Oncolytic viruses (OVs) are promising tumor-selective treatments, and the efficacy of OV therapies has been shown to depend heavily on the successful delivery and spread of these agents within the tumor mass to generate profound immunostimulatory effects. We have previously reported the potential of vanadium-based compounds such as vanadyl sulfate (VS) as immune-stimulatory enhancers of OV immunotherapy. These compounds, in conjunction with RNA-based OVs such as oncolytic VSVΔ51, improve viral spread and oncolysis, leading to long-term antitumor immunity and prolonged survival in resistant tumor models as previously reported. This effect is associated with a virus-induced antiviral type I IFN response shifting towards a type II IFN response. Here, the systemic impact and the relevant immunological changes following VS/VSVΔ51 combination therapy were investigated to understand the immunological mechanism of action leading to improved antitumor responses. We screened for the secretion of chemokines and cytokines in vivo to understand the mechanism of action regulating the recruitment of immune cells to the tumor in the CT26WT tumor model following treatment. Additionally, the antigen-specific immune response was investigated to further identify the relevant immunological changes following treatment with the VS+VSVΔ51 combination. Our data revealed that VS+VSVΔ51 combination therapy significantly increased the levels of IFN-γ and IL-6, and other key important pro-inflammatory cytokines and chemokines. Improved tumor antigen-specific T-cell responses were observed following the combined therapy. Supported by relevant immunological changes and as a proof of concept for the design of more effective therapeutic regimens, we found that local delivery of VSVΔ51 encoded with IL-12 or with other transgenes in combination with VS further improved therapeutic outcomes in a syngeneic CT26WT colon cancer model. We found that CD8+ T cells and Natural Killer (NK) cells play significant roles in establishing the therapeutic efficacy that we observed; Furthermore, engineering new and targeted therapeutic platforms to impact the antitumor immune response further improves the therapeutic benefits of the combined therapy.

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Les cytokines jouent un rôle essentiel dans la réponse immunitaire ; elles modulent les propriétés et la survie de nombreuses cellules immunitaires. Les lymphocytes T (LT) sont régulés par un large spectre de cytokines. Néanmoins certaines sous-populations de LT restent peu définies à ce jour tout comme l’impact de cytokines sur ces cellules en conditions physiologiques et pathologiques. Une population de LT caractérisée par la double expression des corécepteurs CD4 et CD8 a été identifiée en périphérie chez des donneurs sains et sa fréquence est augmentée chez les patients atteints de certaines pathologies. Cependant, peu d’études ont déterminé le phénotype et les fonctions de ces cellules. Nous avons caractérisé le phénotype ex vivo des LT CD4+CD8+ issus de sujets sains et étudié la réponse de ces cellules à plusieurs cytokines importantes dans l’homéostasie et l’activation des lymphocytes. Notre étude révèle que les LT CD4+CD8+ forment une population hétérogène présentant de nombreuses caractéristiques des cellules mémoires. De plus, notre étude montre que ces cellules ont une capacité accrue de produire des cytokines et enzymes lytiques comparée aux LT CD4 et CD8. Finalement, nous avons observé qu’une plus grande proportion de LT CD4+CD8+ répond aux cytokines IL-2, IL-15 et IL-7 comparée aux LT CD4 et CD8 simples positifs. Plusieurs études ont révélé que certaines cytokines participent à la pathobiologie de maladies auto-immunes notamment la sclérose en plaques (SEP). La SEP est une maladie inflammatoire chronique du système nerveux central (SNC) caractérisée par une destruction de la gaine de myéline et une perte axonale à l’origine des symptômes cliniques. L’impact des médiateurs immunitaires dans la destruction et/ou la réparation reste néanmoins à éclaircir. Plusieurs études suggèrent que l’interleukine-27 (IL-27) joue un rôle central dans la SEP : l’IL-27 diminue la sévérité de la maladie dans un modèle murin de la SEP ; la réponse des patients à certaines thérapies