Les cellules Natural Killer (NK) sont non, seulement de précieux effecteurs cytotoxiques de la réponse immunitaire innée dirigée contre les tumeurs et les infections, mais aussi d’importants immunorégulateurs. Leur activation dépend d’une balance complexe entre des signaux émanant de multiples récepteurs, tantôt inhibiteurs, tantôt activateurs. Parmi les récepteurs activateurs, NCR3 représente un acteur important de la lyse tumorale et de l’interaction avec les cellules dendritiques. Dans le but de caractériser la variabilité interindividuelle de la réponse NK et d’établir une référence pour des études ultérieures dans un contexte pathologique, nous avons examiné, dans un échantillon de 43 donneurs sains, les corrélations entre la variabilité fonctionnelle des cellules NK en réponse à la stimulation de leur récepteur NKp30 et le niveau d’expression des transcrits de NCR3 ainsi que celui de la protéine correspondante, au regard du polymorphisme génomique. Nous avons mis en évidence une étroite corrélation entre l’expression membranaire de NKp30 et NKp46 et la fonction cytotoxique NK, mais pas avec la sécrétion de cytokines. Nous avons retrouvé l’effet déjà connu du variant rs986475 sur l’expression de l’un des transcrits alternatifs de NCR3, T3. Nous avons également identifié un autre variant, rs11575836, influençant le niveau de transcrits T1, en relation avec la cytotoxicité induite par la signalisation NKp30. Cette étude pointe le doigt sur la spécificité des voies de signalisation des fonctions NK et le réseau complexe de gènes impliqués dans leur régulation. Nous avons par ailleurs évalué la variabilité génétique de NCR3 dans la myasthénie auto-immune où les cellules NK pourraient jouer un rôle. Le re-séquençage du gène NCR3 n’a pas révélé d’association avec un polymorphisme commun mais a permis d’identifier deux mutations rares, « faux-sens », retrouvées uniquement chez des patients myasthéniques. L’une d’elle, L19R, est non-conservative et représente un candidat particulièrement intéressant à examiner en détail du fait de sa localisation dans une région très conservée dans la phylogénie. Même si de nombreux points restent à élucider, ces résultats indiquent qu’il devrait être possible de relier de façon globale et intégrative le polymorphisme de l’ADN, ainsi que l’expression des transcrits et des protéines, à la réponse fonctionnelle des cellules NK / Natural Killer (NK) cells are not just invaluable cytotoxic effectors of innate immune response against tumors and infections but also important immunoregulators. They are activated by an intricate balance between signals provided by their inhibitory and activating receptors. Among activating receptors, NCR3 can mediate tumor lysis and dendritic cell maturation making it a crucial receptor in NK cell function. Furthermore, a recent study showed that alternative splicing of NCR3 can affect NK cell function and patient responses to treatment. In order to characterize interindividual variability of NK cell response and to set up a reference for future investigations in pathologies, we investigated 43 healthy donors and studied correlations between NK cell functional variability in response to NKp30 triggering with NKp30 transcript and membrane expression in light of genomic polymorphism. We showed a tight correlation between membrane expression of NKp30 and NKp46 with the cytotoxic NK cell response but not with cytokine secretion. In addtion, we identified a new variant influencing T1 NCR3 transcripts, rs11575836, which is associated with NKp30-induced cytotoxicity. This study pointed out the specifity of pathways underlying NK cell function and the complexity of gene networks involved in their regulation. NCR3 genetic variability was also assessed in myasthenia gravis, an autoimmune disease where NK cells seem to be implicated. NCR3 re-sequencing did not shown any association with common polymorphisms but disclosed two rare nonsense mutations that were found only in patients. One of them, L19R, a non-conservative amino acid change, is of particular interest because it is located in a highly-conserved region across phylogeny. Although numerous issues remain to be clarified, our results indicate that it should be possible to integrate information of DNA polymorphism, with that of transcript and membrane protein expression to identify functional patterns in NK cell response

