L'immuno-marquage multiple des lymphocytes T par cytométrie en flux permet d'observer plus de phénotypes que les deux isotypes conventionnels T CD4+ et T CD8+. Ces observations sont basées sur la combinaison de marqueurs habituellement utilisés mais rarement tous associés ainsi que sur le niveau d'expression membranaire. Ces données ne peuvent être reproductibles qu'au prix d'une standardisation rigoureuse de la préparation et des réglages du cytomètre et l'élimination de possibles artefacts. Nous décrivons les lymphocytes T CD4+CD8dim, T CD4dimCD8+, T CD3fort (Tgamma/alpha), T CD8alpha/alpha, T CD8dim et T CD8+CD56+. Les trois derniers sont encore peu détaillés. Seules quelques observations ont déjà été rapportées dans la littérature. Certaines combinaisons (doubles positifs CD4+/CD8+) sont observées sur le thymocyte immature mais, classiquement, pas dans le sang périphérique. Il était donc nécessaire de distinguer les isotypes doubles positifs dans le sang périphérique de formes immatures qui auraient pu s'échapper du thymus. L'expression réduite d'un marqueur (" dim ") peut être induite par l'activation du lymphocyte. Il était donc nécessaire d'éliminer une activation récente. Bien que le travail en l'état se limite à des descriptions phénotypiques, nous avons cherché à connaître la pertinence physiologique possible de ces expressions aberrantes en faisant une courte revue de la littérature sur les étapes de la lymphopoïèse, les mécanismes d'orientation vers une lignée particulière et les processus d'activation lymphocytaire spécifique. L'expression d'un marqueur membranaire étant dépendant de son utilité, nous émettons l'hypothèse que ces isotypes non conventionnels ont une activité immunitaire particulière, soit habituellement minoritaire ou restreinte à certains sites soit induite. Des études fonctionnelles devraient éclaircir ce point. Nos résultats ne permettent pas de préciser si leur émergence est un processus actif (éventuellement chronique) ou est séquellaire d'une sollicitation passée. Certaines populations ont une diversité très restreinte. Nous les avons qualifiées d'oligoclonales à défaut de pouvoir confirmer leur monoclonalité. Compte tenu de la grande diversité du système immunitaire T, il est peu probable que cette restriction soit fortuite. Elle peut être réactionnelle mais doit être distinguée des authentiques syndromes lymphoprolifératifs aux phénotypes parfois proches. Nous situant alors dans la situation frontière entre physiologie et pathologie, nous avons proposé de qualifier ces populations de " dysclonotypie oligoclonale de signification indéterminée " par analogie avec le concept de " dysglobulinémie monoclonale de signification indéterminée ". Des études complémentaires devraient permettre de clarifier cette hypothèse et éventuellement de définir des critères pronostiques.

Dès l'ouverture du laboratoire et la création de cette activité sur le CHU en 1995, notre travail a été centré autour de l'analyse cellulaire. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux populations lymphocytaires T et aux adénocarcinomes avec deux aspects particuliers : diversité et dynamique de populations hétérogènes, détection et caractérisation d'éléments minoritaires (évènements rares) au sein de cette population. Notre activité hospitalière a été effectuée dans au laboratoire d'Immunologie qui fait partie du Pôle de Biologie-Pathologie du CHU de Saint-Etienne. La partie plus expérimentale ou biotechnologique de nos recherches a été conduite dans le cadre du Groupe d'études sur l'Immunité des Muqueuses et les Agents Pathogènes (GIMAP, EA 3064) et, depuis 2004, dans celui du Centre d'Ingénierie et Santé de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint Etienne (où nous sommes détaché pour 20% de notre temps hospitalier).

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2003. / Härtill 4 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2000. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 89-102).