corrèle avec des niveaux périphériques élevés d’IL-27. Notre étude avait pour but de déterminer comment l’IL-27 module les LT des patients atteints de SEP. Nous avons observé des niveaux d’IL-27 augmentés à la fois en périphérie et dans le SNC des patients SEP. Nous avons mis en évidence que les effets induits par l’IL-27 sont altérés dans les LT des patients SEP ; notamment l’induction de PD-L1 et la réponse à l’IL-12 sont plus faibles comparées aux LT de sujets sains. La voie de signalisation STAT3 est induite plus fortement en réponse à l’IL 27 dans les cellules de patients SEP en comparaison à celles de sujets sains. Finalement, nous avons démontré que la forme soluble du récepteur à l’IL-27 est présente en plus grande quantité dans le sérum des patients SEP et ces niveaux sont suffisants pour bloquer l’effet de l’IL-27 sur ses cellules cibles. En conclusion, nos résultats permettent de mieux comprendre comment certaines cytokines participent à la régulation des populations lymphocytaires. En condition pathologique, la modulation de ces cytokines pourrait s’avérer efficace dans un but thérapeutique afin de promouvoir et/ou inhiber certaines réponses immunitaires notamment dans la SEP. / Cytokines play an essential role in modulating the immune response. They act on cells from both innate and adaptive immunity by modulating their phenotype and influencing their survival. T cells are highly regulated by a broad spectrum of cytokines. Nevertheless, some subsets of T cells remain ill-defined and a better understanding of cytokine-mediated responses in physiological and pathological conditions requires further investigation. A T cell population characterized by the dual expression of CD4 and CD8 co-receptors has been identified in the periphery of healthy donors and its frequency is notably increased in several pathologies. However, very few studies have determined the phenotype and functions of these cells under physiological conditions. We performed an ex vivo phenotypic characterization of CD4+CD8+ T cells from healthy subjects and analyzed the response of these cells to several important cytokines implicated in homeostasis and activation of immune cells. Our study reveals that CD4+CD8+ T cells are heterogeneous and exhibit many characteristics of memory cells. In addition, our study shows that these cells have an enhanced ability to produce cytokines and lytic enzymes compared to CD4 and CD8 T cells. Finally, we found that a higher proportion of CD4+CD8+ T cells respond to IL-2, IL-15 and IL-7 cytokines compared to CD4 and CD8 counterparts. Numerous studies showed that lymphocyte populations and some cytokines are involved in the development of several autoimmune diseases, including multiple sclerosis (MS). MS is a chronic inflammatory disease of the central nervous system (CNS) characterized by the destruction of the myelin sheath, axonal loss and oligodendrocytic death leading to clinical symptoms. The immune mediators involved in the destruction and/or repair remain to be clarified. Several studies suggest that interleukin-27 (IL-27) plays a central role in MS: IL-27 dampens the severity of the disease in a MS mouse model and in MS patients the response to some therapies correlates with higher levels of peripheral IL-27. The purpose of our study was to determine how IL-27 modulates T cells in MS patients. We observed that IL-27 levels are increased in both periphery and CNS of MS patients. We found that IL-27-mediated effects are impaired in T cells from MS patients in particular PD-L1 induction and IL-12 response that are lower compared to T cells from healthy subjects. IL-27-triggered STAT3 signaling pathway is also enhanced in cells from MS patients compared to healthy subjects. Finally, our study showed that the soluble form of the receptor of IL-27 is present in greater levels in the serum of MS patients and the measured doses are sufficient to block the capacity of IL-27 to act on its target cells. To conclude, our results provide a better understanding of how certain cytokines participate in the regulation of lymphocyte populations. Under pathological conditions, modulation of these cytokines may be effective for therapeutic applications in order to promote and/or inhibit immune responses, particularly in MS.