L'objectif de cette thèse était de caractériser phénotypiquement et fonctionnellement les cellules NK activées par l'IL-21 et d'étudier leur interaction avec les lymphocytes T CD4*. Les lymphocytes Natural Killer (NK) sont essentiels pour la protection exercée par l'immunité innée. Les cellules NK, en plus de leurs fonctions cytotoxiques, peuvent orienter la réponse immunitaire adaptative vers un profile TH1 grâce à leur production d'IFN-y. Dans cette étude, nous avons montré que l'IL-21, une cytokine produite in vivo au cours de l'inflammation chronique ou de maladies infectieuses, induit la différenciation d'une sous-population spécifique de cellules NK co-exprimant ÇD86 et HLA-DR. Les cellules NK HLA-DR* induites par l'IL-21 sont capables d'apprêter et de présenter des antigènes aux lymphocytes T CD4*. De plus, ces cellules produisent MIF (Macrophage Migration Inhibitory Factor) et apportent un signal de costimulation durant le priming des lymphocytes T CD4 naïfs en induisant leur différenciation vers un profile central mémoire (Tcm) peu différencié. Les Tcm activés en présence des cellules NK HLA-DR" sont CXCR3' CCR4' CCR6' CXCR5' et produisent de PIL-2 et du TNF-a. La costimulation des lymphocytes T ÇD4 par les cellules NK HLA-DR" prévient l'acquisition d'un phénotype effecteur mémoire induit par l'IL-2. Ainsi, ces résultats montrent une nouvelle fonction pour l'IL-21 qui peut moduler l'interaction NK/CD4 et favoriser l'expansion des lymphocytes centraux mémoires. / Natural Killer lymphocytes are critical for innate immunity-mediated protection. Main roles of NK cell rely on their cytotoxic functions or depend on the tuning of TH1 adaptive immunity by IFN-y. Here, we provide evidence that 1L-21, a cytokine produced in vivo during chronic inflammation or infectious diseases, promotes the differentiation of a specifie subset of NK co-expressing CD86 and HLA-DR. IL-21-propagated HLA-DR' NK were able to process and present antigens to CD4' T lymphocytes. More importantly, IL-21-propagated HLA-DR' NK produced macrophage migration inhibitory factor and provided a co-stimulatory signaling during naive CD4* T cell priming inducing the differentiation of uncommitted central memory (Tcm) lymphocytes. Tcm expanded in the presence of HLA-DR* NK were CXCR3 CCR4" CCR6' CXCR5' and produced IL-2, as well as low levels of TNF-a. Co-stimulation of CD4* T cells by HLA-DR' NK prevented the acquisition of effector memory phenotype induced by IL-2. Altogether, these results demonstrate a novel function for IL-21 in tuning NK and CD4~ T cell interactions promoting a specifie expansion of central memory lymphocytes.

L'inflammasome est une plateforme moléculaire composée d'un récepteur de l'immunité innée tels que NLRP3 ou NLRP1b, de la protéine adaptatrice ASC et de la caspase-1. Il joue un rôle essentiel dans le déclenchement de la réponse inflammatoire via l'activation de la caspase-1 qui mène à la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires telle que l'IL-1ß. Dans un premier axe de recherche, nous avons mis en évidence que les macrophages de souris déficientes pour ASC traités avec l'activateur de l'inflammasome NLRP1b, la toxine létale de bacillus anthracis, étaient capables de sécréter la forme mature de l'IL-1ß en absence de clivage de la caspase-1 pourtant décrit comme un événement indispensable à son activité. En reconstituant des macrophages caspase-1 KO avec une forme mutante non-clivable de la caspase-1, nous avons démontré que la forme entière de la caspase-1 est capable d'induire la sécrétion d'IL-1ß en réponse à la toxine létale alors qu'elle n'est pas fonctionnelle au sein de l'inflammasome NLRP3.Dans un second axe de recherche, mon travail de thèse s'est intéressé à comprendre le rôle de l'inflammasome au cours de la progression tumorale. En effet, l'IL-1ß est une cytokine fréquemment retrouvée dans le microenvironnement tumorale mammaire suggérant donc l'activation de l'inflammasome au sein des tumeurs. Au moyen d'un modèle de tumeurs in vivo, nous avons montré que l'absence de la caspase-1 et de ASC dans les cellules immunitaires chez la souris conduit à une réduction de la croissance tumorale. De plus, l'absence de ces deux protéines provoque également un plus fort recrutement et une meilleure activité des cellules NK au sein des tumeurs.En plus d'identifier un nouveau mécanisme d'activation de la caspase-1, mon travail de thèse a permis de mettre en évidence le rôle de l'inflammasome dans l'altération des cellules NK au cours de la progression tumorale mammaire. Ces données permettent d'envisager l'inflammasome comme une cible thérapeutique dans le cancer / The inflammasome is a molecular platform composed of an innate immune receptor such as NLRP3 or NLRP1b, of the adaptor protein ASC and of the caspase-1. It plays an essential role in triggering inflammatory response through the activation of caspase-1 that leads to the secretion of pro-inflammatory cytokines such as IL-1ß.In a first research axis, we showed that ASC deficient mice macrophages treated with an NLRP1b inflammasome activator, the lethal toxin of Bacillus anthracis, were able to secrete the mature form of IL-1ß in absence of any cleavage of caspase-1 previously described as an essential event for its function. By reconstituting caspase-1 KO macrophages with an uncleavable mutant form of caspase-1, we showed that the entire form of the protein is able to induce IL-1ß secretion upon lethal toxin treatment but is nonfunctional upon NLRP3 inflammasome activation.In a second research axis, my PhD work focused on underlying the inflammasome role during tumor progression. Indeed, IL-1ß is frequently found within breast tumor microenvironment suggesting that inflammasome is activated in tumors. Using in vivo tumor model, we showed that the absence of caspase-1 of ASC in immune cells lead to a delay tumor growth. In addition, the absence of these two proteins also causes a stronger recruitment and an enchanced activity of NK cells within mammary tumors

