Tuberculosis (TB), a transmissible disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb), is a global health threat. To design an effective vaccine, we need to better understand how different elements of our immune system collaborate to fight against Mtb. CD4 T cells are crucial in protective immunity to Mtb because they produce cytokines including interferon-γ. In contrast, CD8 T cells are thought to play a modest role. Whether CD4 T cells act as “helper” cells to promote optimal CD8 T cell responses during TB is unknown. We argue CD8 T cells’ role are likely underestimated because CD8 T cell functions are compromised without CD4 T cells. Here, using two independent models, I show that CD4 T cell help promotes CD8 T cell effector functions and prevents CD8 T cell exhaustion. I demonstrate CD4 and CD8 T cells synergistically enhance the survival of infected mice. Purified helped, but not helpless, CD8 T cells effectively restrict intracellular Mtb growth. Thus, CD4 T cell help is indispensable for generating protective CD8 T cell responses. In addition, I investigate the mechanisms of CD4 T cell help. Signals from CD4 T cells, and signals relayed by antigen presenting cells collectively shape CD8 T cell responses. We infer that vaccines aimed for eliciting both CD4 and CD8 T cells, in which CD8 T cells are properly helped by CD4 T cells, are more likely to be successful.

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The contributions of peptide antigen affinity for TCR in driving T cell memory is unclear. Effector CD4 T cells must recognize cognate antigen again at an effector checkpoint, 5-8 days post-infection, to generate an optimal memory population. In this thesis, we examined whether peptide affinity for the TCR of effectors impacts the extent of memory and degree of protection against rechallenge. We used an influenza A virus (IAV) nucleoprotein (NP)-specific TCR transgenic strain, FluNP, and generated NP- peptide variants that bind FluNP TCR with a broad range of avidity. Varying peptide avidity in vivo at the effector checkpoint revealed that higher affinity interactions yielded greater numbers of FluNP memory cells in the spleen and most dramatically in the lung and dLN. The major impact of avidity was on memory cell number, not cytokine production, and was already apparent within several days of transfer. These memory cells demonstrated enhanced protection against lethal IAV infection with a robust early day 5 secondary effector response in the lung. We previously showed that autocrine IL-2 production during the effector checkpoint prevented default effector apoptosis and supported memory formation. Here, peptide avidity determined the level of IL-2 produced by effectors while IL-2R expression was unaffected. However, IL-2Ra expression by APC drove more memory cell formation, suggesting that transpresentation of IL-2 by APC at this checkpoint enhanced CD4 memory generation. Secondary memory generation was also avidity-dependent. We propose this pathway selects CD4 effectors of highest affinity to progress to memory and can instruct future vaccine design.

