Les lymphocytes T CD8 jouent un rôle central dans l'immunité protectrice contre les pathogènes intracellulaires tels que le parasite Toxoplasma gondii (T. gondii). T. gondii réside à l'intérieur d'une cellule hôte et dans une vacuole parasitophore. L'interface entre l'hôte et le parasite comprend une membrane limitant la vacuole ainsi qu'un réseau intravacuolaire (IVN) composé de tubules membranaires fortement incurvés et dont la fonction reste incertaine. Beaucoup d'effecteurs parasitaires, incluant des sources potentielles d'antigènes pour les lymphocytes T CD8, sont sécrétés par T. gondii dans la vacuole et adressés à différents endroits dans la vacuole ou au-delà, dans la cellule hôte. A l'heure actuelle, les mécanismes contrôlant l'adressage des antigènes parasitaires dans la cellule hôte demeurent mal compris et nous ne savons pas comment le transport intracellulaire des protéines de T. gondii influence leur disponibilité par la voie de présentation CMH I et leur capacité à induire l'immunité T CD8. En utilisant une approche multidisciplinaire combinant la génétique inverse de T. gondii, la microscopie, la présentation antigénique in vitro et l'expérimentation animale, mes travaux de thèse ont montré que l'insertion d'un antigène immunodominant à la membrane limitante de la vacuole constitue une des clés de l'immunogénicité. J'ai également montré que l'association de cet antigène à l'IVN limite sa présentation par les molécules du CMH I et réduit les réponses T CD8 spécifiques de cet antigène chez la souris. L'IVN pourrait jouer un rôle immuno-modulateur dans lequel il limiterait l'accès de protéines parasitaires sécrétées au cytosol de la cellule hôte et à la voie CMH I. / CD8 T cells play a key role in protective immunity against intracellular pathogens such as Toxoplasma gondii (T. gondii) parasite. T. gondii resides inside host cell in parasitophorous vacuole. The host-T. gondii interface comprises a vacuole limiting membrane and a highly curved membraneous IntraVacuolar Network (IVN) of uncertain function. Many parasite effectors, including potential epitopes for CD8 T cells, are secreted by T. gondii to and across the boundary of their parasitophorous vacuole. Currently, the mechanisms controlling the targeting of parasite antigens to host cell are misunderstood et we don't kwnow how the intracellular transport of T. gondii proteins impacts on their access to MCH I pathway and their ability to induce CD8 T cell immunity. Using a multidisciplinary approach which combined reverse genetics in T. gondii, microscopy, antigen presentation measurements and in vivo experiments, I showed that insertion of a T. gondii dominant antigen at the vacuole limiting membrane is key for immunogenicity, yet that association of this antigen to high curvature IVN limits its presentation and curtails specific CD8 responses in mice. The IVN may play a role in immune modulation by limiting the access of parasite proteins to host cytosol and thus to MHC I pathway.

Les vaccins à base de cellules dendritiques (DCs) constituent une avenue très populaire en immunothérapie du cancer. Alors que ces cellules peuvent présenter des peptides exogènes ajoutés au milieu, l’efficacité de chargement de ces peptides au le complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe II est limitée. En effet, la majorité des molécules du CMH II à la surface des DCs sont très stable et l’échange de peptide spontané est minime. Confinée aux vésicules endosomales, HLA-DM (DM) retire les peptides des molécules du CMH II en plus de leur accorder une conformation réceptive au chargement de peptides. Il est possible, cependant, de muter le signal de rétention de DM de façon à ce que la protéine s’accumule en surface. Nous avons émis l’hypothèse que ce mutant de DM (DMY) sera aussi fonctionnel à la surface que dans la voie endosomale et qu’il favorisera le chargement de peptides exogènes aux DCs. Nous avons utilisé un vecteur adénoviral pour exprimer DMY dans des DCs et avons montrer que la molécule augmente le chargement de peptides. L’augmentation du chargement peptidique par DMY est autant qualitatif que quantitatif. DMY améliore la réponse T auxiliaire (Th) du coté Th1, ce qui favorise l’immunité anti-cancer. Du côté qualitatif, le chargement de peptides résulte en des complexes peptide-CMHII (pCMH) d’une conformation supérieure (conformère). Ce conformère (Type A) est le préféré pour la vaccination et DMY édite avec succès les complexes pCMH à la surface en éliminant ceux de type B, lesquels sont indésirables. La fonction de DM est régulée par HLA-DO (DO). Ce dernier inhibe l’habilité de DM à échanger le peptide CLIP (peptide dérivée de la chaîne invariante) en fonction du pH, donc dans les endosomes tardifs. Mes résultats indiquent que la surexpression de DO influence la présentation des superantigènes (SAgs) dépendants de la nature du peptide. Il est probable que DO améliore indirectement la liaison de ces SAgs au pCMH dû à l’accumulation de complexe CLIP-CMH, d’autant plus qu’il neutralise la polarisation Th2 normalement observée par CLIP. Ensemble, ces résultats indiquent que DMY est un outil intéressant pour renforcer le chargement de peptides exogènes sur les DCs et ainsi générer des vaccins efficaces. Un effet inattendu de DO sur la présentation de certains SAgs a aussi été observé. Davantage de recherche est nécessaire afin de résoudre comment DMY et DO influence la polarisation des lymphocytes T auxiliaires. Cela conduira à une meilleure compréhension de la présentation antigénique et de son étroite collaboration avec le système immunitaire. / Dendritic cell peptide-based vaccines are the most common immunotherapy approach in cancer therapy. While, in principle, dendritic cells (DCs) could be loaded efficiently by exogenously added tumor peptides, their loading efficacy is severely reduced due to low number of peptide-receptive