La mémoire immunologique est le mécanisme biologique fondamental à la base du développement de la vaccination. La compréhension de ce mécanisme ainsi que de ses interactions avec les différents acteurs du système immunitaire a permis l’élaboration de vaccins qui sont aujourd’hui les garants d’une protection accrue face à l’émergence de maladies infectieuses potentiellement mortelles. La voie d’injection et le mode de transfert de ces vaccins sont des paramètres majeurs à prendre en considération car ils définissent une modulation des réponses immunitaires et de leurs spécificités d’action. De nos jours, seule la voie intramusculaire demeure la voie majoritaire d’administration de vaccins lors de la prophylaxie primaire en santé humaine. Au cours de notre étude, nous nous sommes intéressés à comparer l’injection d’un antigène (l’ovalbumine) selon deux voies d’administration : la voie intramusculaire et la voie intradermique. Nous nous sommes également appuyés sur une technologie du laboratoire qui consiste à transférer des gènes par des vecteurs AAV2/1 recombinants. Nous disposions de deux constructions de ces vecteurs ayant une spécificité pour cibler les cellules musculaires et permettant l’apport d’un effet auxiliaire par les lymphocytes T CD4+ lors d’injections dans des souris femelles. De plus, une de ces constructions nous permettait d’éviter la voie de présentation directe de l’antigène par les cellules dendritiques (DCs) aux lymphocytes T CD8+. Les capacités modulatrices de ces vecteurs nous permirent de montrer pour la première fois que le vecteur AAV2/1 recombinant était capable de faire exprimer un transgène au sein de la peau et d’y générer une réponse cellulaire forte. Nous avons également montré qu’il existait une synergie d’action entre l’effet auxiliaire et la voie intradermique qui améliorait considérablement les réponses cellulaires issues de la présentation croisée d’antigène. Enfin, nous avons pu démontrer que les lymphocytes T CD8+ générés suite à cette synergie d’action présentaient un profil phénotypique de cellules mémoires polyfonctionnelles et capables de protéger l’hôte face à un challenge pathogénique. / Immunological memory is the fundamental biological mechanism at the beginning of the development of vaccination. Understanding this mechanism and its interactions with the various players of the immune system has allowed the development of vaccines that are today the most effective barrier against the emergence of life-threatening infectious diseases. Route of injection and the nature of carriers of these vaccines are key parameters to be taken into consideration because they define a modulation of immune responses and their specific features. Nowadays, only the intramuscular injection route remains the major route of vaccines injection in the context of primary prophylaxis in human health. During our study, we were interested in comparing the injection of antigen (ovalbumin) following two routes of administration: intramuscular and intradermal routes. We also relied on a technology in the laboratory that involves the transfer of genes by rAAV2/1 vectors. We had two constructs of these vectors having specificity to target skeletal muscle cells and allowing us to provide a helper effect from CD4+ T cells during injections into female mice recipients. Moreover, one of these constructs enabled us to avoid the direct presentation of antigens by dendritic cells (DCs) to CD8+ T cells. The capacity of modulation of these vectors allowed us to show for the first time that the rAAV2/1 vector was able to trigger the expression of a transgene in the skin, and there to generate a strong cellular response. We have also shown that CD4+ T cell help and the intradermal route of immunization synergize to improve greatly cellular responses from the cross-presentation of antigens. Finally, we have demonstrated that CD8+ T cells generated following this synergism exhibited a phenotypic profile of polyfunctional memory cells and able to protect the host against a pathogenic challenge.

