Naive T cells are positioned at the origin of adaptive immune responses. The activation of naive T cells is usually viewed from the perspective of IL-2 production and entry into the cell cycle. This activation is antigen specific and MHC restricted via TCR ligation/CD3 signaling but also demands the simultaneous ligation of and signaling via CD28. Naive T cell TCR ligation without appropriate co-stimulus produces an anergic state, in which the naive T cell fails to produce IL-2 or expand clonally. It is implied that cells that might present self-destructive antigens would be incapable of delivering required costimulus thus avoiding initiation of inappropriate immune responses. However, CD45RBhi expressing THP cells express high levels of CD40L that is sustained following extended periods of TCR/CD3 stimulation. CD40L is the major T cell molecule involved in contact-dependent signaling of both B-cell and macrophage effector functions. This suggests that naive CD4+ T cells are capable of participating in and contributing to on-going immune responses following signaling via TCR/CD3 alone. This dissertation represents efforts to analyze the contact signaling capability of naive CD4+ T cells and their ability to trigger macrophage cytocidal/tumoricidal functions. The data generated by this research demonstrate that: Naive T cell purification by endothelial panning was superior to the standard method of CD44 panning for studies on T cell mediated macrophage activation. The activation requirements for contact signaling of macrophages by naive T cells are less stringent than the requirements for activation of naive T cell proliferation. Viable naive THP and antigen presenting splenic macrophages are capable of delivering reciprocal activating signals. Viable naive THP responding to presented antigen were able to trigger IFNg-primed macrophages to produce nitric oxide by both CD40L-dependent and CD40L-independent signaling pathways.

Les Contrôleurs du VIH sont de rares individus capables de contrôler spontanément la réplication virale en l’absence de traitement. De nombreuses études montrent que les Contrôleurs développent des réponses T antivirales remarquablement efficaces. Les cellules T CD4+ spécifiques de Gag pourraient jouer un rôle particulier car cette population est préservée en comparaison aux patients traités et corrèle négativement avec la charge virale. Afin d’étudier cette population, nous avons réalisé une analyse transcriptionnelle et protéique multiplexée sur cellule unique, à partir de cellules T CD4+ détectées ex vivo par marquage tétramère de CMH-II contre le peptide Gag293 (Tet+). Nous avons comparé l’expression de 44 gènes et 6 protéines membranaires chez 9 patients Contrôleurs et 9 patients traités. Nous avons d’une part validé la forte fréquence de cellules T CD4+ Tet+ chez les Contrôleurs en comparaison aux patients traités et, d’autre part, montré que les cellules T CD4+ Tet+ des Contrôleurs, étaient activées et engagées dans une différenciation Th1 avancée et présentant un profil cytotoxique. De plus, les cellules T CD4+ Tet+ de Contrôleurs ont montré un état d’épuisement limité, reflété par une expression faible de PD-1, qui pourrait être l’une des raisons du maintien de leur fréquence et de leurs fonctions. Dans une deuxième étude, nous avons étudié les cellules T folliculaires « helper » (Tfh) dans la population T CD4+ spécifique de Gag chez les Contrôleurs du VIH. Les Tfh jouent un rôle essentiel dans la maturation d’affinité des anticorps en aidant les cellules B. Afin de déterminer si ce sous-type cellulaire joue un rôle dans le contrôle de l’infection à VIH, nous avons analysé le phénotype et la fonction des Tfh circulantes (cTfh) : cellules T CD4+ CD45RA- CXCR5+). Nous avons utilisé un marquage tétramère de CMH-II contre le peptide Gag293, pour détecter les cTfh spécifiques du VIH (cTfh Tet+), et nous avons montré que cette population est préférentiellement maintenue chez les Contrôleurs du VIH. L’analyse phénotypique de la population cTfh Tet+ a montré une intensité d’expression (MFI) de PD-1 plus importante dans le groupe de patients traités, suggérant une activation immune anormale chez ces patients. La fonction des cTfh, analysée pour leur capacité à induire la sécrétion d’IgG en coculture avec des cellules B mémoires autologues, n’a pas montré de différences majeures entre les groupes en terme de production d’IgG totales. Cependant, la production