Historiquement, les LT CD8 cytotoxiques ont été considérés comme la seule composante cellulaire du système immunitaire nécessaire et suffisante pour l’élimination de cellules infectées par des virus ou transformées, les LT CD4 ne jouant qu’un rôle auxiliaire, dans le développement et le maintien de la réponse immune effectrice, ou modulateur par la fonction suppressive des T-Reg. Aux côtés, de ces fonctions auxiliaires ou suppressive, nombre de données indiquaient que les LT CD4 pouvaient également exercer une activité cytotoxique directe. Nos travaux ont permis par l’analyse chez l’Homme, de l’expression des récepteurs α à l’IL-2 (CD25) et à l’IL-7 (CD127) à la surface des LT CD4 du sang périphérique d’identifier une population singulière de LT CD4 caractérisée par l’absence de ces deux molécules. Ces LT CD4, CD25-CD127-, faiblement représentées chez les sujets sains, entre 0,2-2% des LT CD4 totaux du sang périphérique, étaient fortement augmentées, entre 2-20% dans les infections chroniques VIH et Tuberculose, et notamment dans les cancers incluant les mélanomes uvéaux métastatiques (Mum) et les cancers du sein. Puisque prédominant dans des situations de stimulation chronique, ces LT CD4 ont été définis comme des LT CD4 chroniquement stimulés : chCD4. Dans le sang périphérique de patients atteints de cancer comme chez les sujets sains, la majorité de ces chCD4 arboraient un phénotype mémoire/effecteur (CD45RO+). Cependant, dans les Mum et les cancers du sein la proportion de chCD4 effecteurs (CD45RO+CD27-) était fortement augmentée. Par ailleurs, si la plus part de ces cellules effectrices apparaissaient à un stade de différenciation terminale (CD57+), elles présentaient toutes les mêmes caractéristiques phénotypiques distinctes, définies par l’absence d’expression de la molécule de co-stimulation CD28 coordonnée à l’expression à leur surface de l’intégrine CD11b et du récepteur NK, 2B4. Dans les chCD4 effecteurs, nous avons également mis en évidence la présence spécifique de granules cytoplasmiques concentrant granzyme B et perforine, molécules impliquées dans la cytotoxicité directe de cellules cibles. Cette propriété fonctionnelle a été démontrée par des tests de cytotoxicité redirigée et était restreinte aux chCD4 effecteurs en comparaison aux autres sous-populations effectrices de LT CD4 conventionnels et T-Reg. L’analyse du profile de sécrétion de cytokines, révèle l’absence total de production d’IL-17 et un profile orienté Th1, soulevant la question du lignage de cette population particulière. L’absence d’expression de Ki67, marqueur des cellules en cycle, au sein de cette population de LT CD4 cytotoxiques, parallèlement à leur accumulation, suggérait qu’elles seraient capables de persister à l’état quiescent chez les patients. Par ailleurs, dans les Mum, nous avons mis en évidence que l’augmentation importante du nombre de chCD4 chez les patients, concordait avec la présence d’expansions oligoclonales au sien de cette population, et démontré une corrélation positive entre le pourcentage des cellules effectrices, chCD4 et LT CD8, LT CD8 parmi lesquels nous avons déterminé une fréquence élevée de cellules répondeuses spécifiques d’antigènes tumoraux associés à la tumeur. Nos travaux ont également permis d’évaluer l’impact de la chimiothérapie sur les populations lymphocytaires dans le sang périphérique. Chez les patientes atteintes de cancer du sein, traitées par chimiothérapie néo-adjuvante, c’est-à-dire préopératoire, nous avons constaté une augmentation du nombre de chCD4 chez 17/22 patientes. Nous avons mis en évidence que cette augmentation sous traitement était fortement corrélée au pourcentage de régression tumorale. L’ensemble de ces résultats apporte une nouvelle vision des LT CD4 dans l’immunité tumorale. (...) / Historically, CD8 positive Cytotoxic T Lymphocytes (CTL) have been associated with an effector immune response, while T cells with a CD4 phenotype where considered helper T cells. More recent data suggest that CD4 positive T cells are also capable of a direct cytotoxic activity. Through a systematic analysis of the IL-2 (CD25) as well as IL-7 (CD127) receptors α on the surface of CD4+ CTL in peripheral blood of patients before during and after treatment we were able to identify a specific CD4+ T cell population devoid of expression for these 2 molecules. These CD4+, CD25-CD127-, T cells only represent 0,2-2% of the total CD4+ pool in peripheral blood of healthy donors, while in the presence of a chronic infectious disease such as HIV or tuberculosis they were increased, representing up to 2-20% of all CD4+ T cells. Similarly, high numbers of CD4+, CD25-CD127-, T cells could be identified in the circulation in patients with metastatic uveal melanoma (muM) or with breast cancer. These chronically stimulated T cells (chCD4) demonstrate a memory effector phenotype (CD45RO+); while the majority shows a terminally differentiated phenotype (CD57+), these T cells all arbore distinct phenotypic characteristics as defined by the absence of expression of CD28 together with the presence of a surface expression of integrin CD11b and of the NK receptor, 2B4. The presence of cytoplasmic granules concentrating granzyme B and perforin, known to be responsible for T cell cytotoxicity, were identified in effector chCD4 while they were absent in conventional CD4+ T cells as well as in Tregs. This cytotoxic