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Les lymphocytes T CD8 ont un rôle essentiel dans la protection contre les agents pathogènes intracellulaires et la progression tumorale. Ainsi, la compréhension de la diversité des mécanismes de différenciation des lymphocytes T CD8 naïfs en cellules effectrices, ainsi qu’en cellules mémoires compétentes, est fondamentale pour le développement efficace de vaccins à cellules T. Dans ce travail de thèse, nous avons abordé deux questions centrales : (1)Très tôt après l’activation des cellules T CD8, quels sont les mécanismes par lesquels les cellules T effectrices agissent comme effecteurs pro-inflammatoires en recrutant d’autres cellules? Et quel est leur rôle dans la réponse immunitaire? (2) Quel est le rôle du contexte infectieux dans le programme de différenciation des lymphocytes T CD8 ? Est-il responsable de l’hétérogénéité des cellules répondeuses et a-t-il un rôle dans les différents effets protecteurs des cellules mémoires? Afin de répondre à ces questions, nous avons choisit d’utiliser des cellules T CD8 exprimant un récepteur pour l’antigène transgéniques (TCR-Tg) pour suivre la différentiation in vivo des lymphocytes T CD8. De plus, la méthode de RT-PCR sur des séries de cellules uniques, nous a permis d’analyser la co-expression des ARNm dans ces cellules. Comme l’utilisation à haute fréquence de cellules TCR-Tg a été fortement critiquée, nous avons comparé la différenciation de ces cellules avec celle des cellules endogènes (non transgéniques et rares). Dans ce premier manuscrit nous avons observé un comportement similaire, ce qui a renforcé l'avantage d'utiliser des cellules TCR Tg pour étudier les réponses immunitaires des lymphocytes T CD8. De plus, nous avons conclu que la diversité des réponses immunitaires des lymphocytes T CD8 n’est pas conditionnée par la fréquence de cellules naïves. Dans un deuxième manuscrit, nous avons comparé la réponse des cellules OT1 TCR-Tg (spécifiques de l’antigène OVA) à l'infection bactérienne LM-OVA (Listeria Monocytogènes exprimant OVA) avec la réponse des cellules P14 TCR-Tg (spécifiques de l’épitope GP33) à l’infection par le virus LCMV. Nous avons montré que les cellules OT1, stimulées par l’OVA dans un contexte bactérien (LM-OVA), présentent un profil d’expression génique distinct de celui des cellules P14 stimulées par le GP33 dans un contexte viral (LCMV). Nous avons également co-stimulé les cellules P14 et OT1 dans une même souris suivant le même contexte bactérien avec LM-GP33 et LM-OVA. Dans ce cas, nous n’avons pas observé de différence dans le profil d’expression génique. L’ensemble des résultats démontrent que les stimulations spécifiques des cellules T CD8 par différents agents pathogènes génèrent des cellules T CD8 présentant des caractéristiques différentes qui ne sont pas déterminées par la spécificité du TCR mais plutôt par le contexte infectieux. De plus, nous avons montré que les cellules mémoires endogènes résultant de la stimulation des CD8 en présence de LCMV ont été plus efficaces après une deuxième réponse immunitaire que des cellules mémoires générées après stimulation avec LM-GP33 (bactérie). Nous avons également observé que la protection plus efficace dans le contexte viral est associée à des cellules T CD8 qui présentent un phénotype de cellules T mémoires effectrices (TEM) tandis que les cellules T CD8 générées dans un contexte bactérien ont plutôt un phénotype associé aux cellules T mémoires centrales (TCM). Ces résultats démontrent que différents pathogènes induisent différents profils de différentiation des cellules T CD8 et que malgré l’élimination efficace des différents pathogènes dans une réponse primaire, la qualité des cellules mémoires générées au cours de cette réponse peut être différente. Dans un troisième manuscrit, nous avons étudié les mécanismes de recrutement d’autres cellules par les lymphocytes T CD8 activés à un temps précoce de la réponse immunitaire. (...) / CD8 T cells are essential for the elimination of intracellular pathogens and tumor cells. Understanding how naïve CD8 T cells differentiate into effector cells capable of eliminating pathogens and to generate adequate memory cells during immune responses is fundamental for optimal T cell vaccine design. In this PhD thesis work we addressed two central questions: 1) What are the mechanisms by which early effector T cells could act as pro-inflammatory effectors? And what is their role in the immune response? 2) How heterogeneous are CD8 responses? Could different pathogens modulate CD8 T cell differentiation programs and be responsible for CD8 cell-to-cell heterogeneity? Could they also generate memory cells with different protection capacities? To address these questions related to the diversity of CD8 T cell differentiation during immune responses, we used the single cell RT-PCR technique to detect ex vivo expression of mRNA in each individual cell, and Brefeldin A injected mice to detect ex vivo intracellular proteins. As experimental system to evaluate in vivo cell activation we used T cell receptor transgenic (TCR-Tg) CD8 T cells. Since the use of TCR-Tg cells to study immune responses has been subjected to criticism (due to high frequency of naïve-precursor transfers), in a first Ms. we compared the behavior of TCR-Tg and endogenous (non-transgenic and present at low frequency) cells in the same mouse. We found fully overlapping behavior between these two cell populations, which reinforced the advantage of using TCR-Tg cells to study CD8 immune responses. In addition, we concluded that the frequency of naïve-precursors do not induce diversity on CD8 T cell differentiation patterns. In a second Ms. we evaluated the impact of different pathogens in the diversity of CD8 T cell properties