d’IgG spécifiques anti-VIH est significativement plus efficace chez les Contrôleurs, en particulier pour la réponse anti-Env qui est plus de 30 fois supérieure à celle des patients traités. Enfin, la fréquence des cTfh Tet+ a corrélé positivement avec la production d’IgG spécifiques, supportant l'idée d'un rôle important de la fonction Tfh dans la réponse humorale anti-VIH. L’ensemble de ces résultats indique que la population T CD4+ spécifique de Gag supporte chez les Contrôleurs les deux bras de la réponse immunitaire antivirale : d’une part, une réponse de type cellulaire Th1 montrant un profil cytotoxique et, d’autre part, une réponse de type humorale, reflétée par des interactions cTfh/B préservées, résultant en une réponse B mémoire vigoureuse. Le maintien de la fonction et de la fréquence de ces cellules spécifiques de Gag pourrait donc jouer un rôle important dans le contrôle du VIH / HIV Controllers are rare individuals able to spontaneously control viral replication in the absence of treatment. Several studies showed that controllers develop effective anti-viral T cell responses. Gag-specific CD4+ T cells could play a particular role in HIV control, because this population is preserved in comparison with the treated patients and correlates negatively with the viral load. In order to study this population, we performed a multiplexed single cell transcriptional and protein analysis from CD4+ T cells detected ex vivo by MHC-II tetramer labeling against the Gag293 peptide (Tet+). We compared the expression of 44 genes and 6 surface proteins in 9 Controllers patients and 9 treated patients. Firstly, we validated the high frequency of Tet+ CD4+ T cells in controllers compared to the treated patients, then we showed that Tet+ CD4+ T cells from controllers were activated and engaged in advanced Th1 differentiation with a cytotoxic profile. In addition, Tet+ CD4+ T cells from controllers showed a limited state of exhaustion, reflected by a lower expression of PD-1, which could be one of the reasons for maintaining their frequency and functions. In a second study, we studied follicular helper T cells (Tfh) among the Gag-specific CD4+ T cell population of HIV controllers. Tfh plays an essential role in the affinity maturation of the antibody response by providing help to B cells. To determine whether this CD4+ T cell subset may contribute to the spontaneous control of HIV infection, we analyzed the phenotype and function of circulating Tfh (cTfh: T cells CD4+ CD45RA- CXCR5+). We performed a MHC-II tetramer labeling against Gag293 peptide to detect HIV-specific cTfh (cTfh Tet +), and showed that this population is preferentially maintained in HIV controllers. Phenotypic analysis of Tet+ cTfh population showed a higher intensity of PD-1 expression (MFI) in the treated group suggesting abnormal immune activation in these patients. The function of cTfh, analyzed by the capacity to promote IgG secretion in cocultures with autologous memory B cells, did not show major differences between groups in terms of total IgG production. However, the production of HIV-specific IgG is significantly more efficient in the controller group, especially for the anti-Env response that is more than 30-fold greater than those of the treated patients. Finally, the frequency of Tet+ cTfh correlated positively with the production of specific IgG, supporting the idea of an important role of Tfh function in the humoral antiHIV response. Taken together, these results indicate that Gag-specific CD4+ T cell population supports the two arms of the antiviral immune response in HIV controllers: the cell-mediated response through a preferential differentiation toward Th1 cell type showing a cytotoxic profile, and the humoral response, reflected by preserved cTfh / B interactions, resulting in a vigorous memory response. Maintaining the function and frequency of these Gag-specific CD4+ T cells could therefore play an important role in HIV control