Les cellules Natural Killer (NK) représentent une population de cellules innées lymphoïdes aux fonctions anti-infectieuses et antitumorales. Les leucémies aiguës lymphoblastiques pré-B (LAL pré-B) constituent le cancer de l’enfant le plus fréquent et ont été décrites comme résistantes à la cytotoxicité médiée par les NK bien que les bases moléculaires demeurent inconnues.L’objectif de ces travaux a été de caractériser cette résistance. En développant un essai de cytotoxicité par cytométrie en flux et en utilisant des cellules effectrices activées in vitro, nous avons établi la sensibilité retardée des LAL pré-B à la cytotoxicité NK : initialement résistantes après 4h d’incubation, elles sont fortement tuées après 25h.Cette cytotoxicité est contact-dépendante mais ni la voie de l’exocytose des granules cytotoxiques ni celle des récepteurs de mort n’y contribuent. La mort cellulaire des cibles est de profil apoptotique mais indépendante des caspases ; la signalisation mitochondriale l’amplifie partiellement. Interférer avec les dérivés de l’oxygène par un antioxydant diminue la cytotoxicité. Nous montrons que les cellules NK de patients atteints de granulomatose septique chronique liée à l’X présentent un défaut de cette nouvelle cytotoxicité. Nous démontrons l’expression par les NK des composants clefs d’une NADPH oxydase distincte du complexe utilisé par les phagocytes. Nos travaux établissent l’existence d’une voie de cytotoxicité non conventionnelle et en définissent les principaux prérequis moléculaires. / Natural Killer (NK) cells are innate lymphoid cells with anti-infectious and anti-tumoral activities. Among neoplasia, pre-B acute lymphoblastic leukemias (pre-B ALL) represent the most common form of cancer in childhood and were shown to be resistant to NK cell mediated cytotoxicity although the mechanisms explaining this phenomenon are incompletely understood.In the present work, we investigated the relative immune resistance of pediatric pre-B ALL targets to activated NK cells. We developed a flow cytometry based cytotoxicity assay to assess the NK activity and the involvement of long term cytotoxic pathways. Although pre-B ALL blasts were strongly resistant at 4h, we found a considerable delayed NK killing at 25h.Further investigations revealed that cell contact was mandatory for efficient killing but also that neither the granule exocytosis nor the death receptor pathway were involved. Target cell death was caspase independent but mitochondria signaling amplified it. We then showed that NK cells from patients with X-linked chronic granulomatous disease could not kill efficiently ALL blasts and that NK cells expressed key components of a NADPH oxidase complex that was distinct from the phagocyte type. Our work reveals an uncharacterized effector pathway among cytotoxic lymphocytes and establishes key molecular requirements for this unconventional pathway.

Malgré le succès de l’utilisation des lymphocytes T modifiées par des récepteur antigéniques chimériques (CAR) contre les leucémies, celles-ci présentent des limites comme leur risque de CRS et leur inefficacité dans les tumeurs solides. Plusieurs autres immunothérapies cellulaires ont été proposées pour pallier à ces inconvénients. Les cellules natural killer (NK) ont plusieurs propriétés qui en font une alternative avantageuse aux cellules T dans les immunothérapies. Cependant, les cellules NK restent difficiles à modifier avec les outils actuels et leur efficacité reste limitée par les mécanismes immunosuppresseurs des tumeurs. Nous avons réussi à augmenter l’efficacité de transduction avec une nouvelle glycoprotéine, le BaEVRless. Nous avons aussi démontré que cette enveloppe ne provoque pas de modification du phénotype ou de l’activité intrinsèque des cellules NK. Dans un modèle de leucémie, nous avons déterminé que l’utilisation du BaEVRless permet la production de cellules CAR-NK fonctionnelles. Les cellules NK peuvent aussi être transduites efficacement par des constructions lentivirales portant les séquences codant pour deux constructions CAR simultanément. Nous avons aussi démontré que l’édition génomique des NK par la technologie Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats (CRISPR) est possible en utilisant une livraison non-virale. Avec cette méthode, nous avons pu réduire l’expression de NKG2A. Les cellules NK avec une expresssion réduite de NKG2A étaient résistantes à l’inhibition par HLA-E, exprimé sur des lignées de cancer du sein et du colon. Cet effet a été confirmé in vivo dans un modèle préclinique xenogénique. Ces résultats montrent deux stratégies qui pourraient permettre d’améliorer les immunothérapies à base de cellules NK. / Despite the overwhelming success of chimeric antigen receptor (CAR)-modified