during two different immune responses: OT1 TCR-Tg cells (specific for OVA antigen) in the response to LM-OVA (Listeria Monocytogenes expressing OVA) infection; and P14 TCR-Tg cells (specific for GP33 epitope) in the response to Lymphocytic choriomeningitis vírus (LCMV) infection. We found that OT1 and P14 cells had different properties. As this difference could also be attributed to the different TCR avidity between OT1 and P14 cells, we then compared the behavior of P14 and OT-1 cells in the same mouse, co-injected with LM-OVA and LM-GP33. Since no differences were then detected, these results demonstrated that priming with different pathogens generates CD8 T cells with different characteristics that are not determined by TCR usage, but rather by the infection context. In addition, when looking for the protection capacity of endogenous CD8 memory cells generated in bacterial or viral context, we found that memory cells generated after LCMV priming were more efficient in responding to a second challenge, than memory cells generated after LM-GP33 priming. We also found that this better protection is associated with a T cell effector memory (TEM) phenotype associated with the LCMV infection, in contrast with a T cell central memory (TCM) phenotype generated after LM-OVA infection. These results demonstrate that different pathogens are responsible for diversity of CD8 T cell differentiation patterns and that even when distinct pathogens are efficiently eliminated during the primary immune response the quality of the memory generated may differ. In a third Ms. we studied the mechanisms by which effector CD8 T cells attracted other cell types in the early days of an immune response. We used two experimental systems: the response of OT1 TCR-Tg cells to LM-OVA infection; and the response of anti-HY TCR-Tg cells to male cells (“sterile”-non infectious context). In both cases we found that immediately after activation, CD8 T cells expressed high levels of pro-inflammatory cytokines and chemokines (such as TNFα, XCL1, CCL3 and CCL4). (...)

Epstein-Barr Virus (EBV) is a ubiquitous human virus linked to several diseases, including cancers. CD8 T cells are important for controlling EBV replication. Generation and maintenance of virus-specific CD8 T cells is dependent on specific interaction between MHC-peptide complexes on the infected cell and the CD8 T cell receptor (TCR). Several lines of evidence suggest that the TCR repertoire is an essential component of the CD8 T-cell immune response. The current work focuses on delineating the features of the TCR repertoire that drive the selection of EBV-specific CD8 T cells into the memory phase. We used bulk and single-cell TCRαβ sequencing to analyze the TCR repertoire of human CD8 T cells specific for two immunodominant HLA-A02:01-restricted EBV-derived epitopes: BRLF1109-117 (YVLDHLIVV) and BMLF1280-288 (GLCTLVAML) during the acute and memory phases of primary EBV infection in humans. We showed that persistent EBV-specific clonotypes accounted for only 9% of unique clonotypes but were highly expanded in acute EBV infection and more commonly expressed identifiable features than non-persistent clonotypes. The other 91% of highly diverse unique clonotypes disappeared and were replaced in convalescence by equally diverse “de-novo” clonotypes. We provide evidence suggesting that recognition of BRLF1109-117may be driven by the TCRα. We identified a highly dominant and degenerate BRLF1109-117-specific TCRα sequence, AV8.1-CAVKDTDKLIF-AJ34, that was shared by all donors studied and identified conserved residues within this sequence that were important for antigen recognition. These findings are relevant to current efforts to develop or optimize the efficacy of T cell based therapies or vaccines.

The past two decades have seen an explosive increase of obesity rates worldwide, with more than one billion adults overweight and 300 million of them obese. Obesity and its associated complications have become leading causes of morbidity and mortality in the United States and major contributing factors to the rising costs of national health care. The pathophysiology of obesity and type 2 diabetes in rodents and humans is characterized by low-grade inflammation and chronic activation of immune pathways in adipose tissue and liver. The CD40 receptor and its ligand, CD40L, initiate immune cell signaling promoting inflammation, but conflicting data on CD40L-null mice confound its role in obesity-associated insulin resistance. A clear understanding of how CD40 and its ligand communicate to regulate and sustain the inflammatory environment of obesity is lacking. Here we demonstrate that CD40 receptor deficient mice on a high-fat diet display the expected decrease in hepatic cytokine levels, but paradoxically exhibit liver steatosis, insulin resistance and glucose intolerance compared with their age-matched wild-type controls. Hyperinsulinemic-euglycemic clamp studies also demonstrated insulin resistance in glucose utilization by the CD40-null mice compared with wild-type mice. In contrast to liver, visceral adipose tissue in CD40 deficient animals harbors elevated cytokine levels and infiltration of inflammatory cells, particularly macrophages and CD8+ effector T cells. In addition, ex vivo explants of epididymal adipose tissue from CD40-null mice display elevated basal and isoproterenol-stimulated lipolysis, suggesting a potential increase of lipid efflux from visceral fat to the liver. These findings reveal that 1) CD40-null mice represent an unusual model of hepatic steatosis with reduced hepatic inflammation, and 2) CD40 unexpectedly functions in adipose tissue to attenuate the chronic inflammation associated with obesity, thereby protecting against hepatic steatosis.

