Thèse doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Paris 12 : 2003. / Version électronique uniquement consultable au sein de l'Université Paris 12 (Intranet). Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. : 119 réf.

Thèse de doctorat : Immunologie : Lyon 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 109-148.

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Les infections virales peuvent demeurer latentes pendant plusieurs décennies et se réactiver pendant des périodes d’immunosuppression. Les receveurs de greffes hématopoïétiques sont particulièrement susceptibles compte tenu de l’immunosuppression importante qui est nécessaire pour prévenir le rejet ou la maladie du greffon contre l’hôte, souvent pendant des périodes prolongées. La plupart de ces infections ne peuvent pas être traitées avec des médicaments antiviraux, et lorsque c’est possible, les traitements peuvent amener de la résistance. L’injection de cellules T spécifiques contre les virus provenant de donneurs sains est un traitement efficace pour traiter ces infections virales potentiellement mortelles ou les cancers qu’elles causent. Cependant, la persistance de ces cellules est limitée en partie par la stimulation antigénique chronique qui cause l’épuisement des cellules T. En éliminant les membres de la famille de récepteurs orphelins NR4A, qui favorisent l’épuisement et limitent la différenciation en cellules mémoires durables, notre but est de rendre ces cellules transférées plus persistantes et efficaces. Nos données à ce jour montrent que l’élimination du récepteur NR4A3 n’ altère pas la différenciation mémoire ni la production de cytokines effectrices. Cependant, l’absence de NR4A3tend à amener une diminution le l’expression du marqueur d’épuisement Tim-3, ce qui suggère que l’on peut prévenir l’épuisement et ainsi améliorer les thérapies cellulaires en ciblant les membres de la famille des récepteurs NR4A. / Viral infections can lay dormant for decades only to reactivate in periods of immune suppression. Transplant recipients are particularly susceptible to these infections as they require intensive immunosuppression to prevent rejection or graft-versus-host-disease, often for the rest of their life. Most of these infections cannot be treated with currently available antiviral medications and those that do can develop resistance. Virus-specific T cells (VSTs) are a treatment that uses expanded T cells to treat these infections by infusing donor cells into patients with life-threatening viral infections and cancers. However, these cells have a limited lifespan in part due to chronic antigen stimulation causing T cell exhaustion and lack of persistence. By knocking out members of the NR4A family of orphan receptors, which favour exhaustion and limit differentiation into long-lasting memory cells, we aim to make these transferred cells more persistent and effective. NR4A3 knockout did not alter memory differentiation or effector cytokine production but did result in a trend towards decreased expression of the exhaustion marker Tim-3, which indicates that targeting members of this family may improve clinically translatable cellular therapies.

La dysfonction immunitaire des cellules T est une caractéristique de l’infection chronique par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH). Pour évaluer la dysfonction des cellules T non spécifiques au VIH, il est nécessaire d’utiliser une méthode impliquant une activation à la fois générique et médiée par le récepteur des cellules T (TCR). Nous avons créé un système de cellules présentatrices d’antigène artificielles (CPAa) modulable. Ce système se compose d’une bicouche lipidique sur des microbilles de silice (5 um) compatibles avec la cytométrie en flux. Lorsque seul l’anti-CD3 est incorporé, l’activation des cellules T est limitée. L’introduction d’agoniste anti-CD28 a considérablement augmenté l’expression des cytokines et la régulation des marqueurs induits par l’activation. La costimulation CD28 modifie le profil de réponse, favorisant préférentiellement l’expression d’IL-2 par rapport à d’autres cytokines. Le besoin de la costimulation CD28 diffère également entre les populations mémoires de cellules T, les cellules mémoires plus différenciées bénéficiant davantage du CD28. Les cellules T CD4+ et CD8+ stimulées par les CPAa chez les gens infectés par le VIH (GIV) non traités présentent des fonctions effectrices altérées et une dépendance réduite au CD28. Ces fonctions sont encrichies en TNF⍺, IFNγ et CD107a, avec une réduction d’IL-2. La thérapie antirétrovirale normalise partiellement ce profil déformé dans les cellules T CD4+ mais pas dans les cellules T CD8+. Nos résultats montrent des biais intrinsèques aux cellules T qui pourraient contribuer à la dysfonction persistante des cellules T systémiques associée à la pathogenèse du VIH. / T-cell immune dysfunction is a hallmark of chronic human immunodeficiency virus(HIV) infection. To evaluate generalized dysfunction in T cells non-specific for HIV, a method involving both a generic activation and T-cell receptor (TCR) stimulation is necessary. We created a tunable artificial antigen-presenting cell (aAPC) system. This system consists of lipid bilayers on cytometry-compatible silica microbeads (5 um). When only anti-CD3 is incorporated, T-cell activation is limited. Introducing anti-CD28 agonists significantly elevated cytokine expression and upregulation of activation-induced markers. CD28 co-stimulation modulatesthe response profile, preferentially promoting IL-2 expression relative to other cytokines. The requirement for CD28 co-stimulation also differed between T cell subsets as more differentiated memory cells benefited more from CD28. aAPCs-stimulated CD4+ and CD8+ T cells from untreated HIV-infected individuals exhibit altered effector functions and diminished CD28 dependence. These functions are skewed towards TNF⍺, IFNγ, and CD107a, with reduced IL-2. Antiretroviral therapy partially normalizes this distorted profile in CD4+ T cells but not in CD8+ T cells. Our findings show T-cell intrinsic biases that may contribute to persistent systemic T-cell dysfunction associated with HIV pathogenesis.