This work is centered on the study of the NKG2 C-type lectin-like receptors on NK and CD4+T cells. We provide evidence supporting that CD4+T cells specific for Human Cytomegalovirus (HCMV) may express different NK cell receptors, and demonstrate that the C-type lectin-like receptor NKG2D is expressed on cytotoxic CD4+T cells with an effector/memory phenotype, enhancing their TCR-dependent proliferation and cytokine production. A second part of the work is centered on the study of the CD94/NKG2 receptors on NK cells. We show that NKG2A can be induced on NKG2C+ NK cells upon activation with rIL-12 or when cocultured with HCMV-infected dendritic cells, and that NKG2A expression inhibits the response of NKG2C+NK clones against HLA-E-expressing targets, providing a potential regulatory feedback mechanism to control cell activation. Altogether, our results support that expression of NKG2 C-type lectin like receptors may be shaped during the course of viral infections, providing mechanisms to finely regulate both NK and CD4+T cell functions. / Aquesta tesi es centra en l'estudi dels receptors lectina de tipus C NKG2 en cèl·lules Natural Killer i T CD4+. Demostrem que les cèl·lules T CD4+ específiques pel Cytomegalovirus Humà poden expressar diferents receptors NK, i que el receptor lectina tipus C NKG2D s'expressa en cèl·lules citotòxiques i de memòria, potenciant la proliferació i secreció de citocines depenent del TCR. La segona part d'aquesta tesi es centra en l'estudi de l'expressió dels receptors CD94/NKG2 en cèl·lules NK. Mostrem com l'expressió de CD94/NKG2A s'indueix en cèl·lules CD94/NKG2C+ estimulades amb IL-12 o cultivades amb cèl·lules dendrítiques infectades pel Cytomegalovirus Humà, i que l'expressió de CD94/NKG2A inhibeix la resposta de clons NK CD94/NKG2C+ envers dianes HLA-E+, constituint un possible mecanisme de feedback negatiu per controlar l'activació cel·lular. En resum, els nostres resultats demostren que l'expressió dels receptors lectina tipus C NKG2 pot ser modificada durant les infeccions víriques consitutint un possible mecanisme per regular la resposta tant de cèl·lules NK com T CD4+.

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.

[Truncated abstract] Failure to fully reconstitute the immune system is a common clinical problem in HIV patients who were severely immunodeficient before responding to combination antiretroviral therapy (CART). This can manifest as a deficiency in the number or function of CD4+ T-cells and occurs most often in patients who had a nadir CD4+ T-cell count below 100/μl when CART was commenced. Observational studies of large cohorts of HIV patients, such as the D:A:D study, have demonstrated that patients with low CD4+ T-cell counts have increased rates of death compared with patients who have normal CD4+ T-cell counts. Furthermore, individual case studies suggest that impaired recovery of pathogen-specific immune responses during CART is associated with opportunistic infections or disease progression. This thesis addresses possible causes of deficiencies in CD4+ T-cell number or function in HIV patients who were very immunodeficient prior to treatment and are responding (virologically) to CART. Firstly, the role of the thymus in producing naive CD4+ T-cells and the effects of persistent immune activation on the recovery of CD4+ T-cell numbers were assessed in patients with either low or high CD4+ T-cell counts after long-term CART. ... Proportions of antigen presenting cell (APC) subpopulations were examined in HIV patients with low or high CMV-specific CD4+ T-cell responses after long-term CART. HIV patients had significantly lower proportions of plasmacytoid dendritic cells (pDC) than HIV-negative controls. Furthermore, the proportions of pDC were positively correlated with CMV-specific CD4+ T-cell responses in HIV patients. Proportions of myeloid dendritic cells (mDC) were significantly higher in HIV patients than controls, and were also increased in patients with low CMV-specific CD4+ T-cell responses. Proportions of M-DC8+ dendritic cells or CD14+ monocytes did not differ between patients and controls, nor were they associated with CMV-specific CD4+ T-cell responses. Quantitation of cytokine (interferon-α, tumour necrosis factor-α, interleukin (IL) -12, IL-23, IL-15, IL-18 and IL-10) mRNA in unstimulated, purified populations of the APC described above revealed few significant differences between patients with low or high CD4+ T-cell IFN-γ responses to CMV. The only notable difference was the slight elevation of IL-15 mRNA levels in patients compared to controls. Since patients in the high responder group had the highest levels of IL-15 mRNA, this association may reflect the anti-apoptotic properties of IL-15. These studies provide valuable insights into the causes of persistent CD4+ T-cell deficiency and dysfunction in HIV patients on CART and may lead to better monitoring and treatments.