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.

Au pic de la réponse effectrice des LT CD8, on retrouve deux sous-populations, soit les effecteurs à demi-vie courte (SLEC) ou les effecteurs précurseurs de cellules mémoires (MPEC). La phase de contraction de la réponse effectrice implique l’apoptose des SLEC et la survie des MPEC, qui se différencient en cellules mémoires pour protéger contre une réinfection. La voie Notch est impliquée dans les choix de différenciation binaire et l’interaction ligand-récepteur mène au clivage du domaine intracellulaire de Notch (NICD), qui migrera au noyau afin d'induire l’expression de gènes cibles. Dans un modèle où l’expression des récepteurs Notch1 et Notch2 est absente uniquement dans les LT CD8 (N1N2∆/∆), le laboratoire a démontré que l’absence du signal Notch favorisait la différenciation en MPEC et affectait l’expression de 217 gènes. Cette étude visait à 1) identifier les gènes cibles de Notch contrôlant la différenciation SLEC-MPEC, et 2) évaluer si l’absence du signal Notch permet un meilleur contrôle tumoral par les LT CD8. Nous avons priorisé les 217 gènes en fonction de différents critères et identifié Il2ra comme une cible importante en aval de la voie Notch. Toutefois, nous avons établis que lors d’une infection aiguë, la surexpression rétrovirale de Il2ra dans les LT CD8 N1N2∆/∆ n’influençait pas la différenciation SLEC-MPEC. Nous avons également déterminé qu’une thérapie adoptive de LT CD8 N1N2∆/∆ limitait le contrôle de la croissance tumorale et impliquait une diminution des fonctions effectrices des LT CD8 N1N2∆/∆, qui étaient moins terminalement différenciés. Une meilleure compréhension du rôle de Notch dans la réponse des LT CD8 permettra de développer de nouvelles stratégies de vaccination et de traitement du cancer. / In response to acute infections, effector CD8 T cells differentiate into short-lived effector cells (SLECs) and memory precursor effector cells (MPECs) capable of generating long-lived memory CD8 T cells. The Notch signaling pathway is a key regulator of cell fate decision. Following ligand- receptor interaction, the Notch intracellular domain (NICD) is cleaved and migrates to the nucleus in order to induce the expression of target genes. In a model in which Notch1 and Notch2 expression is inhibited only in mature CD8 T cells, our team has established that Notch deficiency favors MPEC differentiation in CD8 T cells and influences the expression of 217 gens. This study aims to: 1) identify target genes of the Notch pathway regulating SLEC-MPEC differentiation, 2) evaluate if Notch deficiency can augment tumor control by CD8 T cells. We have prioritized the list of genes differentially expressed in the absence of Notch signaling according to various criteria. We hence identified Il2ra as a target gene, but during an acute infection, overexpression of Il2ra in Notch deficient CD8 T cell was insufficient to modulate SLEC-MPEC differentiation. In addition, we have established that adoptive therapy with Notch deficient CD8 T cell impaired tumor control and implicated a diminution of effector function in Notch deficient CD8 T cell, which were less terminally differentiated. A better understanding of Notch signaling pathway’s role in the CD8 T cell response will allow for improvement of vaccinal strategies and cancer treatment.

