La leucémie myéloïde chronique (LMC) est une hémopathie maligne caractérisée par un syndrome myéloprolifératif. Elle est secondaire à la formation d’un gène chimérique BCR-ABL dont le produit de ce gène de fusion est une protéine possédant une activité tyrosine kinase dérégulée, nécessaire et suffisante à la leucémogénèse. Plusieurs arguments suggèrent l’implication des cellules du système immunitaire dans le contrôle de la LMC.Nous avons montré que les lymphocytes Natural Killer T invariant (iNKT), une population minoritaire de lymphocytes T non conventionnels impliqués dans l’immunosurveillance, sont anergiques chez les patients en phase chronique (LMC-PC). Ce défaut est corrigé chez les patients en rémission cytogénétique complète après traitement par Imatinib Mesylate (LMC-IM) ou IFN-α.Les lymphocytes iNKT sont impliqués chez la Souris dans la génération de cellules T CD8+ « innate-memory », une autre population de lymphocytes T innés découverte récemment chez la Souris. Nous avons mis en évidence chez l’Homme, l’existence d’une population de cellules T ayant un phénotype inné et mémoire, exprimant fortement le facteur de transcription Eomesodermine et capable de produire rapidement de l’IFN-γ en réponse à une stimulation innée par les interleukines (IL)-12 et IL-18.Cette population de cellules est déficiente sur le plan numérique et fonctionnel chez les patients LMC-PC. Ces défauts sont partiellement corrigés chez les patients LMC-IM.L’ensemble de ces résultats souligne le rôle des lymphocytes T innés dans l’immunité anti-leucémique et pourrait permettre le développement de stratégies d’immunothérapies ciblées contre la LMC. / Chronic myeloid leukemia (CML) is a myeloproliferative disorder that results from dysregulated tyrosine kinase activity of the fusion oncoprotein BCR-ABL, which is sufficient to induce malignant transformation. A critical role of the immune system in the control of CML is supported by several reports. Invariant Natural Killer T (iNKT) lymphocytes are a population of non-conventional T cells that are believed to play a key role in cancer immunosurveillance. Here, we showed that CML in chronic phase is associated with anergy of iNKT cells that is restored upon complete cytogenetic remission (CCyR) following Imatinib Mesylate (IM) or IFN-α therapy. In mouse, iNKT cells are involved in the generation of a recently characterized subset of innate CD8 T cells. Importantly, we provided definitive evidence of the existence of an equivalent of these innate CD8 T cells in humans, harboring innate and memory phenotype with high Eomesodermin expression. These cells also exhibited innate functions such as prompt IFN-γ expression in response to innate stimulation by interleukin (IL)-12 and IL-18 and cytolytic activity in a TCR independent manner.Size and functions of this innate-like CD8 T cell subset were severely impaired in CML patients at chronic phase. These defects were partially reversed in patients who achieved CCyR following IM treatment.Altogether, these results reveal a possible contribution of innate CD8 T lymphocytes in anti-leukemic immunity and should contribute to development of immunotherapeutic strategies against CML.

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Au cours du développement tumoral, le système immunitaire est constamment exposé aux antigènes tumoraux, mais le plus souvent dans un contexte non-inflammatoire qui favorise l'induction d'une tolérance envers ces antigènes. La tolérance peut être médiée par des mécanismes passifs (ignorance, anergie ou délétion des clones spécifiques de la tumeur) ou actifs, pour lesquels les lymphocytes T régulateurs (Tregs) jouent un rôle prépondérant. Les lymphocytes T (LT) CD4+ sont la source principale des Tregs mais présentent également des fonctions antitumorales directes et indirectes. Les connaissances actuelles sur le rôle des LT CD4+ au cours du développement tumoral proviennent en grande partie d'études de modèles murins de tumeurs transplantées. Cependant, l'inflammation initiée lors de l'inoculation de ces tumeurs due à une mort cellulaire importante favorise la présentation persistante par le MHC-II des antigènes tumoraux dans un environnement inflammatoire artificiel. Nous tentons ici de contourner ce problème en utilisant deux modèles murins différents: le premier est un modèle de tumeur transplantée dans lequel un néoantigène de classe II (DBY) est induit à distance du moment de l'inoculation de la tumeur. Le deuxième est un modèle d'adénocarcinome pulmonaire induit génétiquement exprimant l’epitope DBY, dans lequel la tumorigenèse est initiée par l'expression d’un oncogène associée à la délétion d’un gène suppresseur de tumeurs. La réponse antitumorale des LT CD4+ est suivie par le transfert de LT CD4+ spécifiques de DBY "Marilyn". Dans le modèle de tumeur transplantée, nous montrons que l'apparition d'un