potential was demonstrated through redirected cytotoxicity assays that functionally confirm this feature of these chronically activated CD4+ T cells. The secretory cytokine profile showed absent IL-17 levels and a Th1 orientation, asking questions as regards to the lineage of this particular T cell population. Ki67 expression, a marker of cell proliferation, was absent, suggestive of their ability to persist quiescently in patients. However in muM patients we were able to demonstrate a vast oligoclonal increase in chCD4+ T cells, which correlated positively with CD8+ T cells. We were able to detect a high frequency of T cells responding against a specific tumor antigen among these CD8+ T cells. We furthermore studied the effects of chemotherapy on peripheral lymphocyte populations. In breast cancer patients who had been treated with preoperative (neoadjuvant) chemotherapy we detected high levels of effector chCD4 in 17/22 patients. Of particular interest was the fact that this increase through a course of chemotherapy treatment was strongly correlated to the percentage of regression of the original tumor. Together, these results cast new light on the role and function of CD4+ T cells in tumor immunity. Our observations show that CD4+ cytotoxic T lymphocytes do exist and suggest for the first time in human that they may have an important role in response to treatment and in particular in the establishment of a durable protective immune response.

Chez les mammifères, les lymphocytes T CD4 sont essentiels à la défense de l’organisme contre des infections par des pathogènes ou le développement de tumeurs. Après activation, les lymphocytes T CD4 naïfs ont la capacité de se différencier en divers lymphocytes T helper (Th1, Th2, Th17…) en fonction des signaux reçus. Le choix du lignage permet d’adapter le phénotype et la fonction des cellules au type de danger détecté. Le processus de différenciation des lymphocytes T helper implique l’établissement de programmes d’expression des gènes distincts. La dynamique et la stabilité de ces programmes sont notamment régulées par l’activité d’éléments cis-régulateurs. Le but de ma thèse était de comprendre les mécanismes épigénétiques qui contrôlent la programmation des lymphocytes T CD4. Dans cet objectif, nous avons étudié le rôle de la H3K9 méthyl-transférase SETDB1 dans la différenciation des lymphocytes T CD4 en Th1 et Th2, deux lignages T helper fortement antagonistes. Nous avons découvert que SETDB1 réprime de manière critique le programme d’expression des gènes Th1. En effet, en l’absence d’expression de Setdb1, la différenciation Th1 est exacerbée. De plus, lorsqu’elles sont exposées à un signal pro-Th1, les cellules Th2 franchissent les barrières de lignage et se transdifférencient en Th1. De manière surprenante, SETDB1 ne cible pas directement les enhancers Th1. Au contraire, l’enzyme dépose de manière type cellulaire spécifique la marque répressive H3K9me3 au niveau d’un set restreint de rétrovirus endogènes (ERVs). Des analyses bio-informatiques ont indiqué que les rétrotransposons ciblés sont fortement associés à des gènes impliqués dans les processus immunitaires. La suite de ces analyses a indiqué que ces ERVs flanquent et répriment l’activité d’éléments cis-régulateurs des gènes Th1, ou agissent eux même comme des enhancers du lignage. En conclusion, la déposition de H3K9me3 par SETDB1 garantit l’intégrité des lymphocytes T helper en réprimant un panel d’ERVs qui ont été exaptés en modules cis-régulateurs pour façonner et contrôler le réseau de gènes Th1. / CD4 T lymphocytes play a central role in the defense of mammal organisms against infections by pathogens and the development of tumors. Upon activation, naïve CD4 T cells differentiate into distinct helper cell subsets depending on environmental cues. T helper cells are key players of the immune system as they finely orchestrate immune responses in a danger-adapted manner. The process of T helper differentiation relies on the establishment of complex and lineage-specific gene expression programs. The dynamics and stability of these programs are regulated at the chromatin level through epigenetic control of cis-regulatory elements. My thesis objective was to investigate the epigenetic pathways involved in the regulation of enhancer activity in CD4 T cells. In this purpose, we studied the role of the H3K9 specific methyltransferase SETDB1 in the differentiation of Th1 and Th2 cells, which are strongly antagonistic. We report that SETDB1 critically represses the Th1 gene expression program. Indeed, Setdb1-deficient naïve T cells show exacerbated Th1 priming. Moreover, when exposed to a Th1-instructive signal, SETDB1-deficient Th2 cells cross lineage boundaries and transdifferentiate into Th1 cells. Surprisingly, SETDB1 does not directly target Th1 enhancers to heterochromatin. Instead, SETDB1 deposits the repressive H3K9me3 mark at a restricted and cell type specific set of endogenous retroviruses, strongly associated with genes involved in immune processes. Further bioinformatic analyses indicated that these retrotransposons flank and repress Th1 gene cis-regulatory elements or behave themselves as Th1 gene enhancers. Thus, H3K9me3 deposition by SETDB1 ensures T cell lineage integrity by repressing a repertoire of ERVs that have been exapted into cis-regulatory modules to shape and control the Th1 gene network.