Les lymphocytes T (LT) CD8 sont un sous-type de cellules immunitaires qui participent à l’élimination des certains agents infectieux et de cellules tumorales. La capacité de réponse des LT CD8 est dépendante de leur état de différenciation. Lors d’une réponse immunitaire, les LT CD8 spécifiques à l’agent infectieux sont activés, se différencient et prolifèrent en LT effecteurs (LTE) qui participent à l’élimination de l’agent pathogène. Les LTE peuvent être distingués en effecteurs de courte durée de vie (SLEC), terminalement différenciés et éliminés par apoptose après l’infection, et en précurseurs des cellules mémoires (MPEC) qui survivent et génèrent les LT mémoires (LTM). Par contre, lors d’une infection chronique ou d’une réponse antitumorale, la persistance antigénique et inflammatoire induisent l’épuisement des LT CD8, soit un état de différenciation caractérisé par des fonctions effectrices et prolifératives diminuées ainsi qu’une forte expression de récepteurs inhibiteurs (RI). Afin d’améliorer les thérapies vaccinales, les traitements antitumoraux et les thérapies lors des infections chroniques, il est important de mieux comprendre la différenciation des LT CD8. Nous avons étudié le rôle de NR4A3 dans la différenciation des LT CD8 chez la souris. NR4A3 est un récepteur nucléaire et un facteur de transcription (FT) dont l’expression est rapidement induite par une stimulation antigénique, mais dont le rôle dans les LT CD8 n’a pas été encore déterminé. Nous avons émis l’hypothèse que l’expression de NR4A3 dans ces cellules suite à une stimulation antigénique contrôle leur différenciation. Premièrement nous avons étudié le rôle du NR4A3 dans la différenciation des LT CD8 lors d’une infection aiguë et avons déterminé que la délétion de NR4A3 dans les LT CD8 augmente la différenciation MPEC, la génération des LTM et la production de cytokines. La régulation de la différenciation des LT CD8 par NR4A3 est transcriptionnelle et, lors des premiers jours postinfection, sa délétion induit un programme transcriptionnel associé avec la différenciation des LTM. De plus, dès les premières heures postactivation, la délétion de NR4A3 favorise l’induction d’un état de chromatine plus ouvert avec une prédiction d’activité augmentée des FT bZIP. Deuxièmement, nous avons étudié le rôle de NR4A3 lors d’une réponse immunitaire antitumorale au cours d’une thérapie cellulaire adoptive (ACT) sous traitement d’anti-PD-L1 (ligand d’un RI) où la meilleure fonctionnalité et persistance des LT CD8 NR4A3 déficients ont été mises à l’épreuve. Ainsi, l’ACT avec des LT CD8 NR4A3 déficients augmente la survie de souris porteuses de tumeurs et les lymphocytes T infiltrants les tumeurs (TIL) NR4A3 déficients sont moins terminalement épuisés et présentent des plus fortes proportions et nombres cellulaires intra-tumoraux. Le profil transcriptomique au niveau de cellules uniques a révélé que les TIL NR4A3 déficients favorisent la génération de progéniteurs distincts et des populations fonctionnelles associées avec le traitement anti-PD-L1. En conclusion, NR4A3 est un régulateur de la fonction et la différenciation des LT CD8 dont l’activité pourrait être modulée afin d’améliorer les stratégies de vaccination ou les thérapies cellulaires. / CD8 T cells are an immune cell population involved in the clearance of different types of infections and the elimination of tumor cells. The response capacity of CD8 T cells depends on their differentiation state. During an immune response, antigen-specific CD8 T cells are activated, differentiate and proliferate into effectors that participate in elimination of the pathogen. Among the pool effectors, there are short-lived effector cells (SLEC) that are terminally differentiated and die by apoptosis after the infection clearance, and the memory precursors effector cells (MPEC) that survive to give rise to memory CD8 T cells. However, during chronic infection or an anti-tumor immune response, antigen persistence and inflammation induce CD8 T cell exhaustion, which is a differentiation state characterized by decreased effector functions and proliferative capacity and an increased expression of inhibitory receptors (IR). Thus, to be able to increase the efficiency of CD8 T cells following vaccination, in the context of antitumoral or during treatment against chronic viral infections, it is important to better understand CD8 T cell differentiation. We studied the role of NR4A3 in CD8 T cell differentiation in mice. NR4A3 in a nuclear receptor and transcription factor (TF), which expression is rapidly induced following antigenic stimulation, but the role of its induction in CD8 T cells was not yet identified. We propose that NR4A3 expression in CD8 T cells following antigenic stimulation controls their differentiation. First, we studied the role of NR4A3 in CD8 T cell differentiation during acute infection and determined that its deletion increases MPEC differentiation, memory generation, and cytokines production. NR4A3 regulates CD8 T cell differentiation at the transcriptional level, and its deletion induces a memory-related transcriptional program early during the immune response (day three post-infection). Moreover, a few hours following the CD8 T cell activation, NR4A3 deletion increased chromatin accessibility, particularly to bZIP TF. Secondly, we studied the role of NR4A3 during the antitumoral response in the context of adoptive cell therapy (ACT) and cotreatment with anti-PD-L1 (ligand of an IR), during which we tested the increased functionality and persistence of NR4A3 deficient cells. ACT with NR4A3-deficient cells increases the survival of tumor-bearing mice. In addition, NR4A3 deficiency increased the frequency of tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) and decreased T cell exhaustion. Single-cell transcriptional profile of TILs revealed that NR4A3 deficiency induces the generation of a transcriptionally distinct progenitor population and an increase in functional populations associated with the anti-PD-L1 treatment. To conclude, NR4A3 is a new regulator of CD8 T cell differentiation and function whose activity regulation could increase the efficiency of vaccinations and cell therapy treatments.