néoantigène dans une tumeur bien établie n'est pas ignorée par le système immunitaire. Bien au contraire, le néoantigène arrive au ganglion drainant la tumeur et induit une activation efficace des cellules Marilyn, qui prolifèrent, produisent de l'IFN-γ et recirculent jusqu'à la tumeur. En revanche, malgré une activation efficace des LT CD4+, les tumeurs ne sont pas rejetées. Dans le modèle génétiquement induit, nous montrons que des néoantigènes exprimés dès le début du développement tumoral, arrivent jusqu'au ganglion drainant la tumeur en quantité suffisante pour induire l'activation et la prolifération des LT CD4+, mais que cette activation est non-optimale et ne permet qu'une faible migration vers le site de la tumeur. En revanche, une partie des cellules Marilyn acquièrent l'expression de FOXP3 ainsi qu'une signature transcriptomique de Tregs et ce dès les stades précoces du développement tumoral, tandis que le reste des cellules Marilyn présentent un phénotype anergique (CD44hiCD73hiFR4hi). L'administration de CpG n'empêche pas la conversion en Treg des cellules Marilyn, malgré l'augmentation de la maturation des cellules dendritiques dans le poumon et le ganglion drainant la tumeur. La déplétion des Tregs de l'hôte en revanche inhibe cette conversion et favorise l'activation des cellules Marilyn en cellules effectrices compétentes, capables de migrer jusqu'au site tumoral. Enfin, les cellules Marilyn, lorsqu'elles sont activées hors du ganglion drainant la tumeur échappent à l'inhibition induite par la tumeur et deviennent des cellules effectrices compétentes. Ainsi, dans un modèle tumoral reproduisant le développement naturel progressif des tumeurs humaines, un état de tolérance est induit par la tumeur. Cette tolérance est dépendante des Tregs présents dans le ganglion drainant la tumeur, qui confèrent une tolérance aux LT CD4+ naïfs arrivant dans le ganglion. / During tumor development, the immune system is persistently exposed to tumor-associated antigens, frequently in a non-inflammatory context, favoring the establishment of tolerance. Passive (ignorance, anergy or deletion of tumor-specific T cells) or active mechanisms mediated by regulatory T cells (Tregs) may be involved in tolerance. CD4+ T cells are the main source of Tregs but they also display indirect and direct antitumor activity. So far, the contribution of CD4+ T cells during tumor development has been mainly addressed in murine transplanted tumor models. However, in these models the artificial inflammation associated with the presence of dying tumor cells at the time of tumor inoculation favors a long-lasting MHC-II-restricted tumor antigen presentation in an artificial inflammatory context. Here, we addressed this issue using two different models: a transplanted one in which the MHC-II neoantigen (DBY) is induced long after tumor implantation and a genetically engineered mouse (GEM) model of lung adenocarcinoma also expressing the DBY epitope, in which malignant transformation results from both the expression of an oncogene and the deletion of a tumor suppressor gene. Tumor-specific CD4+ T cell response was followed by transfer of naive DBY-specific Marilyn CD4+ T cells. In the transplanted tumor model, we found that the appearance of a neoantigen in established tumors was not ignored by the immune system. On the contrary, the neoantigen reached the tumor-draining lymph node (TdLN) and induced efficient priming of Marilyn cells that proliferated, produced IFN-γ, and recirculated to the tumor site. However, despite efficient induction of a tumor-specific CD4+ T cell response, tumors were not rejected. In the GEM model, we found that starting at the early tumor stages, neoantigens were expressed and reached the TdLN in sufficient amount to induce activation and proliferation of naive Marilyn T cells. However, this priming was suboptimal and resulted in a weak migration to the tumor site. Instead, some of the activated Marilyn cells acquired the expression of FOXP3 and a Treg gene signature while the remaining FOXP3- cells displayed a CD44hiCD73hiFR4hi anergic phenotype. CpG administration did not revert the Marilyn Treg conversion despite reinforcing dendritic cell maturation in the lung and the TdLN. Depletion of the host Treg compartment however, inhibited this conversion and favored Marilyn cell activation into full-blown effector cells able to migrate to the tumor site. Finally, Marilyn cells that were primed at distance of the TdLN, escaped tumor induced inhibition and became full effectors. Thus, in a tumor model reproducing the natural development of slowly growing human tumors, a tumor-associated dominant tolerance is established in the lymph node draining the tumor. This state of unresponsiveness is highly dependent on the presence of Treg cells in the TdLN, conferring tolerance to incoming tumor-specific naive CD4+ T cells.