Les lymphocytes T CD4 naïfs sont des cellules plastiques, capables de moduler finement leur programmation selon les signaux environnementaux qu'ils intègrent. Ils adaptent ainsi leur phénotype et leur fonction au type de danger Lors d'une infection par un agent pathogène intracellulaire par exemple, ils acquièrent un phénotype Th1 sous l'influence de médiateurs solubles tels que l'IL-12 et l' IFN-γ. Ces signaux mobilisent un set restreint de facteurs de transcription, coordonné par Tbet, qui programment la cellule afin qu'elle induise l'élimination du danger par des mécanismes impliquant une production massive d'IFN-γ. En réponse à des allergènes ou à des parasites extracellulaires, les lymphocytes T peuvent aussi acquérir un phénotype Th2, caractérisé par l'expression du facteur de transcription Gata-3 et par la production d'IL-4, d'IL-5 et d'IL-13. Afin de garantir la stabilité des lignages, ces processus de différenciation peuvent s'accompagner d'une perte de potentialité. Contrairement aux cellules T naïves, les cellules Th1 sont par exemple incapables d'allumer le programme d'expression génique Th2 en présence d'IL-4, et les lymphocytes Th2 verrouillent le programme Th1. Si nous savons aujourd'hui que l'acquisition des fonctions effectrices, comme l'équilibre entre détermination cellulaire et plasticité, sont régulés par des mécanismes épigénétiques, la plupart des acteurs moléculaires qui contrôlent la programmation des lymphocytes T au niveau de la chromatine reste encore à identifier. Durant ma thèse, j'ai étudié le rôle de la lysine méthyltransférase SETDB1, qui catalyse la di- ou tri-méthylation de la lysine 9 de l'histone 3 (H3K9me3), dans la différenciation des lymphocytes T CD4. Il avait déjà été proposé qu'H3K9me3 ait un impact sur la programmation de ces cellules en réponse aux signaux de l'environnement, mais personne n'avait encore étudié le rôle de SETDB1 dans ces processus lorsque j'ai commencé ma thèse. A l'aide d'une lignée murine déficiente pour SETDB1 spécifiquement dans les lymphocytes T, nous avons montré in vitro et in vivo que la balance Th1/Th2 est fortement augmentée en l'absence de l'enzyme, et que cette dérégulation résulte d'une perte de répression du réseau génique Th1. [...] / Upon activation, naïve CD4 T cells differentiate into distinct helper or regulatory T cell subsets depending on environmental signals received. This process relies on complex and lineage-specific gene expression programs whose dynamics and stability are regulated at the level of the chromatin. The epigenetic pathways involved, however, remain largely unknown. Here, we report that the histone methyltransferase SETDB1 critically controls the Th1 gene expression program. SETDB1-deficient naïve CD4 T cells show exacerbated Th1 priming, and when exposed to a Th1-instructive signal, SETDB1-deficient Th2 cells cross lineage boundaries and transdifferentiate into Th1 cells. Surprisingly, SETDB1 does not appear to control Th1 gene promoter activity. Instead, it deposits the repressive H3K9me3 mark at a restricted and cell-type specific set of endogenous retroviruses (ERVs) strongly associated with genes involved in immune processes. Refined bioinformatic analyses indicated that these retrotransposons either flank and repress Th1 gene cis-regulatory elements or behave themselves as Th1 gene enhancers. In conclusion, H3K9me3 deposition by SETDB1 ensures T cell lineage integrity by repressing a repertoire of ERVs that have been exapted into cis-regulatory modules to shape and control the Th1 gene network.