L’épuisement des lymphocytes T CD8+ (LT CD8) est une voie de différentiation unique survenant lors de contextes pathologiques particuliers ayant en commun la persistance d’antigènes dans l’hôte, tel que les infections virales chroniques (expl : VIH, hépatites B et C) et différents types de cancers. Il apparait aujourd’hui très clairement que ce mécanisme est à l’origine de l’échec de l’immunité adaptative face à ces pathologies particulièrement néfastes pour l’homme. L’étude de ce processus a mené à la découverte de cible thérapeutiques d’un grand intérêt (« immune checkpoints ») pouvant être ciblées pour corriger et/ou reverser l’épuisement. Les essais thérapeutiques ayant découlés de ces découvertes ont donné des résultats extrêmement prometteurs dans le traitement de plusieurs cancers. Cependant, bien que ces thérapies ciblées permettent un regain temporaire de la fonction des LT CD8+, elles ne permettent pas d’inverser le processus d’épuisement. Il est donc crucial aujourd’hui de se tourner vers les agents causateurs de cet état d’épuisement qui restent très méconnues à ce jour. La famille de cytokines partageant la chaine commune gamma (cytokines gamma c) comprenant l’IL-2 -4 -7 -9 -15 et -21 sont des acteurs solubles clés de l’immunité adaptative. Ces cytokines sont intimement liées aux processus de développement, d’homéostasie, de différenciation et de maintenance des lymphocytes T. Parmi elles, l’IL-2 et l’IL-15 ont un rôle majeur dans le processus de différenciation des LT CD8+ au cours d’une infection virale aigue. Malgré cela, l’implication de ces cytokines dans l’épuisement des LT CD8+ dans un contexte d’infection virale chronique n’a jamais été investiguée. En se basant sur les connaissances actuelles des rôles de l’IL-2 et de l’IL-15 sur la différenciation des LT CD8+ au cours d’une infection virale aigue, nous avons émis l’hypothèse que ces cytokines pourraient promouvoir l’épuisement dans un contexte d’infection virale chronique. Dans un premier temps, nous avons démontré chez l’homme (patients atteints d’hépatite C chronique) et la souris (modèle LCMV Clone 13) que la chaîne beta du récepteur à l’IL-2 (IL2R beta[CD122]) qui se lie à l’IL-2 et l’IL-15 reste sélectivement exprimée à la surface des LT CD8+ épuisés au cours d’une infection virale chronique. De plus, une expression élevée de cette chaîne de récepteur corrèle avec un épuisement plus sévère des LT CD8+ chez l’homme et la souris. En développant un modèle murin dans lequel les LT CD8+ sont déficients pour cette chaîne, nous avons démontré que l’IL-2 et IL-15 contrôlent plusieurs aspects clés du processus d’épuisement. Ces cytokines augmentent l’expression de plusieurs récepteurs inhibiteurs (caractéristiques de l’épuisement) et contrôlent même directement l’expression de certains d’entre eux (notamment 2B4 et TIM-3). L’IL-2 et l’IL-15 dirigent également la différenciation terminale des LT CD8+ vers un état d’épuisement extrême et abrogent de manière irréversible leur potentiel de différenciation en cellules mémoires. Nous montrons donc pour la première fois un rôle clé de l’IL-2 et l’IL-15 dans l’épuisement des LT CD8+ au cours d’une infection virale chronique. Dans un deuxième temps nous avons investigué les fonctions individuelles et redondantes de l’IL-2 et l’IL-15 dans l’épuisement des LT CD8+. Nous avons également déterminé les fenêtres d’actions déterminantes de ces cytokines et les mécanismes intracellulaires clés par lesquels elles contrôlent le processus d’épuisement. L’IL-2 et l’IL-15 coopèrent pour promouvoir l’expression de 2B4 et TIM-3 à la surface des LT CD8+ et ces cytokines semblent collaborer pour diriger leur différenciation terminale. En revanche, les signaux médiés par l’IL-2 pendant la phase de « priming » abrogent sélectivement leur potentiel de différenciation en cellules T centrales mémoires (Tcm) alors que l’IL-15 semble plutôt supprimer celle des T effecteurs mémoires (Tem) pendant la phase chronique. Pour finir, nous avons identifié la voie JAK3/STAT5 comme étant la principale voie intracellulaire par laquelle l’IL-2 et l’IL-15 dirigent l’épuisement des LT CD8+. Au cours de cette thèse, nous avons donc mis en évidence un nouveau rôle de l’IL-2 et l’IL-15 dans l’épuisement des LT