Chez les vertébrés adultes, le nombre de cellules T périphériques est soumis à un contrôle strict. Bien qu'un grand nombre de cellules T soient produites chaque jour, le nombre de cellules T à la périphérie reste constant. Chaque nouveau lymphocyte T produit ne pourra donc s'établir à la périphérie qu'après la mort d'un lymphocyte déjà établi. Dans cette optique, la sélection du répertoire des cellules T périphériques n'est pas uniquement dépendant des interactions entre une cellule et son antigène, mais elle est également dépendante d'interactions entre différentes sous-populations cellulaires (Freitas and Rocha, 2000). Dans le but de comprendre comment l'homéostasie des cellules T périphériques est atteinte, et afin de comprendre pourquoi l'homéostasie parvient à un certain niveau d'équilibre, il est important de déterminer chaque facteur intervenant dans ce processus et la contribution de chacun d'entre eux.<br /> Les cellules T sont générées dans le thymus. La production thymique de cellules T est responsable, chaque jour, de l'export de nouvelles cellules T. Cependant la taille du thymus n'est pas constante, puisque le thymus involue avec l'âge, ce qui peut avoir des conséquences sur l'homéostasie des cellules T périphériques. Il faut donc tenir compte du compartiment T central, le thymus, lorsque l'on étudie l'homéostasie des compartiments périphériques. <br /> Le compartiment T périphérique est composé d'un certain nombre de sous-compartiments, puisque chaque cellule T n'est pas identique, et de nombreuses cellules vont se différencier à la périphérie en des sous-populations spécifiques, possédant des fonctions et des propriétés différentes. Par exemple, les sous-populations CD4+ et CD8+ devront être considérées séparément puisqu'elles sont impliquées dans différents types de réponses immunitaires et ont des mécanismes d'action différents. De la même façon, les compartiments naïfs, effecteurs et mémoires contribuent différemment à l'immuno-compétence de chaque individu. Les mécanismes impliqués dans le contrôle du nombre de chacune de ces sous-populations sont également importants pour la compréhension de l'homéostasie cellulaire T totale.<br /> L'objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes responsables de l'homéostasie périphérique T en général, et de l'homéostasie des cellules T CD4+ périphériques en particulier. Ce travail a été divisé en trois parties.<br /> Dans la première partie de cette thèse, nous avons évalué le rôle du thymus dans la maintenance du nombre de cellules T. Nous avons développé un nouveau système expérimental nous permettant d'obtenir une estimation quantitative de la fraction des cellules précurseures pré-T compétentes, nécessaire pour assurer la fonction thymique mais aussi d'évaluer la contribution thymique à l'établissement du compartiment T périphérique. Nous avons montré qu'il n'existe pas de mécanismes homéostatiques compensatoires au cours du développement thymique. Ce résultat nous a ensuite conduit à évaluer l'effet d'un export thymique réduit sur l'établissement du compartiment T périphérique. Nous avons montré que la taille du compartiment T périphérique est indépendante du thymus, suggérant que des mécanismes compensatoires se mettent en place à la périphérie. Lorsque nous avons étudié les compartiments naïfs et activées/mémoires séparément, nous avons observé que les mécanismes compensatoires sont plus efficaces pour les sous-populations activées/mémoires.<br /> Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des interactions entre les cellules T périphériques dans l'établissement de l'homéostasie T périphérique. Nous avons analysé l'interaction entre les cellules T CD4+CD25+CD45RBlow (également appelées cellules T CD4+ régulatrices) et les cellules CD4+CD25-CD45RBhigh, dans des expériences de transfert chez la souris. Nous avons observé que le ratio entre les cellules CD4+CD25+CD45RBlow et les cellules CD4+CD25-CD45RBhigh transférées était déterminant pour le nombre de cellules recouvrées suggérant donc que l'interaction entre ces deux populations pourrait être déterminante pour l'homéostasie périphérique T. Nous avons testé cette hypothèse en transférant des cellules T CD4+CD25+ dans un modèle murin (les chimères de moelle osseuse CD25-/-) où l'homéostasie périphérique est perturbée et où cette sous-population CD25+ est absente. Nous avons observé que la présence de ces cellules T CD4+CD25+ dans ces chimères de moelle osseuse a pour conséquence la normalisation du compartiment T périphérique. Nous avons montré donc que l'homéostasie des cellules T périphériques est atteinte aussi grâce à la structure des sous-populations qui la constitue.<br />Dans la troisiéme partie de cette thèse, nous avons étudié l'importance des ressources pour la maintenance de la structure des sous-populations T périphériques. Il a été montré que le nombre de cellules T CD4+CD25+ est réduit chez les souris invalidées pour le gène de l'IL-2. Il a aussi été montré que ces souris développent des maladies auto-immunes avec des caractéristiques communes à celles développées par les souris CD25-/-. Nous avons fait l'hypothèse que le manque d'IL-2 serait responsable de la diminution de la survie des cellules T régulatrices CD4+CD25+ dans le compartiment T périphérique, et que donc les manifestations auto-immunes seraient la conséquence de la perturbation de la structure des sous-populations périphériques, puisque ces animaux ne contiennent pas cette sous-population spécifique. Nous avons testé cette hypothèse en triant les quelques cellules T CD4+CD25+ présentes chez les animaux IL2-/- et en testant leur fonction de cellules suppressives in vivo. Ces cellules ont montré leur capacité à exercer une fonction suppressive, suggérant que les souris IL-2-/- sont capable de produire des cellules régulatrices T CD4+CD25+. Nous avons confirmé ces résultats en établissant des chimères de moelle osseuse, avec des cellules provenant de la moelle osseuse d'animaux IL-2-/- et d'animaux CD25-/-. Ces animaux chimériques ne développent pas de maladies auto-immunes et le compartiment T périphérique est constitué d'une proportion normale des différentes sous-populations CD4+, notamment les CD4+CD25+. Les précurseurs issus de la moelle osseuse des animaux IL-2-/- ont donc été capables de générer une population viable de cellules T régulatrices, capable d'utiliser pour leur survie l'IL-2 produite de façon paracrine. Ces résultats illustrent bien le rôle des cytokines comme ressources majeures, notamment pour l'établissement de la structure des populations périphériques.<br /> L'ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse nous a conduit à formuler que l'homéostasie des cellules T périphériques est le résultat, non seulement de l'impact thymique, mais aussi de mécanismes périphériques. Les populations sous représentées, comme la population de cellules T régulatrices CD4+CD25+, pourraient exercer un rôle important dans la maintenance de l'homéostasie des cellules T à la périphérie.