<p>Cytomegalovirus (CMV) is a widespread infection affecting 50-90% of the human population. A typical silent primary infection is followed by life-long persistence in the host under control by virus-specific CD8 (“killer”) and CD4 (“helper”) T cells. Although harmless in most people, CMV may cause disease and sequelae in patients with deficient cellular immunity, such as AIDS patients, recipients of organ transplants and children who have acquired the virus before birth. In this thesis we have characterized the cellular immunity to CMV in immunocompetent subjects, in patients receiving transplants and in infants.</p><p>In healthy individuals with latent CMV, the frequencies of CMV-specific CD8 T cells varied considerably between the donors. Within the same individual, the changes over time were usually small. In patients with primary, symptomatic CMV infection, the frequencies of CMV-specific CD8 T cells peaked within the first month after the appearance of symptoms. The frequencies then declined to levels similar to those in latently infected CMV carriers. The CD4 T-cell function followed the same pattern, but with lower peak values.</p><p>Immunosuppressed renal transplant patients with latent CMV had CMV-specific CD4 cell function similar to healthy controls. The frequencies of CMV-specific CD8 T cells were also comparable, but their function was impaired. When renal transplant recipients were investigated longitudinally, we found that their CMV-specific T cells decreased rapidly after transplantation. Whereas the frequencies and function of CD8 T cells rebounded within 3 months, CD4 T-cell recovery was impaired during the entire first year after transplantation.</p><p>Finally, the frequencies and function of CMV-specific T-cells were investigated in children with congenital and postnatal CMV. CMV-specific CD8 T cells could be detected in even the youngest children, suggesting that these cells can develop early in life. In contrast, CMV specific CD4 T cells were low or absent in the youngest children but increased slowly with age.</p>

Tc17 cells and the semi-invariant human mucosal associated invariant T (MAIT) cells are important CD8+ tissue-homing cell populations. Both are characterized by high expression of CD161 (++) and type-17 differentiation, yet their origins and relationships remain poorly defined. By transcriptional and functional analyses it is demonstrated that a pool of polyclonal, pre-committed type-17 CD161++CD8αβ+ T cells exists in cord blood, from which a prominent MAIT cell (TCR Vα7.2+/Vβ2 or 13.2) population emerges post-natally. During this expansion, CD8αα T-cells appear exclusively within CD161++CD8+/MAIT subset, sharing cytokine production (IL17, IL-22 and IFN-γ), chemokine-receptor expression (CCR2, CCR6 and CXCR6), TCR-usage and transcriptional profiles with their CD161++CD8αβ+ counterparts. These data demonstrate the origin and differentiation pathway of MAIT cells from a naïve type-17 pre-committed CD161++CD8+ T cell pool and the distinct phenotype and function of CD8αα cells in man. The CD161++CD8αβ and CD8αα T cell subsets are reduced in the peripheral circulation in chronic hepatitis B and C and are enriched in the liver in chronic hepatitis C. Their potential role in immunity to chronic viral hepatitis B and C is demonstrated by their expression of activation/exhaustion markers CD69, CD25, HLA-DR and PD-1. In addition a substantial distinct CD161-CD8β^low population is demonstrated in chronic hepatitis B, co-characterised by a CD28^low, HLA-DR^high phenotype and high expression of IFN-γ, with important implications for the development of immunotherapy and vaccination.

Les LT CD8 mémoires constituent une population hétérogène. Une modulation des différents signaux d’activation des LT CD8 naïfs influe sur la diversité des LT CD8 effecteurs et mémoires générés. A coté des sous populations classiquement décrites de LT CD8 mémoires développés dans des conditions infectieuses, il existe une population de LT CD8 mémoires générés dans des conditions d’inflammation stérile, c’est-à-dire en absence de pathogènes et de signaux moléculaires dérivés de pathogènes : les TIM pour « T-inflammatory memory cells ». Au cours de cette thèse j’ai eu pour objectif : 1) de mieux caractériser la population de TIM 2) d’évaluer leur capacité à répondre à une activation par un pathogène viral et ainsi leur plasticité et 3) d’étudier leur recrutement au site d’une infection locale respiratoire.J’ai ainsi pu identifier de nouvelles propriétés des TIM et montrer que les TIM sont recrutés dans une réponse secondaire à un virus exprimant la même spécificité antigénique, en générant des LT CD8 mémoires secondaires aux fonctions améliorées. De plus, les LT CD8 mémoires secondaires générés présentent un avantage fonctionnel par rapport aux LT CD8 mémoires primaires dans leur capacité de production de TNF-α et de la chimiokine XCL1. Cette dernière propriété pourrait leur conférer un avantage pour la réponse à des antigènes cross présentés. J’ai par ailleurs montré la capacité des TIM