CD8+ au cours d’une infection virale chronique. Nos résultats apportent une meilleure compréhension du processus d’épuisement des LT CD8+ et démontrent pour la première fois une implication des cytokines. Nous espérons que ces travaux contribueront à améliorer les stratégies thérapeutiques actuelles contre le cancer et les infections virales chroniques. / CD8+ T cell exhaustion is a unique differentiation pathway which occurs during particular pathological contexts such as chronic viral infections (i.e. HIV, HCV and HBV) and cancers in which antigen (Ag) persists in the host. It appears clear now that this mechanism provokes the failure of adaptive responses against these pathologies and is particularly harmful to humans. The study of this process has led to the discovery of relevant molecules (“immune checkpoints”) that can be targeted to prevent and/or reverse exhaustion. Ensuing clinical trials have provided extremely promising results in the treatment of several cancers. However, although these targeted therapies allow a temporary regain of CD8+ T cell functions they still fail at reversing the exhaustion process. It is thus crucial to investigate the causative factors of such process that remain to be identified. The common gamma-chain (gamma c) family of cytokines which includes IL-2, -4, -7, -9, -15, and -21 are key soluble mediators involved in the development of adaptive immunity. These cytokines are intimately linked to T cell development, homeostasis, differentiation and maintenance. Among them, IL-2 and IL-15 display important functions on CD8+ T cell differentiation during an acute viral infection. However, impact of these cytokines on CD8+ T cell responses during a chronic viral infection remains to be investigated. Based on current knowledge of the functions of IL-2 and IL-15 on CD8+ T cell differentiation during an acute viral infection, we hypothesized that these cytokines promote CD8+ T cell exhaustion during a chronic viral infection. We first demonstrate in a mouse model of chronic viral infection (LCMV clone 13) and patients with chronic HCV that the IL-2-receptor beta chain (IL2R beta [CD122]) a cytokine receptor chain which binds to both IL-2 and IL-15 is selectively expressed on exhausted CD8+ T cells during a chronic viral infection. The intensity of CD122 expression positively correlates with severe exhaustion of CD8+ T cells in mice and humans. Using a mouse model in which CD8+ T cells lack the expression of the IL2R beta-chain, we demonstrate that IL-2 and IL-15 control several aspects of exhaustion. IL-2 and IL-15-dependent signals sustain the expression of several inhibitory receptors (characteristic of exhaustion) on CD8+ T cells and directly control the expression of some of them (e.g. 2B4 and TIM-3). IL-2 and IL-15 also direct the terminal exhaustion of CD8+ T cells and irreversibly abrogate their developmental plasticity toward memory T cell development. Together, we show for the first time key functions of IL-2 and IL-15 in directing CD8+ T cell exhaustion during a chronic viral infection. Next, we investigated the unique and redundant functions of IL-2 and IL-15 on CD8+ T cell exhaustion. We also determined individual time-frames of these cytokines and intracellular pathways by which they control CD8+ T cell exhaustion. IL-2 and IL-15 cooperate to promote 2B4 and TIM-3 expression on CD8+ T cells, and these cytokines likely collaborate to direct terminal exhaustion. In contrast, IL-2-dependent signals during priming preclude subsequent differentiation into central memory cells (Tcm) while prolonged exposure to IL-15 upon viral persistence likely suppresses effector memory cell (Tem) developmental potential. Finally, we demonstrate that the JAK3/STAT5 pathway is the dominant pathway by which IL-2 and IL-15 direct CD8+ T cell exhaustion. This thesis provides evidence of novel functions of IL-2 and IL-15 in directing CD8+ T cell exhaustion during a chronic viral infection. These results increase our understanding of the CD8+ T cell exhaustion process and demonstrate for the first time the involvement of cytokines. We hope that this work will contribute to the improvement of actual therapeutic strategies against chronic viral infections and cancers.