L’importance respective des lymphocytes T régulateurs naturels générés dans le thymus ou induits en périphérie dans la régulation immunitaire et la résolution de l’inflammation est désormais bien établie. Nous avons contribué à mettre en évidence une nouvelle voie d’induction de lymphocytes T régulateurs périphériques à partir de cellules T humaines CD4+CD25- naïves et mémoires. Nous avons montré que l’engagement de la molécule ubiquitaire transmembranaire CD47 sur la cellule T par un anticorps monoclonal ou par le peptide 4N1K (peptide dérivé du domaine carboxy-terminal de la thrombospondine-1 et spécifique du site de liaison à CD47) induisait des lymphocytes T CD4+ régulateurs exerçant une fonction suppressive sur les lymphocytes T effecteurs. Les propriétés suppressives induites par la thrombospondine-1 confortent les fonctions anti-inflammatoires de cette protéine de la matrice extracellulaire. L’inhibition exercée par les lymphocytes T régulateurs induits dépend du contact intercellulaire entre les cellules T régulatrices et leurs cibles, et est indépendante du TGF-. Nos résultats démontrent également le rôle de CD47 sur le lymphocyte T CD4+ dans la réponse immunitaire spécifique de l’antigène in vivo. En effet, les souris BALB/c déficientes pour CD47 présentent un biais de la sécrétion d’anticorps et de cytokines de type Th1, alors que les souris BALB/c sont décrites comme exprimant un profil de production de cytokines de type Th2. Nos travaux mettent en évidence le rôle de CD47 dans l’inhibition du développement d’une réponse cellulaire et humorale de type Th1 in vivo, confirmant de précédentes études in vitro réalisées avec des cellules T CD4+ humaines. Nous présentons également le rôle inhibiteur de l’engagement de CD28 in vitro sur la différenciation en cellules Th17 des lymphocytes T CD4+ naïfs isolés de souris BALB/c. Le mécanisme proposé est dépendant de la production de l’IL-2 et de l’IFN- et indépendant de la présence de lymphocytes T régulateurs. Notre étude du rôle de deux molécules transmembranaires CD47 et CD28 exprimées sur la cellule T CD4+, contribue à une meilleure connaissance des mécanismes impliqués dans la tolérance immunologique, la résolution de l’inflammation et la différenciation des cellules T "helper" CD4+. / Nowadays, the importance of natural regulatory T cells and adaptive regulatory T lymphocytes in immune regulation and resolution of inflammation are well established. We report a previously unknown pathway to generate adaptive regulatory T cells in the periphery from naive and memory human CD4+CD25- T cells. We show that the stimulation of the broadly expressed transmembrane proteins CD47 on T cells by a monoclonal antibody or by the 4NK1 peptide (carboxy-terminal peptide of thrombospondin-1 (TSP) specific of the binding site of CD47) induced regulatory T cells that exerted an inhibitory function on effector T cells. Our study on the suppressive proprieties of the TSP corroborates with reported anti-inflammatory activities of this extracellular matrix protein. The suppressive function of TSP induced regulatory T cells was contact-dependent and TGF--independent. Our data further demonstrate the role of CD47 expression on T cells in the antigenic-specific immune response in vivo. We report that the CD47-deficient BALB/c mice displayed a Th1-biased antibody and cytokine responses, instead of the Th2 cytokine profile observed in unmanipulated BALB/c mice. Our study outlines the role of CD47 as a self-control mechanism to negatively regulate type 1 cellular and humoral immune responses and most importantly confirm in vivo previous in vitro studies with human CD4+ T cells. We also report that soluble anti-CD28 monoclonal antibody suppressed in vitro differentiation of naïve CD4+ T cells isolated from BALB/c mice into IL-17-producing cells by mechanism that are IL-2 and IFN-γ-dependent but independent of the presence of regulatory T cells. Our studies highlight the suppressive function of two transmembrane molecules CD47 and CD28 expressed by CD4+ T cells in vitro and in vivo in human and mice. They thus may contribute to a better understanding of the mechanisms involved in the induction of immune tolerance, the resolution of inflammation and the differentiation of the T helper cells.