T lymphocytes against leukemias, some limitations have been observed, such as the risk of developing CRS and the lack of efficiency in solid tumor settings. Many other cell-based immunotherapies have been explored to circumvent those caveats. Natural killer (NK) cells present many advantageous properties that could make them a very promising alternative to T cells in immunotherapies. However, NK cells have some caveats, mainly they are hard to modify using conventional tools and they are sensitive to many inhibitory signals expressed by cancer cells. We managed to greatly improve the efficiency of transduction using a novel viral glycoprotein, BaEVRless. In the process, we determined that this novel enveloppe glycoprotein did not modify the phenotype or intrinsic activity of the transduced NK cells. In a leukemia model, we also showed that the BaEVRless can be used to generate functionnal CAR-NK cells. Moreover, the NK cells can be transduced with larger lentiviral constructions bearing two simultaneous CAR-coding sequences. We also demonstrated that Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats (CRISPR) modification of NK cells using a non-viral approach was possible. Using this approach, we generated NK cells with lower NKG2A expression, that were resistant to the inhibitory effects of HLA-E. This affect was seen in a breast cancer model and a colon cancer model. The in vitro results were confirmed in an in vivo preclinical xenogeneic model. Together, those results represent two improvements applicable to NK cell-based immunotherapies.

En l'absence d'un vaccin efficace et avec des thérapies antirétrovirales incapables d'éradiquer le virus, le VIH-1 reste un problème de santé publique mondial. Des immunothérapies à base d'anticorps sont à l'étude pour éliminer les réservoirs cellulaires, qui représentent un obstacle incontournable à la guérison du VIH-1. Les glycoprotéines d'enveloppe du VIH-1 (Env) représentent le seul antigène du virus exposé à la surface des cellules infectées et constituent donc la principale cible des anticorps. L’Env non-liée adopte sa conformation « fermée », reconnue préférentiellement par les anticorps neutralisants. L'interaction avec CD4 fait passer Env dans sa conformation « ouverte », exposant des épitopes conservés reconnus par les anticorps non-neutralisants (nnAbs) présents dans le sérum d’individus infectés par le VIH-1 (sérums VIH+). Les nnAbs peuvent éliminer les cellules infectées par la cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps (ADCC). Cependant, les protéines accessoires Nef et Vpu diminuent l’expression de surface de CD4 et BST-2 afin d’évader à la reconnaissance et l'élimination des cellules infectées par les nnAbs. Dans cette thèse, nous caractérisons en détail la contribution d’Env, Nef et Vpu pour échapper aux réponses humorales et explorons de nouvelles stratégies pour sensibiliser les cellules infectées à l’ADCC. Pour quantifier plus adéquatement la réponse ADCC, nous avons identifié des biais dans les tests largement utilisés, notamment pour évaluer les corrélats de protection vaccinale. Il s'agit de l'incapacité à faire la distinction entre l'élimination des cellules infectées et des cellules non-infectées, et l'utilisation de constructions virales comportant un gène rapporteur empêchant l’expression de Nef. En utilisant un nouveau marquage intracellulaire, nous avons confirmé l’effet protecteur de Nef et Vpu contre l’ADCC. Ensuite, nous avons étudié les déterminants d’Env et Vpu modulant la susceptibilité des cellules infectées à l’ADCC médiée par les nnAbs. Certaines caractéristiques structurelles d'Env modulent ses transitions conformationnelles, incluant le domaine d'association du trimère, le site de clivage de la furine et la cavité Phe43. L’altération de ces composantes augmente la sensibilité des cellules infectées à l'ADCC par les sérums VIH+. Outre l’inhibition de CD4 et BST-2, Vpu cible également NTB-A et PVR, des ligands de récepteurs activateurs des cellules NK. Cependant, la polyfonctionnalité de Vpu est compromise par l’augmentation de BST-2 par les interférons de type I (IFN-I), sensibilisant ainsi les cellules infectées aux réponses NK. En utilisant un modèle de souris humanisée, nous validons l'importance de Vpu pour échapper à la pression immunitaire des nnAbs in vivo. Enfin, nous avons exploré de nouvelles stratégies pour sensibiliser les cellules infectées à l'ADCC en modulant la conformation d’Env avec des mimétiques moléculaires de CD4 (CD4mc). Nous avons identifié des résidus bordant la cavité Phe43 modulant la sensibilité au CD4mc. L’accumulation d’Env induite par les IFN-I augmente la capacité du CD4mc à sensibiliser les cellules infectées à l'ADCC par les sérums VIH+. Globalement, cette thèse dévoile une caractérisation approfondie des déterminants viraux et cellulaires modulant la susceptibilité des cellules infectées par le VIH-1 aux réponses humorales. Une meilleure compréhension de ces mécanismes est nécessaire pour développer des nouvelles stratégies capables d’éradiquer les