Stress, either physical or psychological, can have a dramatic impact on our immune system. There has been little progress, however, in understanding chronic stress-induced immunosuppression. Naive CD4+ T cells could modulate immune responses via differentiation to T helper (Th) cells. In this study, we showed that stress promotes the release of the Th1 cytokines interferon (IFN)-γ and tumor necrosis factor (TNF)-α, the Th2 cytokines interleukin (IL)-4 and IL-10 and the Th17 cytokine IL-17 of splenic naive CD4+ T cells. This suggests that stress promotes the differentiation of naive CD4+ T cells to Th1, Th2 and Th17 cells. Knockout strategies verified that TLR2 might modulate the differentiation of Th1/Th2 cells by inhibiting p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK). Taken together, our data suggest that chronic stress induces immune suppression by targeting TLR2 and p38 MAPK in naive CD4+ T cells.

CD4+-T-Helferzellen sind in großer Zahl in der entzündeten Synovialmembran bei rheumatoider Arthritis (RA) sowie in Arthritismodellen vorhanden und spielen mit großer Wahrscheinlichkeit eine bedeutende Rolle in der Pathogenese von Arthritiden. Bei der präventiven Behandlung mit drei verschiedenen Anti-CD4 monoklonalen Antikörpern (mAk) im Modell der Adjuvansarthritis der Ratte (AA) wurden abhängig von dem jeweils eingesetzten mAk unterschiedliche klinische Verbesserungen beobachtet. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand deshalb die Suche nach Parallelen zwischen der unterschiedlichen klinischen Effizienz der Anti-CD4 mAk W3/25, OX35 (klinisch effizient) und RIB5/2 (klinisch ineffizient) bei der präventiven Therapie der AA und ihren in vitro Effekten auf TZell-Funktionen als Erklärung für die unterschiedlichen Therapieeffekte. Keine klaren Parallelen zur differentiellen klinischen Effizienz ergaben sich bei den folgenden Untersuchungen: 1.) Bestimmung der Affinitäten der mAk zum CD4-Molekül. 2.) Inhibition der Proliferation in der primären gemischten Lymphozytenkultur (1° MLC) mit CD4+-T-Zellen und CD8+-T-Zellen durch die drei mAk 3.) Beeinflussung der Produktion der Zytokine IL-2, IFNg, IL-10 und IL-4 in verschiedenen experimentellen Ansätzen (sekundäre MLC nach Anwesenheit der mAk in der 1° MLC, Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels der mAk nach bzw. vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR). 4.) Einfluss der drei Anti-CD4 mAk auf die TZR-vermittelte Apoptose. 5.) Mobilisierung von intrazellulärem Kalzium durch CD4-Kreuzvernetzung mittels der mAk. 6.) Aktivität der Tyrosinkinasen p56lck und p59fyn nach CD4-Kreuzvernetzung mittels der mAk. 7) Phosphorylierung des Shc-Adaptermoleküls durch CD4-Kreuzvernetzung mittels der drei mAk. 8.) Effekte der drei mAk auf die Aktivität der Transkriptionsfaktoren NF-AT und AP-1. Dagegen ergaben sich bei den Untersuchungen zur Produktion von TNFa und zur Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-kB eindeutige Parallelen zur differentiellen klinischen Effizienz: 1.) Die Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels des mAk RIB5/2 nach bzw. vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR induzierte eine signifikant höhere Sekretion von TNFa als mit den mAk W3/25 und OX35. 2.) Die Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels des mAk RIB5/2 vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR führte zu einer signifikant stärkeren Erhöhung der Aktivität von NF-kB als mit den mAk W3/25 und OX35. Beide differentiellen Effekte könnten daher die Erklärung für die unterschiedliche klinische Effizienz der drei Anti-CD4 mAk darstellen.

