La stimulation de cellules T naïves nécessite du déclenchement de la signalisation par l'intermédiaire du récepteur d'antigène de cellule T (TCR) ainsi que l'activation simultanée des récepteurs de co-stimulation. Toutefois, les cellules T CD8+ naïves peuvent proliférer de façon antigène-indépendants suite à la stimulation synergique par certaines cytokines homéostatiques (IL-7 ou IL-15) et inflammatoires (IL-6 ou IL-21). Ces cellules pré-stimulées prolifèrent même à des faibles concentrations d'antigènes ou en présence d’agonistes du TCR. Ceci leur permet de sécréter des cytokines effectrices, d'être plus spécifiques à leur antigène et d’avoir une activité cytolytique plus importante. Les mécanismes déclenchés par les cellules T CD8+ permettant une sensibilité accrue à l'antigène suite à la "pré-stimulation aux cytokines" n'ont pas encore été élucidés. Nous avons utilisé trois différents modèles de souris transgéniques portant le TCR P14, PMEL ou 8.3-NOD sur les lymphocytes T CD8+ afin d’étudier les mécanismes moléculaires suite à la pré-stimulation aux cytokines. Les cellules T CD8+ portant le TCR transgénique amorcées avec les cytokines, possèdent une augmentation globale des protéines tyrosine-phosphorylés après stimulation du TCR par rapport aux cellules naïves. Cette augmentation de la phosphorylation de la protéine tyrosine a été associée à une augmentation de l'expression de CD8, et a été moins prononcé lorsque CD8 a également été réticulés avec le TCR. Ceci suggère que l'amorçage aux cytokines peut prédisposer le TCR et CD8 à colocaliser, ce qui renforcerait la phosphorylation des chaînes du TCR par la kinase Lck associée à CD8. Les lymphocytes T CD8+ amorcées aux cytokines présentent également des quantités accrues de radeaux lipidiques plasmatiques à la membrane, qui organisent la plate-forme de signalisation du TCR au cours de la stimulation antigénique. L’amorçage aux cytokines des lymphocytes T CD8+ a également augmenté la localisation de CD45, une phosphatase qui diminue l’inhibition automatique de la Lck dans les radeaux lipidiques. Cependant, l'amorçage aux cytokines n'a pas d'incidence sur la capacité des cellules CD8+ T pour former des conjugués avec les cellules présentatrices d'antigène puisées avec des peptides apparentés. En conclusion, ces résultats suggèrent que la composition et les fonctions des radeaux lipidiques peuvent moduler la sensibilité à l'antigène via le TCR lorsque les lymphocytes T CD8+ ont été pré-stimulés aux cytokines.

Les LT CD8 mémoires constituent une population hétérogène. Une modulation des différents signaux d’activation des LT CD8 naïfs influe sur la diversité des LT CD8 effecteurs et mémoires générés. A coté des sous populations classiquement décrites de LT CD8 mémoires développés dans des conditions infectieuses, il existe une population de LT CD8 mémoires générés dans des conditions d’inflammation stérile, c’est-à-dire en absence de pathogènes et de signaux moléculaires dérivés de pathogènes : les TIM pour « T-inflammatory memory cells ». Au cours de cette thèse j’ai eu pour objectif : 1) de mieux caractériser la population de TIM 2) d’évaluer leur capacité à répondre à une activation par un pathogène viral et ainsi leur plasticité et 3) d’étudier leur recrutement au site d’une infection locale respiratoire.J’ai ainsi pu identifier de nouvelles propriétés des TIM et montrer que les TIM sont recrutés dans une réponse secondaire à un virus exprimant la même spécificité antigénique, en générant des LT CD8 mémoires secondaires aux fonctions améliorées. De plus, les LT CD8 mémoires secondaires générés présentent un avantage fonctionnel par rapport aux LT CD8 mémoires primaires dans leur capacité de production de TNF-α et de la chimiokine XCL1. Cette dernière propriété pourrait leur conférer un avantage pour la réponse à des antigènes cross présentés. J’ai par ailleurs montré la capacité des TIM à être recrutés au niveau du poumon et des voies aériennes au cours d’une infection respiratoire virale. Ces résultats montrent que les LT CD8 mémoires générés dans des conditions d’activation inflammatoires stériles peuvent prendre part au contingent de cellules immunitaires impliquées dans des réponses à des infections. Ces résultats ouvrent un champ d’investigation intéressant concernant la plasticité des LT CD8 mémoires. Ils pourraient avoir une incidence sur certaines pathologies inflammatoires, dans le cas d’une ré-activation des TIM par un virus cross réactif. / Memory CD8 T cells represent a heterogeneous population. A modulation of the activation signals during naïve CD8 T cells activation influences the diversity of the Effector and Memory CD8 