réservoirs viraux. / In the absence of an effective vaccine and with antiretroviral therapies unable to eradicate the virus, HIV-1 remains a global public health problem. Antibody-based immunotherapies are currently being investigated to eliminate cellular reservoirs, which represent a major obstacle towards an HIV-1 cure. HIV-1 envelope glycoproteins (Env) represent the only virus-specific antigen exposed at the surface of infected cells and therefore is the main target for antibodies. In its unliganded form, Env samples a ‘closed’ conformation, preferentially recognized by neutralizing antibodies. Interaction with CD4 drives Env into its ‘open’ conformation, exposing conserved epitopes recognized by non-neutralizing antibodies (nnAbs) present in sera from HIV-1 infected individuals (HIV+ sera). NnAbs can eliminate infected cells by antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC). However, HIV-1 encodes for the accessory proteins Nef and Vpu which decrease cell surface levels of CD4 and BST-2, thus avoiding recognition and elimination of infected cells by nnAbs. In this thesis, we characterize in detail the contribution of Env, Nef, and Vpu to evade humoral responses and explore new strategies for sensitizing infected cells to ADCC. In an effort to develop a more adequate quantification of ADCC responses, we identified major biases in widely used assays, including the ones used to assess correlates of vaccine protection. These include the inability to distinguish between the elimination of infected and uninfected cells and the use of viral constructs coding for a reporter gene that prevents Nef expression. Using a novel intracellular staining, we confirmed the protective effect of Nef and Vpu against ADCC responses. Next, we studied the different Env and Vpu determinants modulating the susceptibility of infected cells to nnAbs-mediated ADCC responses. Certain Env structural features modulate its conformational transitions, including the trimer association domain, the furin cleavage site and the Phe43 cavity. Alterations of these components increase the susceptibility of HIV-1-infected cells to ADCC mediated by HIV+ sera. In addition to inhibiting CD4 and BST-2, Vpu also targets NTB-A and PVR, which act as ligands for NK cell activating receptors. However, we found that the polyfunctionality of Vpu can be compromised by the upregulation of BST-2 by type I interferons (IFN-I), thereby sensitizing infected cells to NK cell responses. Using a humanized mouse model, we validate the importance of Vpu to escape the immune pressure of nnAbs in vivo. Finally, we explored new strategies to bypass the protective effect of Vpu and Nef and sensitize HIV-1-infected cells to ADCC by modulating Env conformation using small CD4-mimetic compounds (CD4mc). We identified a network of residue lining the Phe43 cavity that modulates Env sensitivity to CD4mc. The enhanced surface expression of Env by type I IFNs boosts the ability of CD4mc to sensitize HIV-1-infected cells to ADCC by HIV+ sera. Overall, this thesis sheds light on a thorough characterization of viral and cellular determinants modulating the susceptibility of HIV-1-infected cells to humoral responses. A better understanding of these mechanisms is needed to develop new strategies able to eradicate viral reservoirs.

La réaction du greffon contre l’hôte (GvHD) est une complication majeure de la transplantation de cellules souches hématopoïétiques (HSCT). Les traitements de prophylaxie contre le développement de la GvHD reposent essentiellement sur l’utilisation d’agents immunosuppresseurs, ce qui contribue à ralentir la reconstitution immunitaire post-greffe et à prolonger la durée de l’état immunosupprimé des patients. Le développement de prophylaxie pour la GvHD à base d’agents immunomodulateurs est ainsi privilégié. À l’aide d’un modèle murin xénogénique chez les souris NOD/scid-IL2rγ-/- (NSG), on a étudié le potentiel immunomodulateur des immunoglobulines intraveineuses (IVIG) dans la prévention de la GvHD, ainsi que leurs effets sur la qualité et la cinétique de la reconstitution immunitaire. On a déterminé qu’un traitement hebdomadaire d’IVIG peut effectivement réduire l’incidence de la GvHD, ainsi que la mortalité qui y est reliée, avec une efficacité similaire à celle obtenue avec la cyclosporine A, un immunosuppresseur couramment utilisé dans la prophylaxie de la GvHD. Par ailleurs, on a déterminé que le mécanisme d’action des IVIG dans la réduction de la GvHD est distinct de celui des immunosuppresseurs. De plus, on a démontré que les IVIG induisent l’expansion et l’activation des cellules NK présentes au sein du greffon, lesquelles sont nécessaires pour l’obtention de l’effet protecteur des IVIG contre le développement de la GvHD, et sont dépendantes de la présence de lymphocytes T activés. Grâce à un modèle murin humanisé, on a également démontré que le traitement hebdomadaire d’IVIG induit un délai transitoire de la reconstitution humorale, ce qui n’affecte toutefois pas la qualité globale de la reconstitution