à être recrutés au niveau du poumon et des voies aériennes au cours d’une infection respiratoire virale. Ces résultats montrent que les LT CD8 mémoires générés dans des conditions d’activation inflammatoires stériles peuvent prendre part au contingent de cellules immunitaires impliquées dans des réponses à des infections. Ces résultats ouvrent un champ d’investigation intéressant concernant la plasticité des LT CD8 mémoires. Ils pourraient avoir une incidence sur certaines pathologies inflammatoires, dans le cas d’une ré-activation des TIM par un virus cross réactif. / Memory CD8 T cells represent a heterogeneous population. A modulation of the activation signals during naïve CD8 T cells activation influences the diversity of the Effector and Memory CD8 T cells generated. Besides the classically described subsets of Memory CD8 T cells, generated under infectious conditions, are T inflammatory memory CD8 T cells (TIM). TIM are generated under sterile priming conditions that are devoid of pathogens and pathogen-derived danger signals.During this thesis, I had the latter objectives: 1) a better characterisation of TIM, 2) to evaluate whether they could be recruited in an immune response directed against a virus and thus investigate their plasticity, 3) to examine their recruitment to the site of a respiratory local infection.I have identified new features of TIM and shown that TIM can take part to the immune response triggered by a virus expressing their cognate antigen and further differentiate into secondary memory cells with improved functions. The secondary memory CD8 T cells they generate display a functional advantage over primary memory cells in their capacity to produce TNF-α and the XCL1 chemokine. This last result could give them an advantage against cross-presented antigen. Furthermore, I have shown that TIM cells can be recruited in lung and airways during a respiratory viral infection. These results show that memory CD8 T cells generated under sterile priming conditions can take part to the contingent of immune cells involved in responses to infection. They open an interesting field of investigation of the plasticity of memory CD8 T cells. They could have an impact in inflammatory diseases, in the case of re-activation of TIM by a cross-reactive virus.

Les lymphocytes T CD8 sont des acteurs clés de l'immunité adaptative, impliqués dans la lutte contre les pathogènes intracellulaires et les cellules tumorales. En outre, les lymphocytes T CD8 sont capables, lors d’une réponse primaire, de se différencier en cellules mémoires capables de se maintenir dans l’organisme et de le protéger efficacement contre une nouvelle rencontre avec ces dangers. Ceci est permis grâce à leurs fonctions effectrices améliorées, leur plus grand potentiel prolifératif et leur capacité à migrer dans les tissus non-lymphoïdes, des propriétés toutes trois régulées au niveau moléculaire par le cytosquelette d'actine.            Récemment, notre équipe a montré que pleckstrin, un gène impliqué dans la régulation du cytosquelette d'actine, était fortement exprimé dans les lymphocytes T CD8 mémoires (générés suite à une infection virale), par comparaison avec des cellules T CD8 naïves. Grâce à des expériences d'infection par le virus de la Vaccine in vivo, nous avons pu mettre en évidence que l'absence de pleckstrin n'altère pas les fonctions effectrices des lymphocytes T CD8 (i. e. cytotoxicité et production de cytokines). En revanche, pleckstrin semble nécessaire à la génération des lymphocytes T CD8 mémoires et à leur localisation au sein des tissus infectés.            Ces travaux de recherche apportent ainsi un regard nouveau sur les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la mise en place d'un compartiment T CD8 mémoire au sein des tissus non-lymphoïdes. / CD8 T cells are key players of adaptive immunity, and are involved in the elimination of intracellular pathogens and cancer cells. During a primary immune response, memory CD8 T cells are generated, and are able to maintain long-term and protect efficiently the organism against a secondary encounter with these threats. Indeed, memory CD8 T cells mediate durable protection through enhanced effector functions, increased proliferative capacity and distinct migratory behaviors, three processes that are tightly regulated by actin cytoskeleton.            Recently, the laboratory has shown that pleckstrin, a gene involved in actin cytoskeleton, is highly up-regulated in pathogen-induced memory CD8 T cells compared to naïve cells. Using pleckstrin deficient CD8 T cells, we show in an in vivo model of Vaccinia virus infection that pleckstrin deficiency does not affect global CD8 functions, in terms of cytokine production and cytotoxicity. However, pleckstrin is required for the optimal generation and localization of memory CD8 T cells within infected tissues.            As a whole, this work gives new insight into the molecular and cellular mechanisms that allow the establishment of a memory CD8 T cell compartment within non-lymphoid tissues.