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La transplantation allogénique de cellules souches hématopoïétiques est une technique très efficace pour traiter différents cancers du sang. Malheureusement la réaction du greffon contre l’hôte (GVHD) demeure la cause principale de morbidité et de mortalité post-greffe. La GVHD entraîne une diminution de la reconstitution immunitaire ce qui accentue considérablement l’immunosuppression associée à ce traitement et de ce fait augmente les risques d’infection et de rechute. Notre laboratoire a démontré précédemment que les niveaux élevés d’IL-7 dans des hôtes lymphopéniques interféraient avec la capacité des cellules dendritiques (DC) à soutenir la prolifération homéostatique (PH) des lymphocytes T CD4+. Puisque les niveaux d’IL-7 sont aussi élevés dans un contexte de GVHD, nous avons émis l’hypothèse que la signalisation de l’IL-7 sur les DC pouvait contribuer à diminuer la reconstitution immunitaire des lymphocytes T CD4+. Pour répondre à cette question, nous avons utilisé le modèle murin de GVHD C57BL/6 (B6) dans B6D2F1. Afin de régénérer une niche hématopoïétique permissive à la PH des lymphocytes T CD4+, nous avons transplanté des souris B6D2F1 avec de la moelle osseuse de souris B6 IL-7Rα-/-. La GVHD a été induite en transférant des lymphocytes T B6 réactifs aux cellules B6D2F1. Dans les souris contrôles, la PH des lymphocytes T CD4+ est maintenue. Par contre, la PH est absente dans les souris en GVHD malgré la présence d’une niche périphérique qui ne répond pas à l’IL-7. L’absence de PH des lymphocytes T CD4+ durant la GVHD est associée à une diminution du nombre de DC. En utilisant un test de cytotoxicité in vivo nous démontrons que les DC B6 générées dans une hôte B6D2F1 sont éliminées par les lymphocytes T B6 alloréactifs. En conclusion, nos résultats démontrent que l’immunosuppression associée à la GVHD est en partie causée par une élimination des DC par les lymphocytes T allogéniques. Nous postulons donc que la perte des DC, et non la signalisation de l’IL-7 sur les DC, est le facteur limitant la PH des lymphocytes T CD4+ durant la GVHD. / Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (SCT) is an effective treatment for numerous types of haematological malignancies. However, graft-versus-host disease (GVHD) remains the major cause of morbidity and mortality following SCT. GVHD is associated with poor immune reconstitution and its adverse effect on T cell regeneration greatly exaggerates the immunodeficiency normally associated with SCT. As a result, patients experiencing GVHD present deficit in T cells that can last for several years. Our laboratory has demonstrated that elevated systemic IL-7 found during lymphopenia can interfere with the capacity of dendritic cells (DC) to support the homeostatic proliferation (HP) of CD4+ T cells. Since IL-7 levels are also elevated during GVHD, we hypothesized that IL-7 signaling in DC could also contribute to diminished T cell reconstitution in this setting. We used the well describe GVHD mouse model C57BL/6 (B6) into B6D2F1 to study the contribution of IL-7 signalling in DC on CD4+ T cell regeneration during GVHD. To regenerate a peripheral niche permissive for CD4+ T cells HP, we transplanted B6D2F1 mice with bone marrow (BM) from B6 IL-7Rα-/- mice. Finally, GVHD was induced with 1x106 of alloreactive B6 T cells. In control mice transplanted with IL-7Rα-/- BM cells, CD4+ T cells HP is efficiently supported. In contrast, CD4+ HP is completely abrogated in GVHD mice despite the presence of a peripheral niche that does not signal IL-7. Loss of CD4+ HP during GVHD was associated with diminished number of DC. Using an in vivo cytotoxic assay, we demonstrated that B6 DC can be eliminated by alloreactive B6 T cells when these cells developed into B6D2F1 hosts. In conclusion, our data demonstrates that the immunosuppression associated with GVHD is in part related to the elimination of donor-derived DC by donor alloreactive T cells. Therefore, we postulate that loss of DC, and not IL-7 signaling in DC, represents the limiting factor that contains CD4+ HP during GVHD.

Les cellules T CD4+ humaines sont hétérogènes du point de vue de la permissivité à l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Notre laboratoire a préalablement démontré que les cellules Th1 à phénotype CXCR3+CCR6- sont relativement résistantes à l’infection par le VIH-1 alors que les cellules Th1Th17 à phénotype CXCR3+CCR6+ y sont hautement permissives. La réplication du VIH dépend de plusieurs facteurs cellulaires de restriction ou de permissivité agissant à différentes étapes du cycle viral. Toutefois, malgré plusieurs avancées, la compréhension des voies de signalisation cellulaire impliquées dans la régulation de la réplication du VIH est encore limitée. L’objectif majeur de ce projet de maîtrise est de caractériser les mécanismes moléculaires de la permissivité et de la résistance au VIH respectivement dans les cellules Th1Th17 et Th1. Ce mémoire est divisé en quatre parties qui visent: (i) l’identification des voies canoniques et des fonctions biologiques différemment régulées dans les cellules Th1Th17 versus Th1 par l’analyse de leur transcriptome au niveau du génome entier; (ii) la validation de l’expression différentielle des gènes d’intérêt identifiés par biopuces au niveau des transcrits et des protéines; (iii) la caractérisation du rôle fonctionnel de certains de ces facteurs (i.e., PPARG, AhR) sur la réplication du VIH dans les cellules Th1Th17 versus Th1; et (iv) l’identification du niveau auquel ces facteurs interfèrent avec le cycle