immunitaire. Ces résultats mettent cependant en doute la pertinence de l’utilisation des IVIG dans les protocoles cliniques de prophylaxie de la GvHD, puisque les immunosuppresseurs seront toujours utilisés, et qu’on a démontré que les IVIG ont besoin de lymphocytes T activés afin de prévenir efficacement le développement de la GvHD. / Graft-versus-Host Disease (GvHD) is a major complication following hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). Prophylactic treatments for the prevention of GvHD rely mostly on the use of immunosuppressors, which contribute to inhibit the patient’s immune reconstitution and prolong their immunosuppressed state. Development of immunomodulator-based prophylactic treatments is therefore preferred. Using NOD/scid-IL2rγ-/- mice, we developed a xenogeneic mouse model to assess the immunomodulatory potential of intravenous immunoglobulins (IVIG) for the prevention of GvHD, along with assessing their effect on the kinetics and the quality of the immune reconstitution in mice. We determined that weekly IVIG treatments reduced the incidence of GvHD and its related mortality. The effectiveness of IVIG for the prevention of GvHD was similar to that of cyclosporine A, an immunosuppressive drug routinely used for the prophylactic treatment of GvHD. Furthermore, we demonstrated that IVIG has a mechanism of action that is different from that of immunosuppressors. IVIG induce the expansion and activation of NK cells from the graft, which is mandatory for the preventive effect of IVIG on GvHD development. Furthermore, this IVIG-induced expansion and activation of NK cells require the presence of activated T lymphocytes. Using our humanized mouse model, we have also demonstrated that weekly IVIG treatments cause a transient delay of the humoral reconstitution, but do not affect the overall quality of the immune reconstitution. We have demonstrated that activated T lymphocytes are mandatory for the effective expansion and activation of NK cells, which in turn are essential to the IVIG-induced prevention of GvHD, and immunosuppressors will always be part of the prophylactic regimen of GvHD, therefore shining a doubt on the usefulness of adding IVIG to the prophylactic treatments for the prevention of GvHD.

Chez les patients, la tumeur développe une immunosuppression qui compromet les capacités des effecteurs de l’immunité à réagir. Longtemps décriée, l’immunothérapie est considérée aujourd’hui comme une thérapie à part entière avec la chirurgie, la chimiothérapie et la radiothérapie. Parmi les premières immunothérapies développées dans les années 1990, l’IL-2 forte dose fut approuvée dans le traitement du mélanome et du cancer du rein métastatiques. Cependant, sa forte toxicité et la faible proportion de patients répondeurs ont limité son usage clinique. Une autre cytokine, l’IL-15, apparaît prometteuse dans le traitement des cancers pour son activité similaire à l’IL-2 sans ses facteurs limitants. Cependant, seule, son activité anti-tumorale n’est pas optimale du fait de sa courte demi-vie ou encore de l’affinité intermédiaire de liaison à son récepteur βγ. Différentes stratégies ont été mises au point pour améliorer l’efficacité de l’IL-15, notamment, sa stabilisation à travers l’association avec sa chaine de haute affinité IL-15Rα. Une molécule de fusion associant de manière covalente la partie sushi+ de l’IL-15Rα avec l’IL-15 humaine a été développée : le RLI. Au cours de cette thèse, nous avons étudié chez la souris, le potentiel thérapeutique de cette molécule dans le traitement des cancers solides. Nous avons ainsi mis en évidence une activité anti-tumorale du RLI et une association synergique avec un anticorps monoclonal anti-PD-1. / In cancer patients the immune system is compromised by the tumor and its microenvironment. In recent decades the role of the immune system in tumor control has been controversial, though today cancer treatments that modulate immunity are a reality. Immunotherapy is a unique therapy adding to pre-existing methods of cancer control: surgery, chemotherapy and radiotherapy. In the 1990’s, high dosing of IL-2 was the first immunotherapy approved by the FDA to treat metastatic melanoma and renal carcinoma, however high toxicities and low responder rates have limited its clinical use. IL-15 is another promising cytokine therapy. The similar properties with IL-2 and differences in terms of toxicities and Treg induction make IL-15 an attractive potential therapy. Nonetheless, the short half-life and intermediate affinity for its receptor βγ compromise its efficacy. Different strategies have been developed to facilitate IL-15 therapeutic bioactivity. IL-15Rα as a chaperon molecule allows stability of IL-15 in vivo. RLI is a fusion molecule that covalently links sushi+IL-15Rα, the binding domain of its high affinity receptor and a recombinant human IL-15. We have studied the therapeutic potential of RLI in mouse tumor models. Our results show anti-tumor activities of RLI and synergistic combination with anti-PD-1, a monoclonal antibody.