L'objectif de cette thèse était de caractériser phénotypiquement et fonctionnellement les cellules NK activées par l'IL-21 et d'étudier leur interaction avec les lymphocytes T CD4*. Les lymphocytes Natural Killer (NK) sont essentiels pour la protection exercée par l'immunité innée. Les cellules NK, en plus de leurs fonctions cytotoxiques, peuvent orienter la réponse immunitaire adaptative vers un profile TH1 grâce à leur production d'IFN-y. Dans cette étude, nous avons montré que l'IL-21, une cytokine produite in vivo au cours de l'inflammation chronique ou de maladies infectieuses, induit la différenciation d'une sous-population spécifique de cellules NK co-exprimant ÇD86 et HLA-DR. Les cellules NK HLA-DR* induites par l'IL-21 sont capables d'apprêter et de présenter des antigènes aux lymphocytes T CD4*. De plus, ces cellules produisent MIF (Macrophage Migration Inhibitory Factor) et apportent un signal de costimulation durant le priming des lymphocytes T CD4 naïfs en induisant leur différenciation vers un profile central mémoire (Tcm) peu différencié. Les Tcm activés en présence des cellules NK HLA-DR" sont CXCR3' CCR4' CCR6' CXCR5' et produisent de PIL-2 et du TNF-a. La costimulation des lymphocytes T ÇD4 par les cellules NK HLA-DR" prévient l'acquisition d'un phénotype effecteur mémoire induit par l'IL-2. Ainsi, ces résultats montrent une nouvelle fonction pour l'IL-21 qui peut moduler l'interaction NK/CD4 et favoriser l'expansion des lymphocytes centraux mémoires. / Natural Killer lymphocytes are critical for innate immunity-mediated protection. Main roles of NK cell rely on their cytotoxic functions or depend on the tuning of TH1 adaptive immunity by IFN-y. Here, we provide evidence that 1L-21, a cytokine produced in vivo during chronic inflammation or infectious diseases, promotes the differentiation of a specifie subset of NK co-expressing CD86 and HLA-DR. IL-21-propagated HLA-DR' NK were able to process and present antigens to CD4' T lymphocytes. More importantly, IL-21-propagated HLA-DR' NK produced macrophage migration inhibitory factor and provided a co-stimulatory signaling during naive CD4* T cell priming inducing the differentiation of uncommitted central memory (Tcm) lymphocytes. Tcm expanded in the presence of HLA-DR* NK were CXCR3 CCR4" CCR6' CXCR5' and produced IL-2, as well as low levels of TNF-a. Co-stimulation of CD4* T cells by HLA-DR' NK prevented the acquisition of effector memory phenotype induced by IL-2. Altogether, these results demonstrate a novel function for IL-21 in tuning NK and CD4~ T cell interactions promoting a specifie expansion of central memory lymphocytes.

Des progrès majeurs dans l'espérance et la qualité de vie ont étéenregistrés dans la lutte contre le VIH et le SIDA avec l'introduction des traitementsantirétroviraux combinés. De nos jours, cette thérapie réduit nettementla charge virale après quelques semaines de traitement chez la plupart des patients.Ceci conduit généralement à une reconstitution satisfaisante du nombrede cellules CD4+, mais ce n'est pas toujours le cas. Cette thèse est focaliséesur les patients ayant une réponse immunitaire insuffisante malgré une chargevirale indétectable, après au moins 6 mois de thérapie antirétrovirale combinée.A ce moment, l'Interleukine 7 (une cytokine secrétée par la moelle épinièreet le thymus) est une thérapie prometteuse pour restaurer le système immunitairedans une telle situation. Pendant ce travail de thèse, nous avons contribuéà l'analyse des études INSPIRE 2 & 3, ou 107 patients présentant une faibleréponse immunitaire ont reçu des cycles (3 injections) répétés de r-hIL-7 (Inter-leukine 7 recombinée humaine).Nous avons utilisé des modèles dynamiques basés sur des systèmes d'équationsdifférentielles pour analyser l'effet de la r-hIL-7 exogène sur les cellules CD4+lors des trois études INSPIRE. Un modèle mathématique, avec un modèle àeffets mixtes appliqué sur les paramètres biologiques et un \modèle pour les observations"forment la structure de notre travail. Une estimation par maximumde vraisemblance basée sur une méthode de type Newton est