Lors de l’infection par le VIH, les réponses T CD8+ présentent de nombreux défauts fonctionnels d’ordre qualitatif et quantitatif. Les « HIV controllers » (HIC) constituent un rare groupe de patients (0,5%) qui contrôle spontanément in vivo la réplication virale. Des études ont montré que les fortes réponses T CD8+ observées chez les HIC jouent probablement un rôle majeur dans ce contrôle. Par ailleurs, l’activation immunitaire joue un rôle clé dans la déplétion T CD4+ et la progression. En effet, les patients virémiques présentent une forte activation mesurée par la fréquence de lymphocytes T CD8+ CD38+/HLA-DR+ alors que l’activation observée chez les HIC est faible, similaire à celle des patients sous traitements anti-rétroviraux ce qui pourrait expliquer l’absence fréquente de progression chez ces patients. De plus, les HIC sont caractérisés par une activation paradoxale avec une forte proportion de lymphocytes T CD8+ présentant une forte expression de HLA-DR contrastant avec une faible expression de CD38 et donc une fréquence plus importante de lymphocytes T CD8+ exprimant le phénotype particulier CD38-/HLA-DR+ que les lymphocytes T CD8+ des patients ne contrôlant pas le VIH.L’objectif de mon projet de thèse a été de caractériser les réponses T optimales pour le contrôle de la réplication virale chez les patients HIC. En étudiant la sous population CD38-/HLA-DR+, nous avons démontré que cette sous population exprime un phénotype particulier avec l’expression seule de HLA-DR comme marqueur d’activation mais aussi qu’elle possède de très bonnes fonctions effectrices (cytotoxicité) et mémoires (survie, polyfonctionnalité et prolifération). Nous avons par la suite étudié le mécanisme responsable de l’induction de ce phénotype particulier et démontré qu’une activation par de faibles doses d’antigènes induit préférentiellement le phénotype d’intérêt CD38-/HLA-DR+ alors qu’une activation par de fortes doses d’antigènes induit préférentiellement le phénotype CD38+/HLA-DR+.Nous avons par la suite caractérisé les lymphocytes T CD8+ des HIC à l’aide de marqueurs associés à une activité cytotoxique : les facteurs de transcription de la « boîte T », T-bet et Eomes et le marqueur CD57. Nous avons ainsi montré qu’il existe une hétérogénéité de l’expression d’Eomes et que seules les sous populations CD57+/Eomeshi et CD57+/Eomesint présentent ex vivo des capacités cytotoxiques. Il s’avère que les lymphocytes T CD8+ spécifiques du VIH des HIC expriment préférentiellement le phénotype CD57+/Eomeshi qui démontre de bonnes fonctionnalités (prolifération, survie). De plus la fréquence de cette sous population corrèle avec une faible charge virale suggérant que ces cellules CD57+/Eomeshi participent au contrôle de la réplication virale. Cependant, les fortes réponses T CD8+ ne sont pas retrouvées chez tous les patients HIC et il existe un certain nombre de patients, authentiquement contrôleurs in vivo mais dont les lymphocytes T CD8+ ne possèdent pas une activité inhibitrice ex vivo et que l’on a appelé « Weak Responders » par opposition aux « Strong Responders » qui présentent une forte capacité antivirale. Notre étude a permis de montrer que les réponses T CD8+ sont corrélés aux réponses T CD4+ : les « Weak Responders » présentent de faibles réponses T CD4+ et T CD8+ et les « Strong Responders » présentent de fortes réponses T CD4+ et T CD8+. Ces résultats ont permis de définir deux sous populations T CD8+ probablement impliquées dans le contrôle de la réplication virale in vivo. La faible dose d’antigène et la faible activation des lymphocytes pourraient être impliquées dans l’induction et la persistance de fortes réponses T CD8+ anti-VIH. L’utilisation de faibles doses d’antigènes permettant d’induire des lymphocytes T CD8+ avec une forte capacité d’inhibition de la réplication virale pourrait être envisagée dans de futurs essais cliniques vaccinaux. / Several defects of the immune response have been evidenced during HIV infection, especially CD8+ T cell response. A rare group of patients (0.5%) called HIV controllers (HIC) can spontaneously control HIV infection and studies showed that these patients present high HIV-specific CD8+ T cell responses. Moreover excessive activation of CD8+ T cells seems to play a major role since this parameter correlates strongly with disease progression. Indeed, immune activation observed in HIC is lower than in viremic patients and similar as in HAART-treated patients. Furthermore HIC exhibit a peculiar activation phenotype with low CD38 expression and high HLA-DR expression and characterized by