L’infection par le VIH-1 est caractérisée par une activation chronique du système immunitaire et par une réduction graduelle du nombre de lymphocytes TCD4+, qui contribuent à une détérioration lente du système immunitaire menant à la phase SIDA. Paradoxalement, ce sont majoritairement des lymphocytes T CD4+ non infectés qui sont détruits et la cause de ce phénomène reste encore inconnue. Certaines protéines virales, dont la protéine accessoire Vpr, sont soupçonnées de jouer un rôle dans ce processus. Synthétisée tardivement, Vpr est incorporée à l’intérieur des virions, en plus d’être relâchée sous forme soluble dans le milieu extracellulaire. La principale fonction biologique de Vpr est l’induction d’un arrêt de cycle en phase G2/M, via le recrutement du complexe d’ubiquitine E3 ligase CUL4A-DDB1VprBP et l’activation de la voie de dommage à l’ADN contrôlée par la kinase ATR. Une étude démontre que l’activation des voies de dommages à l’ADN conduit à l’expression de ligands du récepteur activateur NKG2D, exprimés par les cellules NK, déclenchant leurs fonctions cytolytiques. Chose intéressante, plusieurs études suggèrent que le VIH-1 régule positivement l’expression des ligands de NKG2D à la surface des lymphocytes T CD4+ infectés. Cependant, le facteur viral impliqué dans ce processus reste encore indéfini. Le but de cette thèse était d’évaluer le rôle de Vpr dans la modulation des fonctions cytolytiques des cellules NK et son implication potentielle dans la destruction des lymphocytes T CD4+. Nos travaux ont permis de démontrer que l’expression de Vpr, seule ou dans le contexte de l’infection, est suffisante afin d’augmenter spécifiquement l’expression du ligand de NKG2D, ULBP2, au niveau de lymphocytes T CD4+ primaires. Conséquemment, Vpr augmente ainsi la susceptibilité de ces cellules à une lyse par des cellules NK autologues. Nous démontrons que cette régulation positive d’ULBP2 repose sur la capacité de Vpr de recruter le complexe d’ubiquitine E3 ligase DDB1-CUL4AVprBP et l’activation de la voie de dommage à l’ADN ATR. Plus important encore, nous apportons des preuves que Vpr augmente également l’expression d’ULBP2 au niveau des cellules non infectées lors d’une infection de lymphocytes TCD4+ par le VIH-1. À cet effet, nous montrons que l’acheminement de Vpr au niveau de lymphocytes T CD4+ non infectés via des particules virales défectives est suffisant afin de réguler positivement ULBP2 et d’augmenter leur lyse par des cellules NK autologues. De plus, nous décrivons pour la première fois que Vpr, sous forme soluble, a la capacité d’induire des dommages à l’ADN et de réguler positivement ULBP2 suite à la transduction de différents types cellulaires, incluant des cellules T. Globalement, nos résultats démontrent que Vpr est un facteur viral clé impliqué dans la régulation positive des ligands de NKG2D induite par le VIH-1. Cette régulation positive d’ULBP2 pourrait alors contribuer à la destruction des lymphocytes T CD4+ infectés et non infectés via l’activation des fonctions cytolytiques des cellules NK. Une meilleure compréhension de la contribution de cette activité de Vpr dans la pathogenèse du VIH-1 a le potentiel de permettre le développement de nouvelles cibles ou stratégies thérapeutiques contre le VIH-1. / Chronic immune activation and gradual depletion of CD4+ T cells are hallmarks of HIV-1 infection, which are thought to contribute to the progressive deterioration of the host’s immune response that ultimately leads to AIDS. Paradoxically, the majority of CD4+ T cells that are destroyed are uninfected and causes for this bystander effect of infection on CD4+ T cells remains unclear. Some HIV-1 proteins, including the accessory protein Vpr, are suspected to play a role in this process. Vpr, expressed late during HIV-1 infection, is shown to be incorporated within the budding virions as well as secreted as soluble protein in the extracellular medium from the infected cells. The main biological function of Vpr is the induction of a G2/M cell-cycle arrest through the recruitment of the E3 ubiquitin ligase complex DDB1-CUL4AVprBP and activation of the ATR-mediated DNA damage pathway. One study showed that activation of DNA damage pathways leads to the expression of specific ligands for the activating receptor NKG2D expressed on NK cells, thus triggering NK cell cytolytic function. Interestingly, several evidences suggest that HIV-1 upregulates expression of specific NKG2D ligands on infected CD4+ T cells. However, the viral factor involved in this process remains undefined. The aim of this thesis was to evaluate the role of Vpr in modulating NK cell cytolytic function and its potential involvement in CD4+ T cells depletion. Our work demonstrated that the expression of Vpr, alone or