotype IgM, ces animaux ne produisent pas de plasmocytes capables de sécréter des auto-anticorps d’isotype IgG. Nos observations suggèrent l’existence de mécanismes de tolérance périphérique intrinsèques mis en place en particulier au niveau du centre germinatif. Un premier point de contrôle va éliminer les lymphocytes B autoréactifs ayant commuté de classe et présentant des mutations somatiques leur conférant une affinité augmentée pour l’auto-antigène tandis qu’un second point de contrôle va empêcher la différenciation en plasmocytes IgG+.Chez l’individu non prédisposé génétiquement, des mécanismes pourraient ainsi permettre de prévenir le développement d’une auto-immunité pathogène au cours d’un épisode infectieux. / Autoimmune diseases, affecting more than 5% of the population, reflect a loss of tolerance to selfantigens. These multifactorial diseases result from the combined effect of several susceptibility alleles and different environmental factors. Infectious agents have been particularly incriminated but there is no clear understanding of the underlying mechanisms. B lymphocytes, that appear central to the pathogenesis of several autoimmune diseases, may be activated by several mechanisms during infectious processes and this activation can encompass autoreactive cells. Whether or not the lattercan induce the production of high-affinity pathogenic IgG isotype auto-antibodies from the naturally present low-affinity self-reactive B cells is still unknown. To gain further insight into this question, we created a new intermediate affinity autoreactive mouse model called SWHEL X HEL2X. In these mice, knock-in B cells express a B cell receptor highly specific for Hen-Egg Lysozyme (HEL) that recognizes HEL2X mutated auto-antigen with intermediate affinity. This model, generated on a non-autoimmune-prone genetic background, allows the following of anti-HEL B cells affinity maturation process in presence of their auto-antigen during Borrelia burgdorferi chronic bacterial infection. The infection leads to lymph nodes lymphoproliferation and B cell activation including anergic cells. Some autoreactive clones are able to form germinal centers, toswitch their immunoglobulin heavy chain and to introduce somatic mutations in the heavy chain variable regions on amino-acids forming direct contacts with HEL2X, suggesting an auto-antigen-driven selection process. Despite increased levels of IgM autoantibodies, infected mice are unable to generate IgG autoantibody secreting plasma-cells. These observations suggest the existence of intrinsic peripheral tolerance mechanisms operating mainly at the level of germinal centers. The first checkpoint eliminates switched autoreactive B cells with increasing affinity mutations while a secondcheckpoint avoids IgG+ plasma-cell differentiation. Thus, in genetically non predisposed individuals, tolerance mechanisms may be set-up to prevent the development of pathogenic autoimmunity during the course of an infection.