Plusieurs populations de cellules immunitaires possèdent une activité cytotoxique permettant l'élimination de cellules altérées. Cette fonction cellulaire est ainsi déterminante dans le contrôle des infections, des processus tumoraux, ou encore des maladies inflammatoires chroniques. Mon projet de thèse se concentre sur des aspects fondamentaux de l'activité lytique de deux populations de lymphocytes T cytotoxiques : les lymphocytes T CD8+ et les lymphocytes T CD4+ régulateurs de type 1. Pour cela, l'exploration des mécanismes de cette activité a été conduite au travers de deux modèles, pathologique et thérapeutique, à différentes échelles biologiques : au niveau de la population ou de la cellule individuelle, mais aussi différentes échelles d'organisations moléculaires : cellulaire et nanoscopique. Nous avons pu démontrer que l'activité de lyse de lymphocytes T CD8+ cytotoxiques face à un excès de cellules cibles est efficace sur des temps prolongés, reposant sur une capacité individuelle fortement hétérogène à effectuer une lyse multiple. L'importance de cette activité de lyse soutenue a été renforcée par l'identification d'un défaut lytique particulièrement prononcé sur le long- terme chez des lymphocytes T CD8+ issus de patients atteints du syndrome de Wiskott-Aldrich. Ce défaut est lié à une activation réduite de l'intégrine LFA-1 et un délai dans la délivrance du coup létal. De plus, la protéine WASP permet de restreindre LFA-1 de haute-affinité en nanoclusters denses ainsi que de permettre l'organisation en un ring de LFA-1 et la localisation des granules lytiques à l'intérieur de celui-ci. Par ailleurs, les lymphocytes T CD4+ régulateurs de type 1 développés dans le cadre d'une thérapie cellulaire (Ovasave(r)) démontrent une capacité de lyse envers les cellules myéloïdes, en complément d'une activité immunosuppressive sur les lymphocytes T conventionnels. Cette activité est mise en place sur du long-terme, jusqu'à atteindre une efficacité optimale, lié à un délai dans la délivrance du coup létal. De manière surprenante, malgré une spécificité pour l'ovalbumine, l'activité cytotoxique semble être indépendante de l'activation du TCR. En outre, la lyse est granzyme-dépendante mais perforine-indépendante. Ainsi ces lymphocytes T thérapeutiques manifestent une activité cytotoxique alternative. Pour conclure, mon projet de thèse a permis de caractériser une activité de lyse soutenue basée sur une capacité individuelle hétérogène. Cette habilité à soutenir une lyse sur du long-terme implique une stabilité de la synapse, où WASP joue notamment un rôle clé pour l'activation et l'organisation de LFA-1. Les lymphocytes T régulateurs thérapeutiques démontrent aussi une activité de lyse soutenue, cependant les acteurs moléculaires sont non conventionnels. De manière générale, une activité de lyse soutenue permettrait de calibrer une réponse cytotoxique prolongée en rapport à la taille de la population cible, ainsi que le partage avec d'autres fonctions cellulaires comme la sécrétion de cytokines. / During different pathological conditions such as infections, tumoral processes or chronic inflammation diseases, altered cells are eliminated through a cytotoxic activity mediated by several immune cell populations. This cellular function is therefore crucial for carrying out the action of the immune system. My thesis project focuses on fundamental aspects of the lytic activity of two cytotoxic lymphocyte populations: CD8+ T cells and type-1 CD4+ regulatory T cells. To explore the mechanisms of this activity, this study has been driven on two cases, pathological and therapeutic models, at the population and single-cell levels and also at the cellular and nanoscopic scales of the molecular organisation. We have been able to demonstrate that the CD8+ T cell lysis activity against an excess of target cells is effective over prolonged periods, relying on a highly heterogeneous individual capacity to perform multiple lysis. The importance of this sustained cytotoxic activity was reinforced by the identification of a lytic defect, particularly pronounced on a long time period, of CD8+ T cells from Wiskott-Aldrich syndrome patients. This defect is related to a reduced activation of the LFA-1 integrin and delay in the lethal hit delivery. In addition, the WASP protein allows to restrict high affinity LFA-1 to dense nanoclusters as well as the assembly of LFA- 1 ring and the localization of the lytic granules inside this ring. Moreover, type-1 CD4+ regulatory T cells from a cellular therapy (Ovasave(r)) demonstrated a cytotoxic activity toward myeloid cells, additionally to an immunosuppressive activity on conventional T cells. This activity is implemented over long time periods, until reaching optimal efficiency, and is related to a delay in the lethal hit delivery. Surprisingly, despite a specificity for ovalbumin, the cytotoxic activity measured in absence of the antigen suggests a TCR independence. In addition, lysis is not mediated by perforin but is exclusively granzyme-dependent. Thus, these therapeutic T cells exhibit an alternative cytotoxic activity. To conclude, my thesis project permits to characterize a sustained lysis activity relying on a heterogeneous individual capacity. This ability to sustain a lytic activity involves stability of the synapse, where WASP plays a key role towards the activation and organization of LFA-1. The therapeutic regulatory T lymphocytes also demonstrated a sustained cytotoxic activity, however the molecular actors are unconventional. On the whole, sustained lytic activity would be key to the calibration of cytotoxic responses in relation to the size of the target population, as well as sharing with other cellular functions such as cytokine secretion.