combinée avec uneestimation du maximum a posteriori dans un contexte semi-Bayésien / Fight against HIV and AIDS has shown major improvements inlife expectancy and quality of life of HIV-infected people since the introductionof the cART. Today, viral load dramatically decreases a few weeks after startingantiretroviral therapy, and it becomes undetectable after 6 months for most ofpatients. This usually leads to an adequate reconstitution of CD4+T cells pool,but this is not necessarily always true. This thesis is focalised on these \lowimmunological responder" patients, who have not reached acceptable levels ofCD4+ T cells count despite undetectable viral load 6 months after having startedthe cART therapy.Today, Interleukin 7 (a cytokine naturally secreted in the bone marrow andthe thymus) is considered as one of the rare potential solution to boost the immunesystem in this situation. During this thesis work, we have collaborated toanalyze data from the INSPIRE 2 & 3 trials, where repeated cycles (3 subcutaneousinjections) of recombinant human Interleukin 7 have been administeredto a total of 107 of these \low responder patients".We have used dynamical models based on systems of ordinary differentialequations to study the ffect of the exogenous Interleukin 7 on CD4+ T cellsthrough the three INSPIRE studies. A mathematical model together with amixed effects model applied on the biological parameters of the ODE systemand a \model for the observations" make up the structure of our work. Amaximum likelihood approach based on an adaptation of a Newton-like methodis combined with a maximum a posteriori estimation in a semi-Bayesian context.

Langlebige Gedächtnis-CD4 T Lymphozyten spielen eine entscheidende Rolle für die Bildung, Erhaltung und Reaktivierung anderer Gedächtnislymphozyten. Im Verlauf einer Immunreaktion wandern einige antigen-erfahrene CD4 T Zellen aus den sekundär lymphoiden Organen (SLO) ins Knochenmark (KM), wo sie als professionelle Gedächtnis-CD4 T Zellen ruhen und überdauern. Es ist jedoch weitgehend unverstanden wie die Vorläuferzellen in SLO gebildet werden. Der erste Teil dieser Arbeit identifiziert aktivierte CD49b+T-bet+/CXCR3+ CD4 T Zellen der Milz als Vorläuferzellen von KM-Gedächtnis-CD4 T Zellen. Der zweite Teil der Arbeit zeigt, dass die Vorläuferzellen nach einer verstärkten Zellproliferation und längerer kognitiver Interaktion mit dendritischen Zellen während der späten Aktivierungsphase der primären Immunantwort entstehen. Die Behandlung mit einem Zytostatikum oder die späte Blockade des kostimulatorischen CD28/B7-Signalweges verhindert wiederum deren Generierung. Fluoreszenzfarbstoffmarkierungsexperimente zeigen, dass mit zunehmender Zellteilung die Expression des Chemokinrezeptors CCR7 in den Vorläuferzellen verringert ist und die Expression des Zytokinrezeptors IL-2Rb erhöht ist. CCR7 ist für die Persistenz in der T-Zellzone von SLO entscheidend, sowie IL-2Rb für das langfristige Überleben der Zellen. Der dritte Teil dieser Arbeit untersucht die Rolle von B Zellen für die Etablierung des CD4 T-Zellgedächtnisses im KM. B Zellen wirken sich in der frühen Phase einer Immunantwort negativ auf die Akkumulation von Gedächtnis CD4 T Vorläuferzellen im KM aus, beeinflussen jedoch nicht die Proliferation von aktivierten CD4 T Zellen in der Milz während der Aktivierungsphase. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern neue Einblicke in die Generierung von Gedächtnis CD4 T Zellen des KM, die für neue Ansätze zur therapeutischen Stärkung des Immungedächtnisses im Rahmen von Impfungen oder dessen Ablation bei Autoimmunerkrankungen beitragen können. / Long-lived memory CD4 T lymphocytes play a crucial role in the generation, maintenance and reactivation of other memory lymphocytes. During an immune reaction, some antigen-experienced CD4 T cells relocate from secondary lymphoid organs (SLOs) to the bone marrow (BM) and reside and rest there as professional memory CD4 T cells. However, it remains elusive how the precursors of BM memory CD4 T cells are generated in SLOs. The first part of this thesis identifies splenic