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Monoklonale Antikörper (mAk) werden bereits erfolgreich zur therapeutischen Depletion verschiedener Zellpopulationen in vivo verwendet, die Mechanismen der Depletion sind jedoch unklar geblieben. In dieser Arbeit wurden im Mausmodell die molekularen Grundlagen der CD4+ T-Zelldepletion (CD4 TZD) nach einmaliger Gabe (i.p.) von 100 µg des anti-CD4-mAk YTS191.1 untersucht. Dabei konnte eine starke Korrelation zwischen Depletion und der Modulation des CD4-Moleküls von der Oberfläche beobachtet werden. Gleichzeitig zeigten sich organabhängige Unterschiede, sowohl im zeitlichen Verlauf, als auch in der Effizienz der Depletion. Im Thymus konnten weder Depletion noch Modulation detektiert werden, in Milz und Lymphknoten (Lk) war die CD4 TZD nach starker CD4-Modulation bereits nach 48 h mit 80-90 % maximal, in den Peyer-Plaques jedoch niedriger und verzögert (50-60 % nach 72 h). Anhand C3-defizienter Mäuse konnte ferner kein wesentlicher Beitrag von Komplement an der CD4 TZD beobachtet werden. Im Gegensatz dazu konnte durch die Verwendung verschiedener FcGamma-Rezeptor (FcGammaR)-defizienter Mäuse (FcGammaRI, FcGammaRII, FcGammaRIII, FcGammaRI/III und FcRGamma) wie auch durch die Blockade des FcGammaRIV eine starke, zudem organabhängige Beteiligung von FcGammaR an der CD4 TZD gezeigt werden. Während in der Milz die CD4 TZD von FcGammaRIV vermittelt wurde, waren in den Lk und Peyer-Plaques FcGammaRI/III involviert. Diese Befunde korrelierten mit der starken Expression von FcGammaRIV in Milz, Lunge, Darm, Niere und Leber, während in den Lk nur eine schwache und in Thymus und Peyer-Plaques keine Expression detektiert werden konnte. Innerhalb der Milz konnten erstmalig F4/80hoch Makrophagen als FcGammaRIV+ identifiziert und somit als potenzielle Effektorzellen der CD4 TZD bestimmt werden. Der direkte Vergleich der Depletion von CD4+ T-Zellen mit der Depletion von ICOS+ T-Zellen verdeutlichte darüber hinaus, dass die Effizienz der Zelldepletion nicht nur von den Eigenschaften des verwendeten mAk, sondern auch von denen des Zielmoleküls abhängig ist. / Monoclonal antibodies (mAb) are efficiently used for the therapeutic depletion of various cells in vivo yet the mechanisms of depletion are still unclear. In this work, the molecular principles of CD4+ T cell depletion (CD4 Tcd) by a single application of 100 µg of the anti-CD4 mAb YTS191.1.1 were investigated in the mouse. A strong correlation between the depletion and the surface modulation of the CD4 molecule could be observed. At the same time, organ-dependent differences in the kinetics as well as in the efficiency of depletion could be detected. In the thymus, neither modulation nor depletion were detectable. In the spleen and the lymph nodes (Ln), the modulation was strong and the depletion was maximal (80-90%) 48 h after mAb treatment. Interestingly, both modulation and depletion were decreased and delayed (50-60% after 72 h) in the Peyer`s patches. By using C3-deficient mice, no major contribution of complement to the CD4 Tcd was seen. On the contrary, with the help of different FcGamma-receptor (FcGammaR)-deficient mice (FcGammaRI, FcGammaRII, FcGammaRIII, FcGammaRI/III, and FcRGamma) and through the blockade of FcGammaRIV, a strong organ dependent involvement of FcGammaR could be shown. While the depletion in the spleen was clearly dependent on FcGammaRIV, in the Ln and the Peyer`s patches, FcGammaRI/III were involved. These findings correlated with the strong expression of FcGammaRIV in the spleen, the lung, the colon, the kidney, and the liver, while in the Ln the expression was weak and undetectable in the thymus and the Peyer`s patches. For the first time, F4/80high macrophages in the spleen could be identified as also being FcGammaRIV+, and are therfore considered as the potential effector cells of the CD4 Tcd. The direct comparison of the depletion of T cells via CD4 or ICOS pointed out that the target cell depletion is not only dependent on the properties of the mAb used, but also on those of the target molecule.