MHC II on cell surface. Most surface MHC II molecules are either occupied by endogenous peptides or are inactive due to a conformation that is not receptive for free peptides. In MHC II antigen presentation pathway, HLA-DM (DM) in acidic endosomal vesicles removes the self-peptides and grants a peptide receptive conformation to MHC II. Mutating of an intracellular sorting motif in DM, renders its accumulation on cell surface. We hypothesized that the mutant DM (DMY) is functional on cell surface and can generate peptide receptive MHC II on surface of DCs for exogenous peptide loading. By using an adenoviral vector that expresses DMY, we found that DMY is functional on surface of DCs. DMY supplied peptide receptive MHC II on surface of DCs and improved exogenous peptide loading. The improvement of peptide loading by DMY is both quantitative and qualitative. DMY improves helper T cell (Th) response in Th1 direction that favors anti-cancer immunity. The qualitative improvement of peptide loading extends to loading of superior conformational isomer (conformer) of peptide-MHC complexes. This superior conformer (type A) is the favourite type for vaccination approaches and DMY successfully edits peptide-MHC conformers on cell surface level by eliminating undesirable one (type B). Function of DM is regulated by HLA-DO (DO) and it is well accepted that in acidic pH of late endosomes, DO inhibits function of DM by preventing removal of class II associated invariant chain peptide (CLIP) from peptide binding groove of MHC II. My results indicate that DO overexpression, changes binding of peptide-dependent superantigens to MHC II molecules. Superantigens (SAgs) are small microbial proteins that bind out side peptide binding groove of MHC II. DO probably enhances binding of peptide-dependent SAgs by forcing the accumulation of CLIP on the cell surface of antigen presenting cells. DO also neutralizes Th2 polarization by CLIP. Collectively, these results indicate that DMY is a valuable tool for improvement of exogenous peptide loading in DCs vaccines. An unnoticed effect of DO on SAgs binding was also recognized. Further investigations are needed to clarify the mechanisms by which, DMY and DO influence Th polarization. This would provide a better understanding of antigen presentation pathway and its interaction with immune system.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’immunothérapie allergénique (ITA) est la seule thérapie capable d’agir sur l’étiologie des allergies. La compréhension des mécanismes d’action de ce traitement et la mise en évidence de biomarqueurs d’efficacité favoriserait l’optimisation de l’ITA. A l’aide des tétramères de classe II, nous avons suivi les lymphocytes T CD4 périphériques spécifiques d’allergènes, acteurs centraux de la réaction allergique, dans des conditions normales, pathologiques ou en cours d’ITA, afin d’établir un lien entre ces trois situations physiologiques. Nous avons mis en évidence des différences entre les réponses lymphocytaires T CD4 spécifiques d’allergènes saisonniers et perannuels, chez les individus sains et allergiques. Puis, lors de 2 études cliniques d’ITA sublinguale, l’une menée chez des adultes allergiques aux pollens de graminées traités pendant 4 mois et l’autre menée chez des enfants allergiques aux acariens traités pendant 1, nous avons respectivement observé une diminution des lymphocytes Th2A et une augmentation de la production d’IFN- γ liées au traitement. Toutefois, ces variations ne corrèlent pas avec l’efficacité clinique de l’ITA observée dans ces deux études. Les limites d’utilisation des tétramères de classe II nous ont amené à rechercher si l’expression de marqueurs d’activation membranaires pouvait remplacer un marquage « tétramère ». Alors qu’une corrélation insuffisante a été observée entre le marquage « tétramère » et l’expression des marqueurs d’activation testés, nous avons mis en évidence 3 populations cellulaires aux propriétés fonctionnelles diverses, soulignant l’hétérogénéité des réponses lymphocytaires spécifiques d’allergènes. De plus, la découverte des lymphocytes Th2A pourrait être une approche prometteuse pour le suivi des réponses lymphocytaires T CD4 spécifiques d’allergènes lors d’ITA à plus long terme. / Allergenic immunotherapy (AIT) is currently the only curative treatment for allergic disease. Whereas efficacy of this treatment is well established, its mechanisms of action are not clearly understood and predictive as well as surrogate biomarkers are needed to further support AIT development. We focused on allergen specific CD4 T cells, highly involved in allergic inflammation, and monitored their responses both in normal and pathologic conditions, or during AIT. Using MHC class II tetramers, we highlighted distinct patterns of polarization between seasonal and perennial allergen-specific CD4 T cells as well as between healthy and allergic individuals. Then, allergen-specific CD4 T cell responses were monitored during 2 double-blind placebo-controlled sublingual AIT clinical trials. After short term AIT (4 months), we observed a decrease of Th2A cells, a newly define subset, thought to contain most allergen-specific CD4+ T cells. IFN-γ production was increased after one year of treatment. However, these variations were not related to AIT clinical efficacy. We further compared the expression of various activation markers and MHC class II tetramer staining following in vitro stimulation in order to circumvent inherent limitation of tetramers. No correlation could be established between tetramer staining and the expression of multiple activation markers in allergen-stimulated CD4 T cells. Combining these methods helps understanding patient heterogeneity regarding CD4 T cell responses. Moreover, Th2A cells detection is likely a promising approach to identify allergen-specific CD4 T cell during long-term AIT.