CD49b+T-bet+/CXCR3+ activated CD4 T cells as the precursors of BM memory CD4 T cells. The second part of this thesis describes that precursors of BM memory CD4 T cells are generated following enhanced cell proliferation and prolonged cognate interactions with dendritic cells (DCs) during the late activation phase of a primary immune response. Treatment with a cytostatic drug or blockage of the CD28/B7 costimulatory pathway in the late activation phase in turn abrogates the generation of precursors of BM memory CD4 T cells. Fluorescent-dye labeling experiments demonstrate that the more CD49b+CXCR3+ activated CD4 T cells divide, the more they lose the expression of CCR7, a chemokine receptor crucial for the persistence in the T cell zone of SLOs, and gain the expression of IL-2Rb, a cytokine receptor crucial for long-term survival. The third part of this thesis investigates the role of B cells for the establishment of resting CD4 T cell memory in the BM. B cells negatively impact the accumulation of memory CD4 T cell precursors in the BM during the early phase of an immune response but do not affect the cell division of activated CD4 T cells in the spleen during the activation phase. In sum, the results obtained in this thesis provide new insight into the generation of BM memory CD4 T cells that may help for the therapeutic strengthening of immune memory in the context of vaccination or its abolishment within the scope of autoimmune diseases.

Ce projet a accompagné le développement pré-clinique de l'hormone humaine Relaxine-2 (Rln2) ayant induit des anticorps durant des essais cliniques, il est axée autour de 2 problématiques : (1) comprendre son immunogénicité, (2) étudier l’impact de modifications chimiques sur l’immunogénicité afin d'augmenter sa stabilité.Compte tenu du rôle des lymphocytes T CD4 dans les réponses immunitaires, la fréquence de cellules T spécifiques de la Rln2 dans un large panel de donneurs sains a été estimée et a permis d’expliquer le développement d’anticorps anti-Rln2. La cartographie des épitopes T a ensuite identifié les zones portant son immunogénicité. Puis, 6 modifications chimiques (acide aminé D, acide aminé isobutyrique, peptoïde, N-méthylation, C-méthylation et réduction de la liaison peptidique) utilisées pour augmenter la demi-vie ont été introduites à la plupart des positions d’un peptide hautement immunogène. La reconnaissance par des cellules T, la liaison aux molécules de présentation et la capacité à induire des lymphocytes T CD4 ont été étudiées pour les peptides analogues modifiés. La plupart des modifications se sont révélées être très efficaces pour minimiser les propriétés immunogéniques.Ce projet de thèse se situe donc à la croisée des chemins entre l’acquisition de connaissances nouvelles en immunologie et leur application dans des processus de conception et de gestion des risques de peptides thérapeutiques. / This project has accompanied the pre-clinical development of the human hormone Relaxin-2 (Rln2) that induced antibodies during clinical trials, it focuses on two issues: (1) to understand its immunogenicity, (2) to study the impact of unnatural modifications on immunogenicity to increase its stability.Given the role of CD4 T-cells in immune responses, the frequency of Rln2-specific T-cells in a large panel of healthy donors was estimated, and explained the development of anti-Rln2 antibodies. The T epitope mapping then identified the areas responsible for its immunogenicity. Then, 6 unnatural modifications (D amino acid, amino isobutyric acid, peptoid, N-methylation, C-methylation & reduced peptide bond) used to increase the half-life were introduced at most positions of a highly immunogenic peptide. T-cell recognition, binding to HLA molecules and the ability to induce CD4 T-cells were studied for modified analog peptides. Most of the modifications were very effective in minimizing immunogenic properties.This thesis project is at the crossroads between the acquisition of new knowledge in immunology and its application in the process of design & risk management of therapeutic peptides.