T cells generated. Besides the classically described subsets of Memory CD8 T cells, generated under infectious conditions, are T inflammatory memory CD8 T cells (TIM). TIM are generated under sterile priming conditions that are devoid of pathogens and pathogen-derived danger signals.During this thesis, I had the latter objectives: 1) a better characterisation of TIM, 2) to evaluate whether they could be recruited in an immune response directed against a virus and thus investigate their plasticity, 3) to examine their recruitment to the site of a respiratory local infection.I have identified new features of TIM and shown that TIM can take part to the immune response triggered by a virus expressing their cognate antigen and further differentiate into secondary memory cells with improved functions. The secondary memory CD8 T cells they generate display a functional advantage over primary memory cells in their capacity to produce TNF-α and the XCL1 chemokine. This last result could give them an advantage against cross-presented antigen. Furthermore, I have shown that TIM cells can be recruited in lung and airways during a respiratory viral infection. These results show that memory CD8 T cells generated under sterile priming conditions can take part to the contingent of immune cells involved in responses to infection. They open an interesting field of investigation of the plasticity of memory CD8 T cells. They could have an impact in inflammatory diseases, in the case of re-activation of TIM by a cross-reactive virus.

La reconnaissance du peptide lié au complexe majeur d’histocompatibilité (pCMH) par les cellules T CD8+ et leur récepteur spécifique (TCR) est une étape cruciale dans l’établissement d’une réponse immunitaire protectrice adéquate et de longue durée. L’engagement du TCR engendre une cascade d’évènements de signalisation qui contrôle la prolifération, la différenciation et les fonctions effectrices des lymphocytes T CD8+ (LT8). Différentes études suggèrent un rôle crucial du zinc dans la biologie des LT8, particulièrement l’observation d’un influx de zinc suivant l’engagement du TCR. De plus, la multitude de transporteurs contrôlant homéostasie du zinc au sein des LT8, couplé aux multiples rôles de cet ion dans les processus cellulaires nous a amené à concentrer notre recherche sur le rôle du zinc dans les cellules T CD8+, qui à ce jour n’est que peu décrit. ZIP13, un des 14 transporteurs contrôlant l’homéostasie du zinc chez les LT8 murins, régule l’activation, la prolifération et la différenciation de ces cellules. En effet, une diminution de l’expression de ZIP13 (ZIP13-KD) en utilisant un petit ARN en épingle à cheveux (shRNA) entraîne une activation précoce exacerbée des LT8 se traduisant par une plus grande prolifération. Ceci a été démontré in vitro dans des lignées d’hybridomes CD8+, mais également chez les LT8 primaires murins (OT-I). De plus, cette hyperactivation est suivie par une perte substantielle des cellules, démontrant un rôle pour ZIP13 de régulateur positif de la survie des cellules T CD8+. L’étude d’une modulation de l’expression de ZIP13 chez les cellules primaires OT-I in vivo dans un modèle d’infection aiguë à Listeria monocytogenes souligne des rôles additionnels de ce gène dans la différenciation des populations effectrices des LT8. Les LT8 ZIP13-KD montrent un biais de différenciation vers la population de cellules effectrices précoces (EEC) au détriment des autres populations effectrices, ainsi qu’une diminution de Ly6C dans les organes lymphoïdes secondaires (SLO). Au site de l’infection, les cellules ZIP13-KD sont enrichies en précurseur de cellules T CD8+ résidentes mémoires (pré-Trm). ZIP13 joue également un rôle dans la formation de la mémoire immunologique puisque les cellules ZIP13-KD ne forment pas de cellules T CD8+ centrales mémoires (Tcm) dans les ganglions lymphatiques. Ces observations sont, corrélées avec une diminution drastique du marqueur de surface CD62L. Ceci se traduit par des cellules OT-I ZIP13-KD formant une mémoire immunologique uniquement composée LT8 effecteurs mémoires (Tem) et de LT8 résidents mémoires (Trm). Finalement, des analyses transcriptomiques des OT-I ZIP13-KD au stade effecteur de la réponse à une infection à Lm-OVA identifient des signatures de gènes associées aux LT8 épuisés et aux cellules Tc17. Nos résultats soulignent l’importance d’une régulation stricte et précise de l’homéostasie du zinc dans les cellules T CD8+ par des transporteurs spécifiques pour une réponse immunitaire adéquate. ZIP13 est le premier transporteur étudié dans le contexte d’une infection aiguë et identifié comme crucial pour la différenciation