Le lupus érythémateux disséminé est une maladie autoimmune systémique déclenchée par une combinaison de facteurs génétiques, hormonaux et environnementaux. Il se caractérise notamment par la présence d’autoanticorps dirigés principalement contre des éléments nucléaires. Les traitements proposés aux patients sont essentiellement palliatifs et non curatifs et engendrent de nombreux effets secondaires indésirables. Des nouvelles stratégies thérapeutiques plus spécifiques sont basées sur l’utilisation de peptides dérivés d’autoantigènes. Le peptide P140, découvert au laboratoire, est un candidat prometteur dans ce domaine. Il correspond à la séquence 131-151 de la protéine splicéosomale U1-70K et est chimiquement phosphorylé sur le résidu sérine 140. Son administration à des souris lupiques MRL/lpr diminue la sévérité des symptômes sans effet immunosuppresseur. Il est actuellement évalué chez l’homme dans un essai clinique de phase III. Le mécanisme d’action du peptide P140 commence à être bien connu chez la souris lupique. Récemment, mon équipe à montré que le peptide P140 affecte directement ou indirectement deux formes d’autophagie, la macroautophagie et l’autophagie médiée par les chaperonnes (CMA). De plus, il réduit l’expression des molécules du CMH-II ce qui conduirait à une baisse de la présentation antigénique et à une diminution de l’activation des LT autoréactifs. Finalement, une baisse de la production des autoanticorps, notamment des anticorps reconnaissant l’ADN double brin est observée suite à l’injection du peptide aux souris. L’objectif de mon projet de thèse a été de consolider ces résultats et également d’étudier le mode d’action du peptide chez l’homme puisque ceci n’avait pas encore été fait. Nous avons démontré que comme chez la souris, le peptide P140 réduit l’expression des molécules du CMH-II à la surface des LB de patients lupiques. De plus, nous avons montré que plus le score d’activité de la maladie est élevé, plus l’effet du peptide sur l’expression du CMH-II est important. En revanche, bien que nous ayons confirmé la dérégulation de la macroautophagie dans les LT CD8+ de patients, le peptide P140 ne semble pas affecter ce processus cellulaire. Nous étudions actuellement l’effet du peptide sur la CMA. Enfin, nous avons montré que chez la souris MRL/lpr et chez l’homme, le peptide P140 réduit le nombre de plasmablastes. Cette altération de la différenciation des LB conduit à une baisse de la production des IgM et des IgG, ce qui explique son effet bénéfique sur la maladie lupique. / Systemic lupus erythematosus (SLE) is a systemic autoimmune disease triggered by genetic, hormonal and environmental factors. It is mainly characterized by the presence of autoantibodies directed against nuclear elements. Most of current treatments proposed to patients are palliative and not curative and lead to numerous side effects. New therapeutical strategies are based on the use of peptides derivated from autoantigens. The P140 peptide discovered in our laboratory is a promising candidate. It corresponds to the 131-151 sequence of the U1-70K spliceosomal protein and is phosphorylated on ser140 residue. Its administration to MRL/lpr lupus-prone mice reduces symptom severity without immunosuppressive effect. It is currently evaluated in phase III of clinical trial. The mechanism of action of P140 peptide has been mostly elucidated in lupus mice. Recently, my team has shown that P140 peptide affects direclty or indireclty macroautophagy and chaperone-mediated autophagy (CMA), two major forms of autophagy. Furthermore, it reduces the expression of MHC class II molecules, which leads to the decrease of antigenic peptide presentation and activation of autoreactive T cells. Finally, a reduction of autoantibodies levels against double stranded DNA is shown after P140 injection in mice. The aim of my thesis project was to consolidate these data and to study the mode of action of P140 in humans since this was not done until now. We have shown that like in lupus-prone mice, P140 peptide reduces expression of MHC-II molecules on the surface of B cells from SLE patients. Furthermore, we have demonstrated that higher the disease activity score was, higher the effect of P140 peptide was. Unfortunately, although we confirmed the dysregulation of macroautophagy in CD8+ T cells from SLE patients, P140 peptide does not seem to affect this cellular process. We are currently studying the effect of the peptide on CMA. Finally, we have shown that in both MRL/lpr mice and humans, P140 peptide reduces the number of plasmabasts. This alteration of B cell differentiation lead to the decrease of IgM and IgG production, thus explaining the P140’ benefical effect on the course of lupus disease.