Les thérapies anti-tumorales se sont considérablement améliorées au cours de la dernière décennie. Toutefois, les traitements utilisés actuellement rencontrent d'importantes limitations, notamment dans le cas de cancers métastatiques, révélant l'urgence de développer de nouvelles approches. Ainsi, l'immunothérapie par transfert adoptif de cellules T représente une approche innovante particulièrement prometteuse. Son principe s'appuie sur l'injection de cellules T autologues spécifiques d'antigènes tumoraux, préalablement manipulées et amplifiées ex vivo, chez des patients rendus lymphopéniques par chimiothérapie et/ou radiothérapie. Toutefois, même si l'état lymphopénique est induit par ces 2 protocoles de conditionnements, leurs effets sur l'environnement de l'hôte ainsi que sur le devenir des cellules T greffées étaient, jusqu'à nos travaux, mal connus. Par le biais de modèles murins, nous avons pu démontrer que le devenir des cellules T diffère après transfert dans des souris irradiées ou traitées par chimiothérapie (Bu/Cy). Ainsi, après transfert dans des animaux irradiés, on observe une prolifération préférentielle des cellules T CD8, dépendante de l'IL-7, est observée alors qu'un transfert chez des souris traitées Bu/Cy se traduit par une prolifération rapide, indépendante de l'IL-7, des cellules T CD4. De plus, ces comportements sont associés à d'importantes modifications de l'environnement généré chez l'hôte. Plus spécifiquement, nous avons démontré, dans les organes lymphoïdes secondaires, que la localisation et la représentation des différentes sous-populations de cellules dendritiques présentes étaient différentiellement modulées par le type de conditionnement utilisé. Par ailleurs, l'élimination spécifique des cellules CD11c+ chez des souris traitées Bu/Cy était accompagnée d'une inhibition importante de la prolifération rapide des cellules T CD4 greffées. L'ensemble de nos travaux montrent que les traitements lymphopéniques génèrent des environnements distincts capables de moduler le devenir des cellules T greffées.Durant ma thèse, nous avons également abordé de façon originale un aspect novateur de l'environnement en étudiant le rôle potentiel des nutriments comme régulateurs métaboliques des fonctions effectrices des cellules T. La glutamine est l'acide aminé le plus abondant du plasma, pouvant contribuer aux besoins bionénergétiques et biosynthétiques des cellules T en prolifération. Nous avons démontré dans nos travaux qu'une carence en glutamine lors de l'activation de cellules T CD4 par leur TCR entrainait un délai dans l'activation de la voie mTOR, une réduction de la production intracellulaire d'ATP aux temps précoces et se traduisait par une diminution de la prolifération. De plus, ces conditions étaient associées à une augmentation de la conversion de cellules CD4 T naïves, via TGFβ, en cellules régulatrices Foxp3+ , y compris en condition de polarization Th1. Par contre, la carence en glutamine n'a pas inhibé la différenciation Th2. Les cellules T Foxp3+ ainsi générées en condition limitante de glutamine présentaient in vivo des fonctions suppressives aussi efficaces que celles des cellules régulatrices nTregs. En effet, elles ont la capacité de bloquer l'induction de la colite provoquée par la greffe de cellules T effectrices dans des souris Rag2-/- . Nos travaux démontrent ainsi que l'environnement métabolique peut être un régulateur clé de la différenciation des cellules T CD4. L'ensemble de mes travaux de thèse ont mis en évidence de nouveaux paramètres capables de potentiellement modifier la survie et la réactivité des cellules T greffées. / Anti-tumor therapies have improved significantly over the decade. However, the currently used treatments have important limitations, notably for metastatic cancers, and the development of new approaches is therefore a high priority. Adoptive T cell therapy (ACT) represents an innovative strategy that has shown much promise. This therapy is based on the infusion of tumor-specific T cells, which have been manipulated and expanded ex vivo, into patients who have been rendered lymphopenic by chemotherapy and/or irradiation. It is interesting to note that while lymphodepletion is attained by the vast majority of conditioning regimens, the effects of these protocols on the host environment and potentially, on the destiny of adoptively-transferred T cells had not been elucidated prior to the studies which we initiated. Using a murine model, we found that the fate of adoptively-transferred T cells differs markedly in mice rendered lymphopenic by sub-lethal irradiation as compared to a busulfan/cyclophosphamide (Bu/Cy) chemotherapy regimen. Irradiation-mediated lymphopenia resulted in a skewed IL-7-dependent proliferation of donor CD8+ T cells, whereas Bu/Cy treatment led to an increased IL-7-independent, rapid CD4+ T cell proliferation. These alterations in T cell proliferation were associated with striking changes in the host microenvironment. More specifically, we demonstrated that the proportion and localization of different dendritic cell (DC) subsets in lymphoid organs were differentially affected by the type of conditioning. Furthermore, we found that these DC controlled the rapid donor CD4+ T cell division detected in Bu/Cy-treated mice as depletion of CD11c+ DC inhibited this proliferation. Altogether, our studies demonstrate that lymphopenic regimens generate distinct host environments which modulate the fate of adoptively-transferred T cells. Durind my PhD, we also investigated an original and novel aspect of the microenvironement by studying the potential role of nutrients as metabolic regulators of T cell effector function. Glutamine is the most abundant amino acid in the plasma and contributes to the bioenergetic and biosynthetic requirements of proliferating T cells. Here, we demonstrated that activation of CD4+ T cells under glutamine-deprived conditions results in a delayed mTOR activation with reduced early ATP production and decreased proliferation. Moreover, these conditions resulted in the conversion of naïve CD4+ T cells into Foxp3+ regulatory T cells (Tregs). This de novo Treg differentiation occurred even under Th1-polarizing conditions and was TGFβ-dependent. Interestingly, glutamine deprivation did not inhibit Th2 differentiation. Importantly, these converted Foxp3+ T cells showed enhanced in vivo persistence and were highly suppressive, completely protecting Rag-deficient mice from the development of autoimmune inflammatory bowel disease as efficiently as natural-occuring Tregs. Thus, our data reveal the external metabolic environment to be a key regulator of a CD4 T lymphocyte's differentiation. Altogether, the data generated during my PhD provide new insights into the identification of parameters that can potentially alter the survival and reactivity of adoptively-transferred T cells.