L’infection par le VIH-1 est caractérisée par une déplétion progressive des cellules T CD4+ ainsi que par un dysfonctionnement des cellules T qui, en l’absence de traitements anti-rétroviraux, conduit inéluctablement à la progression de la maladie vers le stade SIDA. Certains des mécanismes impliqués dans ce dysfonctionnement de la réponse cellulaire T ont été élucidés et ont révélé un rôle important de la molécule PD-1 dans l’exhaustion des cellules T en phase chronique de l’infection. En effet, des niveaux élevés de PD-1 ont été associés à une charge virale élevée ainsi qu’à une diminution de la production de cytokines et de la capacité de proliférer des cellules T spécifiques du virus. De plus, bloquer in vitro l’interaction de PD-1 avec son ligand PD-L1 en utilisant un anticorps bloquant rétabli la fonction de ces cellules. De façon intéressante, notre groupe ainsi que d’autres équipes, ont montré que l’expression de PD-1 était non seulement augmentée sur les cellules spécifiques de l’antigène mais aussi sur les cellules T totales. Cependant, peu de choses sont connues quant à l’impact de l’expression de PD-1 sur le renouvellement et la différenciation des cellules T qui expriment PD-1, et ce au cours de l’infection. L’expression de PD-1 n’a notamment pas été étudiée en phase aigue de l’infection. Nous montrons clairement que, aussi bien chez les individus en phase aigue qu’en phase chronique de l’infection, l’expression de PD-1 est augmentée sur toutes les sous-populations T, y compris les cellules naïves. Nous avons également mis en relief une distribution anormale des sous-populations T, ces cellules ayant un phénotype plus différencié, et ce à tous les stades de la maladie. Dans cette thèse, nous discutons le rôle possible de PD-1 dans l’homéostasie des cellules T chez les individus infectés par le VIH-1. En étudiant la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection, nous avons trouvé que les sous-populations T CD8+ des individus récemment infectés exprimaient moins de PD-1 que celles des individus à un stade plus avancé de la maladie. Ces niveaux plus élevés de PD-1 sur les cellules T CD8+ en phase chronique sont associés à des niveaux réduits de prolifération in vivo – comme mesuré par l’expression de Ki67 – suggérant que l’expression de PD-1 est partiellement impliquée dans cette perte de fonction des cellules T CD8+. De plus, les cellules naïves s’accumulent en fréquence lors de la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection. Considérant que les cellules naïves expriment déjà des hauts niveaux de PD-1, nous avons émis l’hypothèse que l’activation initiale des cellules T chez les individus chroniquement infectés est affectée. En résumé, nous proposons un modèle où des hauts niveaux d’expression de PD-1 sont associés à (1) un dysfonctionnement de la réponse cellulaire T CD8+ et (2) un défaut d’activation des cellules naïves ce qui contribue non seulement à la progression de la maladie mais aussi ce qui va limiter l’efficacité de potentiels vaccins dans l’infection par le VIH-1 en empêchant toute nouvelle réponse d’être initiée. Afin de mieux disséquer la réponse immunitaire mise en place lors d’une infection comme celle du VIH-1, nous avons développé un outil qui permet de détecter les cellules T CD4+ i.e. des tétramères de CMH de classe II. Ces réactifs ont pour but d’augmenter l’avidité du CMH de classe II pour son ligand et donc de détecter des TCR de faible affinité. Dans cette thèse, nous décrivons une méthode originale et efficace pour produire diverses molécules de HLA-DR liant de façon covalente le peptide antigénique. Mieux déterminer les mécanismes responsables de l’exhaustion des cellules T dans l’infection par le VIH-1 et de la progression de la maladie, ainsi que développer des outils de pointe pour suivre ces réponses T, est central à une meilleure compréhension de l’interaction entre le virus et le système immunitaire de l’hôte, et permettra ainsi le développement de stratégies pertinentes pour lutter contre l’infection par le VIH-1. / HIV-1 infection leads to a progressive CD4+ T cell depletion and T cell dysfunction, which in the absence of successful anti-retroviral therapy, results in individuals progressing to AIDS. Some of the underlying mechanisms for this T cell dysfunction have been elucidated and reveal an important role for the inhibitory receptor program death-1 (PD-1) in T cell exhaustion during chronic HIV-1 infection. Indeed, PD-1 up regulation correlates with increased viral load as well as decreased cytokine production and proliferative capacity of HIV-1 specific T cells. Moreover, blocking in vitro the interaction of PD-1 with its counter-receptor PD-L1 using antibodies restores HIV-1 specific T cell effector functions. Interestingly, our group and others have shown that levels of PD-1 during chronic HIV-1 infection are not only up regulated on virus-specific T cells but also on the total pool of CD4+ and CD8+ T cells. However, little is known about the impact of PD-1 expression on the turnover and maturation status of the PD-1 expressing cells during the course of the disease. Of note, PD-1 expression has never been investigated in acute HIV-1 infection. In this thesis, we clearly show that, in both acutely and chronically HIV-1 infected individuals, PD-1 is up regulated on all T cell subsets, including naïve T cells. We also uncovered an abnormal distribution of T cell subsets toward a more differentiated phenotype at all stages of the disease. In this thesis, we discuss the possible role of PD-1 in the homeostasis breakdown observed in HIV-1 infected individuals. More interestingly, if we focus on the transition from the acute to the chronic phase of the infection, we found that PD-1 is expressed at much lower levels on total CD8+ T cell subsets from acutely infected individuals than chronically infected individuals. These augmented PD-1 expression levels on CD8+ T cell in chronic infection are associated with reduced levels of in vivo cell proliferation - as monitored by Ki67 expression - suggesting that PD-1 expression may be partially responsible for the loss of CD8+ T cell function. In addition, naïve T cells accumulate in frequency during the transition from the acute to the chronic phase of the infection. Considering that naïve T cells already express high levels of PD-1, we hypothesize that priming of T cell might be impaired in chronically infected individuals. Altogether, we propose a model where high PD-1 expression is associated with (1) impaired CD8+ T cell function in chronic HIV-1 infection and suggest that lower levels of PD-1 may partially preserve the CD8+ T cell function and (2) impaired priming of T cells contributing to the progressive immunodeficiency in HIV-1 infection but also limiting the effectiveness of vaccine strategies by preventing any new responses to be triggered. To better understand immune responses in infection such as HIV-1 disease, we next developed multimeric reagents for the detection of CD4+ T cells, namely tetramers of HLA-DR molecules. These reagents aim at increasing the overall avidity of peptide-MHC class II complexes to detect low affinity TCRs. In this thesis, we describe a versatile and efficient method to produce different soluble HLA-DR molecules covalently linked to antigenic peptides. Gaining further insights into mechanisms underlying T cell exhaustion and disease progression, in addition to the development of state-of-the-art immune monitoring tools, will be crucial in better understanding of the interplay between the virus and the host immune system, leading to rational strategies in the fight against the AIDS epidemic.