des populations effectrices ainsi que la formation de la mémoire immunitaire, ajoutant de l’importance à la régulation du zinc dans la biologie des LT8. Une connaissance précise de l’homéostasie spatiotemporelle du zinc dans les LT8 identifierait de nouveaux mécanismes de régulation de ces cellules qui pourrait mener potentiellement au développement de nouveaux outils pour des immunothérapies à base de cellules T génétiquement modifiées. / CD8+ T cell activation via the recognition of peptide-loaded major histocompatibility complex (pMHC) by the T cell receptor (TCR) is crucial for the establishment of a long lasting and protective immune response. TCR triggering induces a cascade of signaling events controlling T cell effector function and differentiation. The multitude of genes controlling zinc homeostasis in T cells, and the observation of an influx of zinc following TCR activation point towards a link between the regulation of zinc homeostasis and CD8+ T cell biology. This growing body of evidence led us to focus our research on zinc homeostasis in T cells, which remains poorly understood. With this study, we have shown that ZIP13, one of the many transporters controlling zinc homeostasis, significantly regulates T cell activation and differentiation following activation. Knockdown (KD) of ZIP13 by shRNA led to a substantial increase in early activation, both in murine CD8+ T cell lines and primary mouse OT-I cells in vitro. Subsequently, this increase in T cell activation is followed by a massive loss of these cells days after activation, highlighting an addition role for ZIP13 in T cell survival. Study of ZIP13 in primary CD8+ T cells in an in vivo acute infection model of Listeria monocytogenes highlights new roles of ZIP13 in the control of effector T cell differentiation. ZIP13-KD in CD8+ T cells alter the normal effector cell differentiation pattern; favoring the early effector cells (EEC) subset and induces a decrease in the surface marker Ly6C in secondary lymphoid organs. At the site of infection, ZIP13-KD CD8+ T cells are enriched in resident memory T cells precursor (pre-Trm). ZIP13 has also an impact on memory T cell formation, since ZIP13-KD cells are lacking the central memory population (Tcm), through the drastic decrease of the surface marker CD62L. This results in ZIP13-KD cells at the memory stage that are mostly composed of effector memory (Tem) and resident memory (Trm) cells. Finally, transcriptomic analyses of WT CD8+ T cells and ZIP13-KD CD8+ T cells at the effector stage demonstrates ZIP13’s role in driving an exhausted T cell and Tc17 cell gene expression signature. Taken together, our results point to the importance of a strict and fine-tuned regulation of zinc homeostasis in T cells through specific zinc transporters for an effective immune response. ZIP13 is the first zinc transporter reported as essential for T cell differentiation and memory formation, adding weight to the importance of zinc regulation in CD8+ immune responses. Having a clear picture of zinc homeostasis in CD8+ T cells would reveal new mechanisms regulating the activity of these cells that could potentially lead to the development of new tools for T cell-based immunotherapy.

Les interactions neuro-immunitaires entre les systèmes sensoriels et immunitaires ont été abondamment étudiées; cependant, leur rôle dans la régulation des cancers est encore mal connu. Les interactions croisées entre les cytokines, les facteurs de croissance et les neuropeptides peuvent promouvoir la progression des tumeurs. Les neuropeptides libérés par les nocicepteurs peuvent affecter la polarisation, la chimiotaxie et l'activité du système immunitaire acquis. Étant donné que les neurones sensoriels libèrent localement des neuropeptides qui modulent l'activité des lymphocytes, nous faisons l'hypothèse que les nocicepteurs sécrètent des neuropeptides qui induisent l'épuisement des cellules T CD8 et la croissance tumorale. L’épuisement des lymphocytes T CD8 est un phénomène observé dans le cadre d’infections chroniques et de cancers. Elle est définie comme une perte de la fonction effectrice des lymphocytes T CD8 (diminution de la production d'IFN-γ, de TNF-α et d'IL-2) ainsi qu'une expression élevée de récepteurs inhibiteurs tels que PD-1 (protéine 1 de mort cellulaire programmée), LAG-3 (gène 3 d'activation des lymphocytes) et TIM-3 (protéine 3 d'immunoglobuline des lymphocytes T et de contenant du domaine mucine). Nous avons utilisé le modèle murin de mélanome pour tester cette hypothèse et avons observé que les cellules malignes de cancer de la peau B16F10 interagissent avec les nocicepteurs pour promouvoir la