in the context of HIV-1 infection, is sufficient to specifically increase expression of the NKG2D ligand, ULBP2, on primary CD4+ T cells. Consequently, these CD4 T cells become more susceptible to autologuous NK cell-mediated lysis. Our studies have shown that this Vpr-mediated ULBP2 upregulation requires the recruitment of the E3 ubiquitin ligase complex DDB1-CUL4AVprBP and the activation of the ATR-mediated DNA damage pathway. More importantly, we provide evidence that Vpr augments ULBP2 expression on both infected and uninfected bystander cells during HIV-1 infection of primary CD4+ T lymphocytes. In that context, we show that delivery of Vpr into uninfected cells via defective viral particles is sufficient to upregulate ULBP2 and increase their susceptibility to autologuous NK cell-mediated killing. In addition, we describe for the first time that soluble Vpr has the ability to induce DNA damages and upregulate ULBP2 upon transducing target cells, including T cells. Overall, our results show that Vpr is a key HIV-1 factor involved in the upregulation of NKG2D ligands induced by HIV-1. This upregulation of UBP2 might contribute to depletion of infected and uninfected CD4 + T cells through activation of NK cell cytolytic functions. A better understanding of the contribution of this new activity of Vpr in HIV-1 pathogenesis has the potential to enable the development of new therapeutic targets or therapeutic strategies against HIV-1.

Les cellules NK sont des lymphocytes ayant un rôle majeur dans les réponses immunes innées, particulièrement contre les cellules tumorales ou infectées par un agent pathogène. L'activation des cellules NK déclenche leur cytotoxicité cellulaire et/ou sécrétion de cytokines, telle que l'IFN-gamma. L'activité des cellules NK est régulée par une variété de facteurs intrinsèques et extrinsèques qui assurent leur tolérance et efficacité. L'analyse de la signalisation NK permettrait de démontrer leur potentiel clinique. Parmi les protéines impliquées dans la signalisation NK, les protéines adaptatrices ont été très peu analysées. Dans ce projet, je décris les adaptateurs Dok-1/Dok-2 (Downstream of kinase), lesquels sont fortement exprimés dans des cellules hématopoïétiques, notamment dans le lignage myéloïde et les cellules NK. La structure de Dok-1 et Dok-2 est pourvue de différents domaines d'interaction protéine-protéine leur permettant de recruter différentes molécules de signalisation intracellulaire. Au cours de mon travail de thèse, je démontre que Dok-1 et Dok-2 sont phosphorylées sur tyrosine suite à l'activation des NK. La surexpression de Dok-1/Dok-2 dans les cellules NK induit un frein à leur activation déclenchée par des récepteurs activateurs. En revanche, l'invalidation d'expression de Dok1 et Dok2 chez la souris entraine un défaut de développement/maturation NK, mais également une augmentation de leur sécrétion d'IFN-gamma induite par l'engagement de récepteurs activateurs. Ces résultats dévoilent ainsi que Dok-l et Dok-2 sont impliquées dans une boucle de rétrocontrôle négatif en aval des récepteurs activateurs des cellules NK chez l'homme et chez la souris. / NK cells are an important component of innate immunity by virtue of their ability to recognize microbe-infected, transformed (tumors) and allogenic cells, while sparing most autologous healthy cell. NK cell activation can elicit two different effector functions: cytotoxicity of target cell and/or secretion of a large array of cytokines and chemokines. NK cell activation is regulated by intrinsic and extrinsic mechanisms that ensure NK tolerance and efficacy. Determining signaling events downstream of the NK receptors is in this line of establishing the clinical potential of NK cells. Among the proteins involved in NK signaling, the adaptor molecules are poorly understood. Here, I described two Downstream of tyrosine kinase (Dok) adaptors: Dok-1 and Dok-2; these two proteins are mainly expressed in hematopoietic cells, especially in myeloid lineage and NK cells. Dok-1 and Dok-2 adaptors contain a variety of protein-protein interaction motifs enabling them to recruit various intracellular signaling molecules. During my PhD work, I demonstrate that the cytoplasmic signaling molecules Dok1 and Dok2 are tyrosine phosphorylated upon NK cell activation. Overexpression of Dok proteins in human NK cells reduces cell activation induced by NK cell activating receptors. Dok1 and Dok2 gene ablation in mice induces an NK cell developmental/maturation defect and leads to increased IFN-gamma production induced by activating receptors. Taken together, these results reveal that Dok-1 and Dok-2 adaptors are involved in an intrinsic negative feedback loop downstream of NK cell activating receptors in mouse and human.