De nombreux antigènes de tumeur ont été identifiés depuis la découverte du premier antigène de tumeur humain il y a une vingtaine d’années, et plusieurs d’entre eux ont été utilisés comme antigène cible pour l’élaboration de vaccins thérapeutiques anti-Cancer. Cependant, les résultats des essais cliniques visant à évaluer l’efficacité de ces vaccins se sont la plupart du temps révélés décevants. Aussi, il reste indispensable d’identifier de nouveaux antigènes de tumeur cibles capables d’induire des réponses anti-Tumorales fortes et durables. Parmi les antigènes de tumeur considérés comme cibles potentielles pour un vaccin anti-Tumoral se trouve la Cycline B1, une protéine endogène impliquée dans la régulation du cycle cellulaire. Normalement exprimée de façon transitoire dans les cellules saines en division, cette protéine est surexprimée dans diverses tumeurs et est indispensable au développement tumoral. De plus, des réponses immunitaires spontanées spécifiques de cette protéine ont été observées chez des patients atteints de cancer. L’objectif de ma thèse était de caractériser la réponse en lymphocytes T CD4+, qui jouent un rôle capital dans la réponse immunitaire anti-Tumorale, spécifique de la Cycline B1 humaine chez des sujets sains et chez des patients atteints de cancer. Nous avons mis en évidence l’existence, chez des individus sains, de deux populations de lymphocytes T CD4+ préexistants spécifiques de cette protéine, à savoir des lymphocytes T CD4+ naïfs et des lymphocytes T CD4+ mémoires, cette seconde population lymphocytaire se retrouvant également chez des patients atteints de cancer. De multiples épitopes T CD4+ ont été identifiés dans cette protéine, et étaient différemment reconnus par ces deux populations de lymphocytes T CD4+. En outre, des anticorps IgG anti-Cycline B1 ont été détectés chez des patients atteints de cancer comme chez des individus sains, sans différence significative dans les taux d’anticorps entre ces deux catégories de sujets. Ainsi, cette étude montre que la Cycline B1 est un antigène de tumeur caractérisé par un profil singulier de réponses immunitaires, et confirme le potentiel vaccinal de cette protéine pour l’élaboration d’un vaccin anti-Cancer. / Many tumor antigens have been identified since the discovery of the first human antigen about twenty years ago, and some of them have been used as targets for the development of therapeutic cancer vaccines. However, most of the time, the results of clinical trials designed to assess the efficacy of these vaccines proved to be disappointing. Thus, it is still necessary to identify new tumor antigens able to induce strong and long-Lasting anti-Tumor responses that could be used as targets for cancer vaccine. Cyclin B1, an endogenous protein involved in cell cycle regulation, is one of the tumor antigens which are currently considered as potential targets for a cancer vaccine. Usually expressed transiently in healthy dividing cells, this protein is overexpressed in numerous tumors and is necessary for tumor development. Moreover, Cyclin B1 specific spontaneaous immune responses have been observed in cancer patients. My PhD work aimed at characterizing the response of CD4+ T cells, which play a major role in anti-Tumor immune responses, specific to human Cyclin B1 both in healthy individuals and cancer patients. We showed that, in healthy individuals, there exists two pre-Existing Cyclin B1 specific CD4+ T cell populations, namely naive CD4+ T cells and memory CD4+ T cells, the latter lymphocyte population being also found in cancer patients. Multiple CD4+ T cell epitopes have been identified in this protein, and were differently recognized by these two CD4+ T cell populations. Besides, anti-Cyclin B1 IgG antibodies have been detected both in healthy individuals and in cancer patients, without significant differences in antibody levels between these two groups of donors. Therefore, this work shows that Cyclin B1 is a tumor antigen characterized by a singular pattern of immune responses, and confirms the potential of this protein as a target for a cancer vaccine.