Professional antigen presenting cells (APCs) represent an important link between the innate and adaptive immune system. Macrophages (MΦs) and dendritic cells (DCs) serve as sentinels in the periphery collecting samples from their environment and processing this information. These cells then present antigenic fragments to T cells in the context of self-MHC molecules. Although a clear role for both of these APCs in the stimulation of already activated or memory T cells has been established, the ability of MΦs to activate naive T cells is still unknown. In this thesis the ability of bone marrow-derived MΦs and DCs to prime naive CD8+ and CD4+ T cells was investigated. Using adoptively transferred transgenic CFSE-Iabeled P-14 T cells, specific for gp33 from lymphocytic choriomeningitis virus in the context of Db, we were able to demonstrate the ability of both MΦs and DCs to induce naive CD8+ T cells proliferation. Once primed by MΦs these T cells gained effector function as shown by interferon- γ (IFN-γ) production and in vivo cytolysis. In addition, immunization of wild type animals with gp33-pulsed MΦs, as well as DCs, led to greater than a 95% reduction in lymphocytic choriomeningitis virus titers. To rule out the role of cross-presentation in the observed priming, two models were used. In the first model, lethally irradiated F1 bxs chimeras reconstituted with either H-2s or H-2b bone marrow were used as host for the adoptive transfer experiments. Since the gp33 peptide binds to Db, the H-2s reconstituted animals should be unable to cross-present the peptide to the P-14 T cells. Using this model, we were able to clearly demonstrate the ability of MΦs to activate naive P-14 T cells to undergo division. Additional experiments, demonstrated that these MΦ primed T cells went on to develop into effector cells. Finally, the ability of the MΦ primed T cells to develop into functional memory cells was demonstrated. To confirm the chimera results, these experiments were repeated using β2 microglobulin deficient animals (whose cells don't express MHC I) as host in adoptive experiments. MΦs were able to stimulate the naive P-14 T cells to divide and gain effector function as demonstrated by the ability to produce IFN-γ. In contrast to the CD8 system, MΦ were poor stimulators of D011.10 CD4+ T cell proliferation. Additionally, D011.10 T cells stimulated by DCs were able to produce interleukin-2 (IL-2), IL-4, tumor necrosis factor and granulocyte-macrophage colony stimulating factor where as MΦ stimulated D011.10 T cells were only able to produce IL-2. In conclusion this body of work clearly demonstrates the in vivo ability of MΦ to stimulate CD8+ T cell proliferation, effector function, as well as the formation of functional CD8+ T cell memory. Whether or not the nature of the memory pools stimulated by the two APCs is exactly the same is still unknown and needs further investigation. The ability of APCs other than DCs to stimulate functional protective memory needs to be considered in the quest to design vaccines that offer broad-spectrum protection.

Les données de la littérature ont récemment souligné l’importance du dialogue réciproque qui s’instaure entre les cellules Natural Killer (NK) et les cellules dendritiques (DC) au cours des phases précoces de la réponse immune pour l’initiation des réponses T spécifiques. La présentation croisée d’antigènes (Ag), processus qui permet aux DC de présenter des Ag exprimés par d’autres cellules aux lymphocytes T CD8+, est requise pour le développement d’une immunité cellulaire spécifique dans la plupart des infections par des pathogènes intracellulaires et des tumeurs. L’étude des mécanismes physiologiques impliqués dans la régulation de cette fonction suscite donc un intérêt majeur. Ce travail a permis de mettre en lumière une coopération entre les cellules NK et les DC humaines pour la présentation croisée d’un Ag exprimé par des cibles tumorales. Dans ce contexte, nous avons montré que la lyse de ces cibles par les cellules NK n’est pas nécessaire à la capture de leurs Ag par les DC. Au contraire, la sécrétion d’IFN-γ et de TNF-α par les cellules NK activées au contact des cibles tumorales joue un rôle prépondérant dans l’induction de la présentation croisée d’Ag. Ainsi, nous avons identifié une nouvelle fonction « helper » des cellules NK à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Le ciblage de cette fonction pourrait offrir de nouvelles perspectives en immunothérapies anti-tumorales dont le but ultime est le développement d’une immunité cellulaire spécifique / Recent reports have demonstrated the importance of the reciprocal crosstalk between natural killer (NK) cells and dendritic cells (DC) occurring during early phase of immune response for shaping downstream T cell immunity. Antigen (Ag) cross-presentation, a process by which DC present Ag from neighboring cells to CD8+ T lymphocytes is a prerequisite for the developpment of specific cellular immunity against most intracellular pathogens and tumors. A more detailed understanding of the mechanisms that regulate this specific DC function is thus a major challenge for immunologists. Here, we highlight the cooperation between NK and DC for tumor cell-derived Ag cross-presentation. In this context, we show that the NK cell-mediated lysis of target cells is not required for Ag capture by DC. In contrast, both IFN-γ and TNF-α produced by NK cells upon recognition of tumor cells play a critical role in the induction of Ag cross-presentation. These findings define a novel « helper» function of NK cells bridging innate and adaptive immunity. This novel function could be harnessed in cancer immunotherapy for inducing Ag-specific cellular immunity

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