croissance des neurites, la sensibilité aux ligands activateurs et la libération de neuropeptides. En conséquence, le peptide lié au gène de la calcitonine (CGRP), qui est libéré par les nocicepteurs, augmente directement l'épuisement des cellules T CD8 et réduit leur capacité à éliminer les cellules du mélanome. L'ablation génétique des neurones sensoriels, leur inhibition pharmacologique ou le blocage du récepteur au CGRP (RAMP1) suffisent à limiter l'épuisement des lymphocytes infiltrés dans la tumeur et la croissance tumorale. De plus, l'injection de CGRP recombinant dans des souris dépourvues de neurones sensoriels réduit l'épuisement des cellules T CD8. Les cellules T CD8 RAMP1-/- montrent aussi moins d'épuisement que leurs homologues sauvages lorsqu'elles sont co-transplantées dans des souris immunodéficientes Rag1-/- portant une tumeur. En résumé, réduire la libération de CGRP en bloquant localement les nocicepteurs associés à la tumeur limite les effets immunomodulateurs de CGRP sur les cellules T cytotoxiques CD8 et représente une stratégie d'intérêt pour protéger l'immunité antitumorale. / Neuroimmune crosstalk between the nervous and the immune systems has been widely studied; however, their modulating roles are largely unknown in cancer. Bilateral interactions of cytokines, growth factors and neuropeptides may support tumor progression. Nociceptor-released neuropeptides can affect polarization, chemotaxis and adaptive immune system activity. Since sensory neurons locally release neuropeptides that modulate the activities of lymphocytes, we hypothesized that nociceptors might secrete neuropeptides leading to CD8+ T-cell exhaustion and tumor growth. CD8 T cell exhaustion is a phenomenon observed in the context of chronic infections and cancer. It is defined as loss of effector function of CD8 T cells (decreasing the production of IFN-γ, TNF-α, and IL-2) as well as high expression of inhibitory receptors such as PD-1 (programmed cell death protein 1), LAG-3 (lymphocyte-activation gene 3), and TIM-3 (T-cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein 3). We used the mouse model of melanoma cancer to test this hypothesis and found that malignant B16F10 skin cancer cells interacted with nociceptors to expand neurite outgrowth, responsiveness to noxious ligands, and neuropeptide release. Consecutively, neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP), which is released by nociceptors, directly increased the exhaustion of cytotoxic CD8+ T cells and reduced their ability to eliminate melanoma cells. Genetic ablation of sensory neurons, local pharmacological silencing, and antagonism of the CGRP receptor (RAMP1) were all able to limit the exhaustion of tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) and tumor growth. Moreover, treatment with recombinant CGRP in sensory neuron- depleted mice reduced the exhaustion of CD8+ T cells. Compared with wild-type cells, RAMP1-/- CD8+ T cells were rescued to go under exhaustion when co-transplanted into tumor-bearing Rag1-/- deficient mice. In summary, reducing CGRP release by local silencing of tumor-associated nociceptors, limits the immunomodulatory effects of CGRP on cytotoxic CD8+ T cells and represents an ideal strategy to protect anti-tumor immunity.

Abstract : CD8 + T cells can be programmed in their naïve state with pro-inflammatory cytokines such as IL-15 and IL-21. IL-15 induces the proliferation of CD8 + T cells and allows the generation of memory cells. IL-21 programs CD8 + T cells to become more cytotoxic while retaining a memory type phenotype. In the laboratory, we studied the effect of these two cytokines in different contexts by using the mouse model MHC-I-restricted Pmel-1 transgenic TCR specific to the melanoma-derived gp10025-33 antigen, which is also expressed by normal melanocytes. First, we elucidated the effect of IL-15 on CD8 + T cells in the Pmel-1 transgenic model lacking the protein Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1). SOCS1 is a critical regulator of T cell homeostasis. We have found that these mice have CD8 + T-cells expressing surface proteins characteristic of memory T cells (CD44, Ly6C, CD122 and CD62L). However, these cells decrease the expression of the TCR and increase that of CD5, indicative of TCR activation in vivo. When stimulated in vitro, these cells displayed a highly cytotoxic phenotype but very low proliferation. Adoptive cell transfer studies in Rag1 - / - mice showed that these cells can undergo homeostatic proliferation under lymphopenic conditions. This proliferation was characterized by severe inflammatory lesions in the skin, extremities and eyes. This