de réplication du VIH. Nos résultats d’analyse du transcriptome du génome entier par Gene Set Enrichment Analysis et Ingenuity Pathway Analysis indiquent que les cellules à profil Th1Th17 sont plus susceptibles à l’activation cellulaire et à l’apoptose, favorisent plus l’inflammation et expriment moins fortement les gènes liés à la dégradation protéosomale comparé aux cellules à profil Th1. Ces différences dans la régulation de diverses voies et fonctions biologiques permettent en partie d’expliquer la susceptibilité à l’infection par le VIH dans ces cellules. Nous avons ensuite confirmé l’expression différentielle de certains gènes d’intérêt dans les cellules Th1Th17 (CXCR6, PPARG, ARNTL, CTSH, PTPN13, MAP3K4) versus Th1 (SERPINB6, PTK2) au niveau de l’ARNm et des protéines. Finalement, nous avons démontré le rôle des facteurs de transcription PPARG et AhR dans la régulation de la réplication du VIH. L’activation de la voie PPARG par la rosiglitazone induit la diminution importante de la réplication du VIH dans les cellules T CD4+, alors que l’activation de la voie AhR par les ligands exogènes TCDD et FICZ augmente de façon significative la réplication virale. Nous proposons que la voie PPARG agit comme un régulateur négatif de la réplication du VIH dans ces cellules, en interférant avec la polarisation Th17 et probablement en inhibant l’activité transcriptionnelle du facteur NF-kB. Les rôles des formes nucléaires versus cytoplasmiques du récepteur Ahr semblent être diamétralement opposés, dans la mesure où l’interférence ARN contre AhR s’associe également à l’augmentation de la réplication virale. Il est ainsi possible que la forme cytoplasmique d’AhR, connue par son activité E3 ligase, participe à la dégradation protéosomale des particules virales. Le mécanisme par lequel le AhR nucléaire versus cytoplasmique interfère avec la réplication virale est en cours d’étude au laboratoire. Cette étude représente la première caractérisation de l’expression différentielle de gènes au niveau du génome entier de sous-populations T CD4+ permissives versus résistantes à l’infection par le VIH. Nos résultats identifient de nouvelles cibles moléculaires pour de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à limiter la réplication du VIH dans les lymphocytes T CD4+ primaires. / Human CD4+ T cells are heterogeneous in terms of permissiveness to infection by the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1). Our laboratory previously demonstrated that Th1 cells (CXCR3+CCR6- phenotype) are relatively resistant to infection, whereas Th1Th17 cells (CXCR3+CCR6+ phenotype) are highly permissive to HIV-1. HIV replication depends on several cellular restriction or permissiveness factors acting at different stages of the viral life cycle. However, despite several advances, our knowledge on signaling pathways involved in HIV replication is still limited. The main objective of this MSc degree project is to characterize the molecular mechanisms of permissiveness and resistance to HIV in Th1Th17 and Th1 cells respectively. This thesis is divided into four parts, aiming at : (i) the identification of canonical pathways and biological functions differentially regulated in Th1Th17 vs Th1 cells through the analysis of their whole genome transcriptome; (ii) the validation of differential expression of relevant genes identified by microarrays at mRNA and protein levels; (iii) the characterization of the functional role of some of these factors (i.e. PPARG, AhR) on HIV replication in Th1Th17 versus Th1 cells; and (iv) the identification of the level at which these factors interfere with the HIV replication cycle. Our analysis of the large sets of microarray data by Gene Set Enrichment Analysis and Ingenuity Pathway Analysis indicate that Th1Th17 compared to Th1 cells are more susceptible to cell activation and apoptosis, promote superior inflammation and express at low levels genes related to the proteosomal degradation. These differences in the regulation of various biological functions and pathways can partly explain the susceptibility to HIV infection in these cells. We then confirmed the differential expression of some genes of interest in Th1Th17 (CXCR6, PPARG, ARNTL, CTSH, PTPN13, MAP3K4) versus Th1 (SERPINB6, PTK2) cells at mRNA and protein levels. Finally, we demonstrated the role of the transcription factors PPARG and AhR in the regulation of HIV replication. The activation of PPARG by rosiglitazone induces an important decrease in HIV replication in CD4+ T cells, while AhR activation by its exogenous ligands TCDD and FICZ promotes viral replication. We propose that the PPARG pathway acts as a negative regulator of HIV replication in these cells by interfering with Th17 polarization and probably by inhibiting the transcriptional activity of NF-kB. The role of nuclear versus cytoplasmic AhR appears diametrically opposed, since RNA interference against AhR is also associated with a significant increase in HIV replication. It is thus possible that the cytoplasmic form of AhR, known for its E3 ubiquitine ligase activity, is involved in proteasomal degradation of the viral particles. The mechanism by which the nuclear versus cytoplasmic form of AhR interferes with viral replication is being studied in the laboratory. This study represents the first characterization of the differential expression of genes in the entire genome of CD4+ T subpopulations permissive (Th1Th17) versus resistant (Th1) to infection by HIV. Ours results identify new molecular targets for therapeutic strategies to limit HIV replication in primary CD4+ T lymphocytes.