La variante lymphocytaire du syndrome hyperéosinophilique (L-SHE) est une pathologie extrêmement rare caractérisée par une prolifération monoclonale de lymphocytes T surproduisant l’interleukine IL-5, responsable d’une hyperéosinophilie persistante. En outre, un immunophénotype aberrant CD3−CD4+ est fréquemment observé à la surface des cellules T clonales. Cette pathologie se distingue par une lymphoprolifération chronique indolente habituellement révélée par une hyperéosinophilie sanguine et une infiltration éosinophilique des tissus cutanés. Toutefois, l’évolution vers un lymphome T observée chez certains patients suggère la présence d’un potentiel malin des cellules T. Ce modèle représente donc une rare opportunité d’identifier les changements moléculaires liés aux différentes étapes du processus transformant lymphoïde T.<p>Dans le cadre de ce travail, nous avons cherché à établir les caractéristiques cytogénétiques et moléculaires des cellules T CD3−CD4+ d’une cohorte de patients L-SHE. L’analyse cytogénétique de cellules T CD3−CD4+ isolées au moment du diagnostic chez deux patientes (P1 et P2) a révélé la présence d’une délétion similaire 6q13-q22.1. En étudiant les stades cliniques successifs de P1 et P2, nous avons montré la persistance des cellules porteuses de la délétion 6q au cours de la progression chronique et leur prédominance lors du développement d’un lymphome T chez P1. Ces résultats suggèrent l’implication précoce et potentiellement critique de la délétion 6q dans cette pathologie lymphoproliférative T. L’analyse des dérégulations transcriptionnelles résultant de ce remaniement a montré une réduction de l’expression des gènes pro-apototiques BACH2 et PA26 dans les cellules T CD3−CD4+ de P1 et P2. En particulier, BACH2, dont l’expression diminue continuellement au cours de l’évolution de P1, jouerait un rôle oncosuppresseur dans la lymphogenèse T.<p>Afin d’identifier les modifications moléculaires des cellules T clonales, nous avons analysé l’expression de 95% des gènes humains dans les cellules T CD3−CD4+ de trois patients en phase chronique (P1, P2 et P3). La grande homologie des changements transcriptionnels chez les trois patients indique une altération des mêmes mécanismes moléculaires. Ainsi, un profil immunophénotypique exhaustif, validé chez trois patients supplémentaires, a pu être établi. En outre, les dérégulations des voies apoptotiques, TGFβ ou<p>9<p>encore de signalisation intracellulaire altèrent l’homéostasie des cellules T CD3−CD4+ pouvant favoriser la perte de la capacité apoptotique et/ou la croissance cellulaire. Cette signature moléculaire a été étendue par l’identification de 20 microARNs dont l’expression est dérégulée dans les cellules T CD3−CD4+ d’une cohorte de 6 patients. Par ailleurs, la modification de l’expression des récepteurs impliqués dans la migration leucocytaire au cours de l’évolution de P1 pourrait expliquer l’infiltration ganglionnaire des cellules T clonales et la progression du lymphome.<p>La caractérisation des désordres cytogénétiques et moléculaires des cellules T CD3−CD4+ chez les patients L-SHE permettrait à terme d’identifier de nouveaux marqueurs diagnostiques et contribuer ainsi au développement de nouvelles cibles thérapeutiques dans une grande diversité de pathologies lymphoprolifératives de type Th2. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

IntroductionSars-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus-2) is an RNA virus that causes Covid-19 disease. This disease started in the city of Wuhan in China. This is not the first time that the coronavirus has caused an outbreak, in the last twenty years the coronavirus SARS-CoV (Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus) and MERSCoV (Middle East Respiratory Syndrome coronavirus) have caused two major outbreaks. The main structure of SARS-CoV-2 is built from membrane (M), envelope (E), nucleocapsid (N) and spike (S). When the body is infected by the virus, the virus enters the host cells by binding to the ACE2 receptor. Once the virus has entered the cell, it releases viral RNA. The virus's particles multiply inside the cell. New virus particles from the infected cell are produced, which in its turn infect new cells. The immune system against SARS-CoV-2 involves both the cellular and humoral arms, with neutralizing antibodies directed primarily against the S antigen.ObjectivesThis research aimed to study the litteratur describing how long the antibodies and memory cells remain in the blood, and how long the protection against the virus lasts.MethodThis work was based on six scientific articles to answer the question: How long protective antibody levels last in the plasma after resolution of a Covid-19 infection? To answer the question, the levels of the antibodies of different classes, IgG, IgM and IgA, against the receptorbinding domain (RBD)/ S, N protein were analysed as reported in litterature, as well as the reported amounts of T memory cells and B memory cells.ResultsHumans produce SARS-CoV-2-specific antibodies, especially IgM and IgG antibodies, and T cells response to SARS-CoV-2 infection. IgG and IgM antibody levels were higher in patients whith severe Covid-19 than in mild cases. Studies cohort included patients from 18 to 90 years old. The studies lasted on from three months and up to one year.