Les réseaux de contrôle de l'expression génique sont, pour une large part, à la base des processus cellulaires physiologiques ou pathologiques. Ces contrôles dépendent des mécanismes épigénétiques impliquant la dynamique de la chromatine et permettent la transmission de programme spécifiques d'expression génique. Lors du développement des lymphocytes T, l'expression d'une chaîne TCRß à la surface des précurseurs CD4-CD8- (ou DN) induit une signalisation intercellulaire dont les effets multiples, regroupés sous le terme de "sélection beta", se traduisent par une prolifération cellulaire et la différenciation vers un stade de maturation ultérieur, CD4+CD8+ (ou DP). Ces événements s'accompagnent de changements d'expression d'un grand nombre de gènes sous l'effet d'un programme épigénétique spécifique. De nouvelles technologies comme le ChlP-on-Chip ou le ChlPSeq permettent de caractériser les profils cellulaires épigénétiques. Les données ainsi générées nécessitent pour leur analyse des approches informatiques et statistiques. Mon travail de thèse s'est articulé sur 3 axes :1) Elaborer des outils bioinformatiques dans le but d'analyser les profils épigénétiques de régions génomiques suspectées de jouer un rôle dans la différenciation entre les stades DN et DP de la différenciation des cellules T.2) Analyser de manière in silico deux régions phares de la régulation du locus TCRß3) Concevoir une pipeline d'analyse de données issues des technologies de séquençage à haut débit permettant de caractériser les interactions facteur de transcription/ADN / Gene expression regulatory networks make up, for the most part, the basis of physiological cell processes. This regulation depends on epigenetic mechanisms involving chromatin dynamics and allow propagating specific gene expression programs. during T-cell development, the expression of the surface TCRß chain in CD4- CD8- (DN) toggers intracellular signaling cascades. their multiple effects, know as "beta selection", translate as increased cell proliferation and differenciation towards the CD4+ CD8+ stage (DP). These mechanisms are supplemented by changes in expression of several genes under the effect of a specific epigenetic program. New technologies, such a ChlP-chip or ChlP-Seq, allow characterizing epigenetic cell profiles. analysis of data such generated requires computational and statistical approaches. My thesis work focused on 3 goals :1)To develop computational tools to analyse epigenetic profiles of genomic regions that are presumed to play a role in DN-DP T-cell differentiation2) To analyse txo flag regions of TCRß regulation3) To design an analysis pipeline for high-throughput sequencing technologies, in order to allow characterizing transcription factor/DNA interactions

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