L'interleukine-15 (IL-15) contribue au développement et à l’activation des lymphocytes T CD8, des cellules immunes qui ont été impliquées dans plusieurs maladies auto-immunes telle la sclérose en plaques. Des niveaux élevés de l'IL-15 ont été trouvés chez les patients atteints de cette maladie comparativement aux témoins, mais aucune étude n'a examiné les effets de tels niveaux élevés sur les lymphocytes T CD8. Les objectifs de notre étude étaient 1- de caractériser l’expression de l'IL-15 par des lymphocytes B humains et de déterminer ses effets sur les fonctions des lymphocytes T CD8, et 2- d’évaluer l'expression in vivo de l'IL-15 dans des modèles murins de la sclérose en plaques. Nous avons établi que les cellules B humaines augmentaient leur expression de l'IL-15 suite à une stimulation via le CD40. De plus, les fonctions effectrices des lymphocytes T CD8 ont été significativement augmentées lors des co-cultures avec des cellules B alloréactives exprimant l'IL-15. Dans les modèles murins de la sclérose en plaques, nous avons détecté au sein du système nerveux central des cellules immunes exprimant l’IL-15 ainsi que des cellules T CD8 exprimant le récepteur pour cette cytokine à différents stades de la maladie. Nous avons démontré que les cellules B modulent des réponses des lymphocytes T CD8 via l’IL-15, ce qui suggère un rôle pour les cellules B dans la pathogenèse de la sclérose en plaques. Nous avons aussi mis en évidence la présence de cellules exprimant l’IL-15 dans le système nerveux central dans des modèles murins de cette maladie. / Interleukin-15 is a cytokine involved in the homeostatic proliferation and maintenance of CD8 T cells. Activated CD8 T cells are implicated in several autoimmune diseases, including Multiple Sclerosis (MS). Elevated levels of IL-15 have been reported in serum and on peripheral leukocytes of MS patients relative to controls, yet no study has addressed the effects of elevated IL-15 levels on CD8 T cells. To study the in vivo effects of any molecule, the animal model for MS, EAE, is used; the expression of IL-15 during the EAE disease course has not yet been elucidated. Thus the goals of our study were to characterize surface IL-15 expression on human B lymphocytes and determine the effects on human CD8 T cell functions; and to assess the in vivo expression of IL-15 in MS mouse models. We found that B cells are capable of up-regulating the expression of surface IL-15 upon CD40 stimulation, and CD8 T cell effector functions were significantly enhanced upon co-culture with alloreactive IL-15-expressing B cells. In the MS mouse models we used, we found IL-15-expressing immune cells present within the central nervous system (CNS) at various points of disease, and that CNS-infiltrating CD8 T cells were potentially responsive to IL-15. Here, we not only demonstrate the modulation of CD8 T cell responses by IL-15 presented by B cells, implying a role for B cells in MS pathogenesis, but also show the presence of IL-15-expressing cells within the inflamed CNS of EAE.