CD8+ T Zellen unterstützen die Beseitigung von Pathogenen und sind somit entscheidend bei der Bekämpfung von Infektionen. Neben der Antigendosis und dem inflammatorischen Zytokinemilieu hat auch die Stimulation durch den TZR einen entscheidenden Einfluss auf die CD8+ T Zellantwort. Das transkriptionelle Programm, die finale Größe und Dauer der klonalen Expansion und der Start der Kontraktionsphase werden durch die TZR-Signalstärke bestimmt. Schwache TZR-Stimulation führt zu einer verminderten Expansion und vermittelt eine frühzeitige Kontraktionsphase, die eine Entwicklung von Gedächtniszellen auf den Kosten der Effektorzellen favorisiert. IRF4 wird nach TZR-Ligand-Interaktion in CD8+ T-Zellen hoch reguliert. Seine Expressionskinetik ist stark von der TZR-Signalstärke der Aktivierung abhängig, übersetzt diese und sorgt für die Umsetzung in ein entsprechendes transkriptionelles und differentielles Programm. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass die IRF4-Defizienz in CD8+ T-Zellen zu einem verfrühten Abbruch der Expansion und zu einem vorzeitigen Beginn der Kontraktion führt, die durch den FAS-vermittelten Tod-induzierenden Signalweg initiiert wird. Außerdem präsentieren IRF4-defiziente CD8+ T-Zellen vermehrt Phosphatidylserine an ihrer Oberfläche und Komplementdeposition, beides begünstigt die Erkennung und Aufnahme durch Phagozyten. Diese Ergebnisse weisen zudem stark darauf hin, dass durch die fehlende Expression von IRF4 in CD8+ T Zellen, ein schwaches TZR-Signal übermittelt wird, unabhängig von der tatsächlichen Stärke und Dauer des aktivierenden Signals, dass zu einer Verkürzung der Expansionsphase führt und eine verfrühte Kontraktionsphase der Effektorzellen auslöst. Diese Arbeit erweitert schon bekanntes Wissen um IRF4 als Schlüsselregulator für die Differenzierung und Funktionalität der ag-spezifischen CD8+ T-Zellen, da es den Beginn der Kontraktionsphase diktiert mittels Aktivierung von verschiedenen Apoptose- und Phagocytose Signalwegen. / CD8+ T cells promote pathogen clearance and play a crucial role in controlling infections. Besides antigen dose and inflammatory cytokine milieu, the TCR stimulation contributes to the programming of the CD8+ T cell response. A distinct developmental program, the final magnitude and duration of clonal expansion, as well as the timing of the onset of T cell contraction, are determined by the TCR signaling strength. Weak TCR stimulation results in a diminished magnitude of expansion and accelerates the onset of contraction, as it favors the development of memory cells at the expense of effector cells. IRF4 is a transcription factor, that is upregulated in CD8+ T cells following TCR stimulation. Furthermore, its expression kinetic is highly dependent on the TCR signaling strength, which initiated activation. Therefore, it translates the strength of the activating signal and transmits it into a proper transcriptional and developmental program. This study provides unique evidence that the absence of IRF4 expression in CD8+ T cells leads to a hasted termination of clonal expansion and a premature contraction, initiated by the FAS-mediated cell death pathway. Moreover, IRF4-deficient CD8+ T cells exposed phosphatidylserine on their cell surface and showed complement deposition, both facilitating their recognition and uptake by phagocytes. The findings of this study additionally strongly indicate that IRF4 deficiency mimics weak TCR engagement and in turn transmits every TCR signal, independent of its actually affinity and duration, into a developmental program, that give rise to an early memory formation and results in a premature onset of effector CD8+ T cell contraction. This data extend previous knowledge of IRF4 being essential for the differentiation and functionality of ag-specific effector CD8+ T cells, as it furthermore dictates the onset of CD8+ T cell contraction via the activation of several death and phagocytosis inducing pathways.