Résumé : L'activation des lymphocytes T CD8+ naïfs par un antigène nécessite deux signaux. Le premier signal est médié par le récepteur des cellules T (TCR) à la suite de son interaction avec le complexe majeur d'histocompatibilite (CMH) de classe I. Le deuxième signal est délivré par l'interaction des molécules de co-stimulation avec leur récepteur spécifique retrouvé sur les cellules présentatrices d'antigène professionnelles. Toutefois en réponse à la pression homéostatique, comme dans le cas de la lymphopénie, les lymphocytes T naïfs sont soumis à une prolifération sans stimulation antigénique par un processus appelé «prolifération induite par la lymphopénie (LIP)». LIP des lymphocytes T CD8+ naïfs nécessite IL-7, et un peptide du soi présenté pas le CMH de classe I. Des travaux récents de notre laboratoire ont montré que les cytokines homéostatiques IL-7 et IL-15 peuvent agir en synergie avec IL-21 et induire une prolifération antigène-indépendante des cellules CD8+ naives. Cette activation "sensibilise" les cellules à proliférer en réponse à une concentration sub-optimale de l'antigène spécifique au TCR. Également les cellules pré-stimulées avec des cytokines produisent davantage de cytokines effectrices telles que le TNFa et l'IFNy; et possèdent un potentiel plus élevé de cytotoxicity après stimulation avec un antigène spécifique. Dans mon projet de maitrise, j'ai étudié la possibilité que la pré-stimulation par les cytokines pouvait être un mécanisme important par lequel des cellules T CD8+ naïves qui sont potentiellement autoréactives soient stimulées pour provoquer une maladie auto-immune telle que le diabète de type 1. J'ai démontré cela en utilisant un modèle de souris transgéniques. Ces souris produisent des cellules T CD8+ qui expriment le TCR transgénique P14 (cellules PI4) , lesquelles reconnaissent un peptide antigénique dérivé de l'antigène glycoprotein (GP33) du virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV). Nous avons montré qu'une pré-stimulation avec PIL-21 en présence de l'IL-7 ou l'IL-15, les cellules P14 acquièrent la capacité de répondre vigoureusement à des ligands peptidiques modifiés qui montrent une faible activité agoniste envers les cellules P14 naives. Les cellules P14 préstimulées qui sont re-stimulées avec des ligands peptidiques modifiés montrent des puissantes fonctions effectrices telles que la cytotoxicité et la production des cytokines effectrices TNFa et IFNy. Ces cellules induisent le diabète de type 1 lorsqu'elles ont été transférées dans des souris qui expriment l'antigène GP LCMV sous le contrôle du promoteur de l'insuline dans les îlots de Langerhans. Dans l'ensemble, nos résultats montrent que l'IL-15 et l'IL 21 produites durant une réponse inflammation chronique pourraient pré-stimuler des cellules T CD8+ potentiellement autoréactives, conduisant ainsi à des maladies auto-immunes. // Abstract : The activation of naive CD8[superscript +]T cells by an antigen requires two different signals. The first signal is mediated via the T cell receptor (TCR) following its interaction with the peptide presented on class-I major histocompability complex (MHC-I) molecules. The second signal is delivered via the co-stimulatory receptors upon recognition of their ligands on antigen presenting cells. However, in response to homeostatic pressure, as in lymphopenia, naive T cells undergo proliferation without antigenic stimulation through a process referred to as lymphopenia-induced proliferation (LIP). LIP of naive CD8[superscript +] T cells requires IL-7 and a self peptide presented by MHC-I, which implies that TCR signaling is needed for LIP of naive CD8[superscript +]T cells. Recent work from our laboratory has shown that with the homeostatic cytokines IL-7 and IL-15 synergize with IL-21 to induce antigen-independent proliferation of naive CD8[superscript +]T cells. Moreover, this cytokine-driven, antigen-independent proliferation "sensitizes" or "primes" naive CD8[superscript +] T cells to undergo robust proliferation in response to limiting concentrations of their cognate antigens. Cytokine-primed CD8[superscript +]T cells also abundantly produce effector cytokines, such as TNF? and IFN? and display a potent CTL activity following stimulation by antigen when pre-stimulated. In my project, I have investigated whether cytokine-induced priming could be an important mechanism by which potentially autoreactive naive CD8[superscript +]T cells are stimulated to cause autoimmune disease using a TCR transgenic mouse model of autoimmune type 1 diabetes (T1D). These mice harbor CD8[superscript +]T cells that express transgenic P14 TCR (P14 cells), which recognizes an antigenic peptide derived from the glycoprotein antigen (GP33) of lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV). We show that, following priming with IL-21 in the presence of IL-7 or IL-15, P14 cells gain the ability to respond robustly to modified peptide ligands that possess weak agonistic activity towards unprimed P14 cells. Furthermore, cytokine-primed P14 cells stmulated with weak TCR ligands displayed potent effector functions such as cytotoxicity and production of effector cytokines, TNF? and IFN?. These cells also induced T1D when adoptively transferred to mice that expressed the LCMV GP antigen under the control of the insulin promoter in the islets. Collectively, our findings show that IL-15 and IL-21 produced during chronic inflammatory conditions could cause priming of potentially autoreactive CD8[superscript +]T cells, leading to autoimmune diseases. [symboles non conformes]

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). (...)