La tolérance immunitaire dépend de la distinction entre le soi et le non soi par le système immunitaire. Un bris dans la tolérance immunitaire mène à l'auto-immunité, qui peut provoquer la destruction des organes, des glandes, des articulations ou du système nerveux central. Le diabète auto-immun, également connu sous le nom diabète juvénile et diabète de type 1, résulte d'une attaque auto-immune sur les cellules β pancréatiques sécrétrices d’insuline, localisées au niveau des îlots de Langerhans du pancréas. Bien que le diabète auto-immun soit traitable par une combinaison d’injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, de régime et d'exercices, beaucoup de complications chroniques peuvent se manifester chez les patients, y compris, mais non limitées à, la cécité, les maladies cardiovasculaires, l’insuffisance rénale et l'amputation. En raison des nombreuses complications liées au diabète auto-immun à long terme, la recherche continue afin de mieux comprendre tous les facteurs impliqués dans la progression de la maladie dans le but de développer de nouvelles thérapies qui empêcheront, renverseront et/ou traiteront cette maladie. Un rôle primordial dans la génération et l'entretien de la tolérance immunitaire a été attribué au nombre et à la fonction des sous-populations de cellules régulatrices. Une de ces populations est constituée de cellules T CD4-CD8- (double négatives, DN), qui ont été étudiées chez la souris et l'humain pour leur contribution à la tolérance périphérique, à la prévention des maladies et pour leur potentiel associé à la thérapie cellulaire. En effet, les cellules de T DN sont d'intérêt thérapeutique parce qu'elles montrent un potentiel immunorégulateur antigène-spécifique dans divers cadres expérimentaux, y compris la prévention du diabète auto-immun. D’ailleurs, en utilisant un système transgénique, nous avons démontré que les souris prédisposées au diabète auto-immun présentent peu de cellules T DN, et que ce phénotype contribue à la susceptibilité au diabète auto-immun. En outre, un transfert des cellules T DN est suffisant pour empêcher la progression vers le diabète chez les souris prédisposées au diabète auto-immun. Ces résultats suggèrent que les cellules T DN puissent présenter un intérêt thérapeutique pour les patients diabétiques. Cependant, nous devons d'abord valider ces résultats en utilisant un modèle non-transgénique, qui est plus physiologiquement comparable à l'humain. L'objectif principal de cette thèse est de définir la fonction immunorégulatrice des cellules T DN, ainsi que le potentiel thérapeutique de celles-ci dans la prévention du diabète auto-immun chez un modèle non-transgénique. Dans cette thèse, on démontre que les souris résistantes au diabète auto-immun présentent une proportion et nombre absolu plus élevés de cellules T DN non-transgéniques, lorsque comparées aux souris susceptibles. Cela confirme une association entre le faible nombre de cellules T DN et la susceptibilité à la maladie. On observe que les cellules T DN éliminent les cellules B activées in vitro par une voie dépendante de la voie perforine et granzyme, où la fonction des cellules T DN est équivalente entre les souris résistantes et prédisposées au diabète auto-immun. Ces résultats confirment que l'association au diabète auto-immun est due à une insuffisance en terme du nombre de cellules T DN, plutôt qu’à une déficience fonctionnelle. On démontre que les cellules T DN non-transgéniques éliminent des cellules B chargées avec des antigènes d'îlots, mais pas des cellules B chargées avec un antigène non reconnu, in vitro. Par ailleurs, on établit que le transfert des cellules T DN activées peut empêcher le développement du diabète auto-immun dans un modèle de souris non-transgénique. De plus, nous observons que les cellules T DN migrent aux îlots pancréatiques, et subissent une activation et une prolifération préférentielles au niveau des ganglions pancréatiques. D'ailleurs, le transfert des cellules T DN entraîne une diminution d'auto-anticorps spécifiques de l'insuline et de cellules B de centres germinatifs directement dans les îlots, ce qui corrèle avec les résultats décrits ci-dessus. Les résultats présentés dans cette thèse permettent de démontrer la fonction des cellules T DN in vitro et in vivo, ainsi que leur potentiel lié à la thérapie cellulaire pour le diabète auto-immun. / Immune tolerance is dependent on the immune system discriminating between self and non-self. A break in immune tolerance results in autoimmunity, which can lead to the destruction of healthy organs, glands, joints or the central nervous system. Any disease that results from such an aberrant immune response is termed an autoimmune disease. Autoimmune diabetes, which is also referred to as juvenile diabetes and type 1 diabetes, results from an autoimmune attack on the insulin-producing β cells located within the islets of Langerhans of the pancreas. Although autoimmune diabetes is treatable through a combination of insulin therapy, diet and exercise, many chronic complications may arise in patients, including, but not limited to, blindness, cardiovascular disease, kidney failure and amputation. Due to the many complications associated with long-term autoimmune diabetes, research continues to better understand all the factors implicated in disease progression in order to develop new therapies that will prevent, reverse and/or cure this disease. A prominent role in the generation and maintenance of immune tolerance has been attributed to the number and function of regulatory cell subsets. One of these regulatory cell populations, namely CD4-CD8- (double negative, DN) T cells, have been studied in both mice and humans for their contribution to peripheral tolerance, disease prevention and their potential for use in cellular therapy. DN T cells are of particular therapeutic interest because they exhibit an antigen-specific immunoregulatory potential in various experimental settings, including the prevention of autoimmune diabetes. Indeed, using a transgenic system, we have shown that autoimmune diabetes-prone mice carry fewer DN T cells and that this phenotype contributes to autoimmune diabetes susceptibility, where a single transfer of DN T cells is sufficient to prevent diabetes progression in otherwise autoimmune diabetes-prone mice. These results suggest that DN T cells may be of therapeutic interest for diabetic patients. However, we must first validate these results using a non-transgenic setting, which is more physiologically relevant to humans. The main objective of this thesis is to determine the immunoregulatory function of the DN T cells as well as the therapeutic potential of these cells in the prevention of autoimmune diabetes in the non-transgenic setting. Here, we show that diabetes-resistant mice present with a higher proportion and cell number of DN T cells than diabetes-susceptible mice in the non-transgenic setting, which associates a deficiency in DN T cell number with disease susceptibility. We determine that DN T cells eliminate activated B cells in vitro via a perforin/granzyme-dependent pathway, where the function of DN T cells is equal between the diabetes-resistant and -susceptible mice, demonstrating that the association to autoimmune diabetes is due to a deficiency in DN T cell number rather than function. Interestingly, we show that non-transgenic DN T cells eliminate B cells loaded with islet antigen, but not B cells loaded with an irrelevant antigen, in vitro. Importantly, we establish that the transfer of activated DN T cells could prevent autoimmune diabetes development in the non-transgenic setting. Interestingly, we reveal that DN T cells migrate to the pancreatic islets and undergo preferential activation and proliferation within the pancreatic lymph nodes. Moreover, the transfer of DN T cells results in a decrease in both germinal center B cells directly within the pancreatic islets as well serum insulin autoantibody levels, which correlates with the aforementioned findings. Altogether, the results presented in this thesis have allowed us to enhance our understanding of the function of DN T cells both in vitro and in vivo as well as demonstrate the therapeutic potential for DN T cells as a novel cellular therapeutic for autoimmune diabetes.