L'immunothérapie allergénique (ITA) est la seule thérapie capable d'agir sur l'étiologie des allergies. La compréhension des mécanismes d'action de ce traitement et la mise en évidence de biomarqueurs d'efficacité favoriserait l'optimisation de l'ITA. A l'aide des tétramères de classe II, nous avons suivi les lymphocytes T CD4 périphériques spécifiques d'allergènes, acteurs centraux de la réaction allergique, dans des conditions normales, pathologiques ou en cours d'ITA, afin d'établir un lien entre ces trois situations physiologiques. Nous avons mis en évidence des différences entre les réponses lymphocytaires T CD4 spécifiques d'allergènes saisonniers et perannuels, chez les individus sains et allergiques. Puis, lors de 2 études cliniques d'ITA sublinguale, l'une menée chez des adultes allergiques aux pollens de graminées traités pendant 4 mois et l'autre menée chez des enfants allergiques aux acariens traités pendant 1, nous avons respectivement observé une diminution des lymphocytes Th2A et une augmentation de la production d'IFN- γ liées au traitement. Toutefois, ces variations ne corrèlent pas avec l'efficacité clinique de l'ITA observée dans ces deux études. Les limites d'utilisation des tétramères de classe II nous ont amené à rechercher si l'expression de marqueurs d'activation membranaires pouvait remplacer un marquage " tétramère ". Alors qu'une corrélation insuffisante a été observée entre le marquage " tétramère " et l'expression des marqueurs d'activation testés, nous avons mis en évidence 3 populations cellulaires aux propriétés fonctionnelles diverses, soulignant l'hétérogénéité des réponses lymphocytaires spécifiques d'allergènes. De plus, la découverte des lymphocytes Th2A pourrait être une approche prometteuse pour le suivi des réponses lymphocytaires T CD4 spécifiques d'allergènes lors d'ITA à plus long terme.

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Les hypersensibilités allergiques médicamenteuses sont des pathologies mettant en jeu le système immunitaire et induites par la prise de médicaments. Notre travail s'est décomposé en quatre étapes successives : 1- Nous avons classé les β-lactamines en fonction de leurs champs moléculaires, et obtenons un dendrogramme de 4 familles, validé par les données cliniques. Nous avons également réalisé une étude de 3D-QSAR visant à connaître les parties du médicament impliquées dans la pathologie, et à prédire l'allergénicité des β-lactamines. 2- Partant de l'hypothèse que les β-lactamines sont des haptènes, nous avons étudié leur réactivité vis-à-vis d'acides aminés de type lysine et sérine. Nous avons ensuite réalisé des expériences de " docking " afin de définir les interactions entre le médicament et l'albumine sérique humaine. Nous concluons que les sites des lysines 190 et 212 sont les plus adaptés pour la fixation covalente de la drogue et avons validé cette analyse par des méthodes mixtes QM/MM. Enfin, grâce à notre logiciel SuMo, nous avons déterminé d'autres protéines candidates pour l'hapténisation. 3- S'agissant des HyperSensibilités Allergiques Immédiates, nous avons modélisé les différents partenaires que sont les IgE, la β-lactamine portée ou non par une protéine. Nous avons envisagé plusieurs modes de reconnaissance. D'autre part, nous avons analysé les modifications de la protéine, induites par la fixation de la drogue. 4- Concernant les HSA retardées, nous avons émis plusieurs scénarios de reconnaissance de la β-lactamine par le TCR. Nous avons modélisé différents complexes impliquant le TCR, le peptide hapténisé par le médicament, un ion éventuel, ainsi que le CMH, et les soumettons à des dynamiques moléculaires afin d'en étudier la pertinence. D'autre part, nous avons déterminé plusieurs peptides, issus des protéines d'hapténisation et susceptibles de présenter le médicament au TCR, via le CMH. L'ensemble des résultats obtenus est ou sera validé par des expériences in vitro et in vivo.