a higher frequency of CD38-/HLA-DR+ expressing cells. The aim of these works was to characterize optimal HIV-specific T cells which are implicated in the control of viral replication in HIC. We first studied this subpopulation CD38-/HLA-DR+ and showed that it is characterized by an absence of activation marker expression except for HLA-DR and by efficient effector functions (high cytotoxicity) and good memory functions (better survival, proliferation and higher frequency of polyfunctional cells). We then deciphered the mechanism responsible for the induction of this phenotype and demonstrated that low dose of antigen induce preferentially CD38-/HLA-DR+ phenotype while high dose of antigen induce preferentially CD38+/HLA-DR+. We next characterized HIV-specific CD8+ T cells from HIC by markers associated with cytotoxicity: T-box transcription factor T-bet and Eomes and CD57. We demonstrated heterogeneity of Eomes expression and only CD57+/Eomeshi and CD57+/Eomesint subpopulation exhibit cytotoxic capacity ex vivo. We then showed that HIC exhibited higher frequency of CD57+/Eomeshi expressing HIV specific CD8+ T cells with high functionalities (proliferation, survival). Furthermore frequency of this subpopulation correlated with low viral load suggesting a role of CD57+/Eomeshi in the control of viral replication. Nevertheless, the high CD8+ T cell responses are not found in all HIC and some patients who control viral replication in vivo exhibit low inhibition by CD8+ T cells ex vivo and are called Weak Responders by opposition to Strong Responders who exhibit high inhibition by CD8+ T cells. Our study demonstrated that the CD8+ T cell response is associated with the CD4+ T cells: Weak Responders showed low CD4+ and CD8+ T cell responses especially low CD38-/HLA-DR+ frequency and Strong Responders showed high CD4+ and CD8+ T cell response especially high CD38-/HLA-DR+ frequency. We therefore defined two subpopulations which are overrepresented in HIC and which are probably implicated in control of HIV. The low dose and low immune activation could be involved in the induction and persistence of high anti-HIV CD8+ T cell response and might have implications for HIV vaccine strategies.

Natural killer (NK) cells are non-specific killer cells of the innate immune system that eliminate target cells based on discrimination between self and non-self. Activation is carefully regulated through integration of signals received through both activating and inhibitory receptors. During the course of a herpes simplex virus type-1 (HSV-1) infection, NK cells can influence host susceptibility to infection with severe infections occurring in individuals with genetic defects in the NK cell response. In response to HSV infection, NK cells are recruited to the inflammatory tissue where ensuing reciprocal interactions with accessory cells and proinflammatory cytokines induce NK cell activation, cytolytic activity, and cytokine production, contributing to innate immune response and ultimately influencing the adaptive immune response. The objective of this study was to elucidate the multiple roles of NK cells during the numerous steps in anti-HSV immune induction. Accordingly, we have demonstrated that NK cells are novel helpers that assist and influence an anti-HSV immune response via the secretion of cytokines that enhance HSV-specific CD8+ T cell effector function and cytokine production. Taken together, data from this study presented the critical importance of NK cells in mounting an essential and efficient anti-HSV immunity. The key findings of our study were: 1. In the absence of NK cells, dendritic cells have decreased capacity to prime HSV-specific T cells. 2. HSV infected NK cells can be directly activated via toll-like receptor (TLR) in a MyD88-dependent mechanism; however, interaction with HSV infected dendritic cells yields optimal NK cell activation and function (CD69 and IFNγ). 3. TRAIL-expressing NK cells eliminate antigen-bearing immature dermal DCs (CD11c+CD8α-DR5+), that migrate to draining lymphoid organs, to facilitate antigen transfer to lymphoid resident CD8α+ DC for T cell cross priming. 4. 'Helpless' CD8+ T cell function, generated in the absence of CD4+ T cells, can be partially restored to wild-type levels by NK cell supplementation. 5. Treatment of NK cells with anti-CD69 antibody results in a heightened NK activated state and augments the adaptive immune response, without increasing NK cell numbers. These findings may contribute to the potential revelation of avenues to manipulate NK cells for anti-viral therapies.