Le Streptocoque de groupe B (GBS) est un important agent d’infection invasive pouvant mener à la mort et demeure la cause principale de septicémie néonatale à ce jour. Neuf sérotypes ont été officiellement décrits basés sur la composition de la capsule polysaccharidique (CPS). Parmi ces sérotypes, le type III est considéré le plus virulent et fréquemment associé aux maladies invasives graves, telle que la méningite. Malgré que plusieurs recherches aient été effectuées au niveau des interactions entre GBS type III et les cellules du système immunitaire innées, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire adaptative dirigée contre ce dernier. Notamment, le rôle de cellules T CD4+ dans l’immuno-pathogenèse de l’infection causée par GBS n’a jamais été étudié. Dans cet étude, trois différents modèles murins d’infection ont été développé pour évaluer l’activation et la modulation des cellules T CD4+ répondantes au GBS de type III : ex vivo, in vivo, et in vitro. Les résultats d’infections ex vivo démontrent que les splénocytes totaux répondent à l’infection en produisant des cytokines de type-1 pro-inflammatoires. Une forte production d’IL-10 accompagne cette cascade inflammatoire, probablement dans l’effort de l’hôte de maintenir l’homéostasie. Les résultats démontrent aussi que les cellules T sont activement recrutées par les cellules répondantes du système inné en produisant des facteurs chimiotactiques, tels que CXCL9, CXCL10, et CCL3. Plus spécifiquement, les résultats obtenus à partir des cellules isolées T CD4+ provenant des infections ex vivo ou in vivo démontrent que ces cellules participent à la production d’IFN-γ et de TNF-α ainsi que d’IL-2, suggérant un profil d’activation Th1. Les cellules isolées T CD4+ n’étaient pas des contributeurs majeurs d’IL-10. Ceci indique que cette cytokine immuno-régulatrice est principalement produite par les cellules de l’immunité innée de la rate de souris infectées. Le profil Th1 des cellules T CD4+ a été confirmé en utilisant un modèle in vitro. Nos résultats démontrent aussi que la CPS de GBS a une role immuno-modulateur dans le développement de la réponse Th1. En résumé, cette étude adresse pour la première fois, la contribution des cellules T CD4+ dans la production d’IFN-γ lors d’une infection à GBS et donc, dans le développement d’une réponse de type Th1. Ces résultats renforcent d’avantage le rôle central de cette cytokine pour un control efficace des infections causées par ce pathogène. / Group B Streptococcus (GBS) is an important agent of life-threatening invasive infections and remains the leading cause of neonatal sepsis to this day. Nine serotypes have been officially described based on capsular polysaccharide (CPS) composition. Among them, capsular type III is considered one of the most virulent and frequently associated with severe invasive diseases, such as meningitis. Although extensive research has been done on the interactions between GBS type III and various cells of the innate immune system, no information is available on the regulation of the adaptive immune response against this pathogen. In particular, the role of CD4+ T cells in the immuno-pathogenesis of the infection caused by GBS has never been assessed. In this study, three different models of murine infection were developed to evaluate activation and modulation of responding CD4+ T cells against GBS type III: ex vivo, in vivo, and in vitro. Ex vivo analysis of total splenocytes showed that GBS induces the release of type-1 pro-inflammatory cytokines. A strong IL-10 production follows this inflammatory cascade, indicating the host effort to maintain homeostasis. Results also indicate that T cells were actively recruited by responding innate immune cells via the release of chemotactic factors such as CXCL9, CXCL10, and CCL3. More specifically, results obtained from isolated CD4+ T cells from ex vivo or in vivo infections showed that they actively participate in the production of IFN-γ and TNF-α, as well as IL-2, suggesting a Th1 profile of activation. On the other hand, isolated CD4+ T cells were not main sources of IL-10. This observation suggests that this immuno-regulatory cytokine is produced mainly by cells of the spleen innate immune system of infected animals. The CD4+ Th1 cell profile was confirmed using an in vitro model of infection. Our results also suggest that the GBS CPS plays an immuno-modulatory role in the development of a Th1 response. In summary, this study addresses for this first time the contribution of CD4+ T cells in IFN-γ production during GBS infection, and thus, in the development of a Th1 response. Our data further highlight the central role of this cytokine for effective control of GBS infections.

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