Dans les conditions physiologiques des robustes mécanismes immunologiques empêchent le développement des réponses exagérées aux antigènes alimentaires. En revanche, dans le cas de maladie céliaque, qui affecte environ 1% de la population occidentale, l’exposition au gluten alimentaire d’individus génétiquement prédisposés HLA-DQ2.5/DQ8 provoque l’entéropathie chronique de l’intestin grêle. Les études précédentes chez l’homme ont établi le rôle crucial de la réponse cellulaire T CD4+ restreinte par HLA-DQ2.5/DQ8 et spécifique du gluten. La réponse T CD4+ est nécessaire mais cependant insuffisante pour induire des lésions tissulaires. D’autres études ont suggéré le rôle de l’interleukine 15 (IL-15). Ainsi, l’IL-15 surexprimée dans la muqueuse des patients céliaques peut interférer avec les mécanismes d’immunorégulation et stimuler l’activation des lymphocytes intraépithéliaux T CD8+ cytotoxiques probablement induisant des lésions épithéliales. Comment les cellules T CD4+ spécifiques du gluten et l’IL-15 interagissent pour activer les lymphocytes intraépithéliaux T CD8+ et induisent des lésions n’a pas été toutefois établi. Pour répondre à cette question, nous avons créé un modèle murin basé en croisant des souris OTII possédant des cellules T CD4+ spécifiques de l’antigène modèle, ovalbumine, avec les souris transgéniques hétérozygotes surexprimant une forme secrétée de l’IL-15 humaine dans l’épithélium intestinale (souris hIL-15Tge). Les souris obtenues OTII+/- B6 and OTII+/- hIL-15Tge+/- ont été mises au régime riche en ovalbumine depuis la période prénatale jusqu’à l’âge de 3 mois. Les souris OTII+/- hIL-15Tge+/-, contrairement aux souris OTII+/- B6, exposées de façon chronique à l’ovalbumine ont développé un retard de croissance et une atrophie villositaire associée à l’expansion des cellules intestinales T CD8+ cytotoxiques, comme dans la maladie céliaque. En outre, nous avons démontré que l’IL-15 altérait l’immunorégulation par les cellules T FoxpP3+ et coopérait avec l’IL-2, produite par les cellules T CD4+ activées par l’OVA, pour l’expansion des cellules T CD8+ non-spécifiques de l’OVA. Nous suggérons que le scénario similaire pourrait opérer dans la maladie céliaque. Au cours de cette étude, j’ai observé que la surexpression chronique de l’IL-15 était associée avec l’expansion de cellules dendritiques CD103+CD11c+CD11b-. Dans la partie de résultats supplémentaires, j’ai démontré que cet effet dépend de la production de la cytokine GM-CSF secrétée par les cellules Natural Killer (NK) activées par l’IL-15 et que ces cellules dendritiques étaient enrichies en cellules CD103+ ayant une capacité accrue de cross-présentation in vitro. Ces derniers résultats illustrent comment l’IL-15 peut moduler les réponses immunes adaptatives en orchestrant la coopération entre les cellules NK et les phagocytes mononucléaires. / In physiological conditions, robust immunological mechanisms avoid adverse responses to food antigens. In contrast, in celiac disease that affects about 1% of Western populations, exposure to dietary gluten of genetically predisposed HLA-DQ2.5/ DQ8 individuals triggers a chronic small intestinal enteropathy. Previous studies in humans have established the crucial role of HLA-DQ2/DQ8 restricted gluten-specific intestinal CD4 T cell response. This CD4 T cell response is necessary but is however not sufficient to induce tissue damage. Other studies have pointed to the role of interleukin 15 (IL-15). Thus, IL-15 over-expressed in the mucosa of celiac patients can interfere with immunoregulatory mechanisms and stimulate the activation of cytotoxic CD8 T intraepithelial lymphocytes, thought to induce epithelial lesions. Whether and how gluten-specific CD4 T cells and IL-15 interact to activate CD8 T intraepithelial lymphocytes and to drive intestinal tissue damage has not been however established. To address this question, we have set up a mouse model based on the breeding of OTII mice possessing CD4 T cells specific of a model antigen, ovalbumin, with