L’anticorps monoclonal anti-CD20 (Rituximab) est largement utilisé dans le traitement des maladies auto-immunes. L’analyse de la rate des patients souffrant d’un purpura thrombopénique (PTI) ou d’une anémie hémolytique auto-immune traités par anti-CD20 a mis en évidence que la déplétion lymphocytaire B favorisait la différenciation des plasmocytes (PC) normaux en plasmocytes à longue durée de vie (PLDV) auto-réactifs, expliquant en partie l’absence de réponse à ce traitement. L’enjeu de ce projet a été de savoir si la déplétion lymphocytaire B induit l’émergence de PLDV spléniques et de comprendre les processus impliqués dans la survie plasmocytaire. Pour ce faire, nous avons utilisé le modèle de souris transgénique AID-Cre-ERT2xRosa26-loxP-EYFP qui permet de marquer irréversiblement par la protéine EYFP les cellules B lors de leur passage dans un centre germinatif au cours d’une réponse immune après ingestion de tamoxifène, puis de les suivre in vivo. Les PC EYFP+ ont été générés suite à 2 immunisations avec des globules rouges de mouton. Après avoir sélectionné un set de gènes permettant d’établir les signatures plasmablastiques et plasmocytaires, nous avons comparé par RT-PCR multiplex sur cellules uniques le profil d’expression des PC EYFP+ de la rate de souris traitées ou non par anti-CD20. Nous avons ainsi caractérisé dans le contexte de déplétion B une population plasmocytaire dans la rate homogène et mature, proche des PLDV de la moelle osseuse. Ce profil était différent de celui retrouvé dans la rate des souris contrôles, plus hétérogène, comprenant une majorité de PC intermédiaires entre plasmablastes et PC matures. Nous avons observé le même processus de différenciation paradoxale plasmocytaire dans la rate sous anti-CD20 dans le modèle murin lupique NZB/W, signifiant probablement un mécanisme général, que ce soit en contexte auto-immun ou non, chez l’homme et chez la souris. Nous avons identifié le BAFF (B-cell activating factor) comme un facteur essentiel dans le processus de survie des PC de la rate dans le contexte de déplétion B. En effet, le taux de BAFF augmente dans le sérum et le tissu splénique après traitement par anti-CD20, la combinaison in vivo des traitements anti-CD20 et anti-BAFF induit une diminution drastique des PLDV de la rate, sans générer d’hypogammaglobulinémie IgG. Les granuleux Gr1+ et en particulier les neutrophiles Ly6G+ semblent être la principale source de production de BAFF dans le contexte de déplétion B. Nous avons observé un effet similaire de la combinaison anti-CD20 et anti-BAFF sur les PLDV de la rate dans le modèle lupique NZB/W. Enfin, les LT CD4+ sont un autre composant important de la niche splénique dans le contexte de déplétion B. En effet, le nombre de PC EYFP+ diminue significativement avec l’association anti-CD20 et anti-CD4. Ces résultats suggèrent donc que l’association du traitement anti-CD20 à un inhibiteur de facteur de survie plasmocytaire spécifique de la rate, en particulier BAFF, pourrait avoir un bénéfice clinique au cours des maladies auto-immunes en interférant sur le processus paradoxal de maturation des PC. Un essai clinique associant les traitements anti-CD20 et anti-BAFF au cours du PTI débutera prochainement. / Previous data suggested that the monoclonal anti-CD20 antibody induced paradoxically the settlement of autoreactive splenic long-lived plasma cells (LLPC) in the spleen of patients with auto-immune cytopenia, explaining the treatment failure. To investigate whether this process had a general relevance and decipher its mechanism, we used the AID-CreERT2-EYFP mouse model, which allows the irreversible expression of EYFP in B cells engaged in an immune response after tamoxifen regimen to follow plasma cells at different times after immunization. When analyzed by multiplex PCR at the single-cell level, while the splenic EYFP+B220-PC of untreated mice displayed an intermediate profile between short-lived and long-lived PC, the PC from anti-CD20 treated mice composed a more mature homogeneous population, similar to the long-lived bone marrow PC. The absolute number of splenic EYFP+B220-PC did not change significantly upon anti-CD20 treatment indicating that B-cell depletion promoted PC differentiation rather than a long-lived PC selection. BAFF (B-cell activating factor) and CD4+ T-cells played a major role in plasma cell survival since combination of anti-CD20 with anti-BAFF or anti-CD4 antibodies dramatically reduced the number of splenic EYFP+B220- LLPC. Anti-CD20 treatment also promoted the differentiation of LLPC in the spleen in the lupus prone NZB/W model, while a treatment combining anti-CD20 with anti-BAFF induced a marked reduction in total splenic PC numbers. These results suggest that the process of PC maturation upon anti-CD20 treatment is a general mechanism and that interfering with anti-BAFF antibody at the time of B-cell depletion might greatly improve the response rate in auto-immune disease.