heterozygous transgenic mice overexpressing a secreted form of human IL-15 in intestinal epithelium (hIL-15Tge mice). Resulting OTII+/- B6 and OTII+/- hIL-15Tge+/- mice were exposed to dietary ovalbumin from the prenatal period until 3 months of age. Upon chronic exposure to ovalbumin, OTII+/- hIL-15Tge+ mice, contrary to their OTII+/- B6 littermates, developed growth retardation, and villous atrophy associated with expansion of intestinal cytotoxic CD8 T cells, as in celiac disease. Moreover, we showed that IL-15 impaired immunoregulation by FoxP3+ T cells and cooperated with IL-2 produced by OVA-activated CD4 T cells to stimulate the expansion of non-cognate cytotoxic CD8 T cells. We suggest that a comparable scenario can operate in celiac disease. During this study, I observed that chronic overexpression of IL-15 was associated with an expansion of CD103+CD11c+CD11b- mononuclear cells. In the Supplementary results, I have shown that this effect depends on the production of GM-CSF secreted by IL-15-activated NK cells and that CD11c+ DCs differentiated in mice overexpressing IL-15 were enriched in CD103+ cells and displayed enhanced cross-presentation abilities in vitro. The latter results illustrate how IL-15, by orchestrating a crosstalk between NK cells and mononuclear phagocytes, can modulate adaptive immune responses.

Helper T cells direct the immunological response to foreign pathogens and cancer. To become activated, helper T cells must recognize unique peptides presented on major histocompatibility complex II (pMHCII) by antigen presenting cells (APCs) with their T cell receptor (TCR). While much is known about helper T cell activation signaling cascades and the subsequent roles of helper T cell subsets, the initiation of helper T cell activation by the TCR and other co-receptors is less well understood. Specifically, the affinity of the TCR for its pMHCII can change helper T cell subset fate, proliferation, and alter the risk for activation induced cell death. High affinity TCRs are attractive targets for immunotherapies, but little is known about how helper T cells respond to high affinity TCRs. Here we describe high affinity TCR activation thresholds for both full length TCRs and chimeric antigen receptor TCRs both with and without the presence of the coreceptor CD4 and propose a mechanism whereby CD4 inhibits T cell activation via Lck sequestration and a CD4-independent method. Dysregulated helper T cells play critical roles in the development and perpetuation of systemic lupus erythematosus (SLE), a systemic autoimmune disease that causes widespread inflammation and organ damage throughout the body. Chronic inflammation in SLE affects the immune response to viruses and the risk of developing cancer. However, in SLE patients, it is unclear if viruses initiate the development of cancer directly or if the effects are non-interacting and concomitant. Here we describe the interactions between SLE, viruses, and cancer risk revealing that viruses and SLE do interact to increase the both the overall cancer risk and the risk for hematological malignancies. Due to vaccine efficacy, vaccine preventable diseases (VPDs) are no longer commonly experienced or understood by the public. Vaccines are a victim of their own success and according to the World Health Organization (WHO), vaccine hesitancy (VH) is one of the top threats to global health. VH is the refusal to accept vaccinations and the reasons for VH vary across time, place, and vaccine. Refuting VH is difficult as directly confronting false assumptions can cause individuals to become more entrenched in their position resulting in confirmation bias. Adults with VH attitudes are often motivated by concerns over personal liberty, harm, independence, and body purity. Here we describe the results of a VPD interview- and education-based intervention geared towards promoting positive vaccine attitudes for young adults and demonstrate that education focused on VPDs is more effective than vaccine safety.