Die Ätiologie und Pathogenese autoimmuner Lebererkrankungen sind nur unvollständig verstanden. Bei der primär sklerosierenden Cholangitis bzw. bei der autoimmunen Hepatitis sind Cholangiozyten der größeren Gallengänge und Hepatozyten die Zielzellen der Autoimmunreaktion in der Leber. Mausmodelle sind zur Analyse initialer pathophysiologischer Prozesse notwendig und tragen zum besseren Verständnis der immunologischen Vorgänge in der Leber bei. Mit Hilfe transgener Mauslinien, die das Modellantigen Ovalbumin gewebespezifisch in den Cholangiozyten (ASBT-OVA) oder in den Hepatozyten (TF-OVA) exprimieren, sowie adoptiven Transfers antigenspezifischer CD4+ und CD8+ T-Zellen wurden Untersuchungen zur Antigenpräsentation, T-Zell-Aktivierung und Toleranzinduktion in der Leber durchgeführt. Die Expression von Ovalbumin in Cholangiozyten resultierte in einer Aktivierung der CD8+ T-Zellen in der Leber und den Lymphknoten. Im Gegensatz dazu ignorierten naive CD4+ T-Zellen das Antigen und wurden nicht aktiviert. Die Expression von Ovalbumin in Hepatozyten resultierte in einer vollständigen Aktivierung der CD8+ T-Zellen zu Effektorzellen über Kreuzpräsentation durch professionelle antigenpräsentierende Zellen (APZ) in der Leber. Diese Aktivierung war transient und selbst-limitiert. Die Induktion von CD4+Foxp3+ regulatorischen T-Zellen trug entscheidend zur Limitierung der induzierten Autoimmunität und Kontrolle der Expansion von antigenspezifischen CD8+ T-Zellen bei. Naive CD4+ T-Zellen benötigten die Aktivierung durch APZ in einem anderen Organ, bevor sie in die Leber relokalisierten und wiesen keinen Effektorphänotyp auf. Beide Modelle repräsentieren nicht die chronische Eigenschaft humaner autoimmuner Lebererkrankungen, ermöglichen jedoch Untersuchungen zum besseren Verständnis der Rolle verschiedener T-Zell-Populationen in der Pathogenese autoimmuner Lebererkrankungen sowie der Antigenpräsentation und Aktivierung von T-Zellen durch hepatisches Antigen. / Aetiology and pathogenesis of autoimmune liver diseases are still incompletely understood. Cholangiocytes of the larger bile ducts and hepatocytes are the target structures of autoimmune reactions in the liver in primary sclerosing cholangitis and autoimmune hepatitis, respectively. Mouse models are necessary to analyse initial pathophysiological processes and contribute to a better understanding of immunological processes in the liver. With the help of transgenic mouse strains, in which the model antigen ovalbumin is expressed specifically in the cholangiocytes (ASBT-OVA) or in hepatocytes (TF-OVA), as well as the adoptive transfer of antigen specific CD4+ and CD8+ T cells, antigen presentation, T cell activation and tolerance induction in the liver, were analyzed. Expression of ovalbumin in cholangiocytes resulted in activation of CD8+ T cells in the liver and lymph nodes. In contrary, naïve antigen specific CD4+ T cells ignored the antigen expressed by cholangiocytes and were not activated. Expression of ovalbumin in hepatocytes resulted in complete activation of CD8+ T cells to become effector cells by crosspresentation depending on professional antigen presenting cells (APCs) in the liver. This activation was transient and self-limiting. Induction of CD4+Foxp3+ regulatory T cells played a crucial role in limiting autoimmunity and controlling the expansion of antigen specific CD8+ T cells in the liver. By contrast, naïve CD4+ T cells required activation by professional APCs in a different organ before relocating to the liver and did not display an effector phenotype. Both models do not represent the chronic characteristics of human autoimmune liver diseases, but help to gain a better understanding regarding the role of specific T cell populations in the pathogenesis of autoimmune liver diseases, as well as regarding antigen presentation and activation of T cells by hepatic antigen.