study demonstrates the importance of IL-15 and SOCS1 in the regulation of self-reactive cells that can be activated under lymphopenic conditions and can cause autoimmune diseases. Second, we studied the synergistic effect of IL-15 and IL-21 in native CD8+ T cells for cancer immunotherapy. We used the mouse melanoma model B16-F10 (B16) which expresses very weakly MHC-I molecules. In parallel, we studied the effect of NOD-like receptor CARD domain containing 5 (NLRC5) overexpression, the trans-activator of MHC-I genes, in B16 cells in order to increase their immunogenicity and restore anti-tumor immunity. We generated stable lines of B16 cells expressing NLRC5 (B16-5); the co-stimulatory molecule of T cells, CD80 (B16-CD80), or both (B16-5 / 80). The over-expressing NLRC5 cells positively regulated the MHC-I and LMP2, LMP7 and TAP1 genes. B16-5 cells efficiently presented gp10025-33 to CD8+ Pmel-1 T cells and induced their proliferation. This proliferation was very robust when Pmel-1 naive cells were pre-stimulated with IL-15 and IL-21 prior to activation. In the presence of CD80, B16-5 cells stimulate Pmel-1 cells even without the addition of gp100, indicating that NLRC5 facilitates the treatment and presentation of endogenous tumor antigens. During subcutaneous implantation, B16-5 cells showed a significant reduction in tumor growth in C57BL/6 hosts but not in immunodeficient hosts, indicating that tumor cells expressing NLRC5 generated an anti-tumor immunity. This response is dependent on CD8 + T cells since in mice depleted of these cells, B16-5 cells formed large subcutaneous and pulmonary tumors. Finally, immunization with irradiated B16-5 cells allowed anti-tumor protection during challenge of parental B16 cells. Collectively, our results indicate that NLRC5 could be exploited to restore tumor immunogenicity and to stimulate protective antitumor immunity. / Les cellules T CD8+ peuvent être programmées à leur état naïf avec des cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-15 et l’IL-21. IL-15 induit la prolifération de cellules T CD8+ et permet la génération de cellules T CD8+ mémoire. IL-21 programme les cellules T CD8+ à devenir plus cytotoxiques tout en conservant un phénotype de type mémoire. Dans le laboratoire, nous avons étudié l’effet de ces deux cytokines dans différent contextes en utilisant le modèle de souris transgénique Pmel-1 qui possède des récepteurs de cellules T (TCR) spécifiques envers le peptide gp10025-33, exprimé par des cellules de mélanome et aussi par des mélanocytes. Premièrement, nous avons élucidé l’effet de l’IL-15 sur les cellules T CD8+ dans le modèle transgénique Pmel-1 déficient dans la protéine Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1). SOCS1 est un régulateur critique de l’homéostasie de lymphocytes T. Nous avons trouvé que ces souris ont de cellules T CD8+ exprimant des protéines de surface caractéristique de cellules T mémoire (CD44, Ly6C, CD122 et CD62L). Cependant, ces cellules diminuent l’expression du TCR et augmentent celle de CD5, ce qui témoigne d’une activation du TCR in vivo. Lorsque stimulées in vitro, ces cellules montrent un phénotype hautement cytotoxique mais une prolifération très faible. Lorsque nous avons fait des études de transfert cellulaire adoptive dans de souris Rag1-/-, ces cellules ont proliféré de façon importante causant des lésions inflammatoires sévères dans la peau, les extrémités et les yeux. Cette étude démontre l’importance de l’IL-15 et de SOCS1 dans la régulation de cellules auto-réactives qui peuvent être activées sous des conditions lymphopéniques et qui peuvent causer de maladies auto-immunitaires. Deuxièmement, nous avons étudié l’effet synergique d’IL-15 et d’IL-21 dans les cellules T CD8+ naïves pour l’immunothérapie du cancer. Nous avons utilisé le modèle B16-F10 (B16) de mélanome de souris qui exprime très faiblement des molécules de CMH-I. En parallèle, nous avons étudié l’effet de la surexpression de NOD-like receptor CARD domain containing 5 (NLRC5), le trans-activateur de gènes de CMH-I dans les cellules B16, dans le but d’augmenter leur immunogénicité et de restaurer l’immunité anti-tumorale. Nous avons généré des lignées stables de cellules B16 exprimant NLRC5 (B16-5); la molécule co-stimulatrice de cellules T, CD80 (B16-CD80), ou les deux (B16-5 / 80). Les cellules sur-exprimant NLRC5 ont régulé positivement de manière constitutive les gènes MHC-I et LMP2, LMP7 et TAP1. Les cellules B16-5 ont efficacement présenté gp10025-33 aux cellules T CD8+ Pmel-1 et ont induit leur prolifération. Cette prolifération a été très robuste lorsque les cellules naïves Pmel-1 étaient pré-stimulées avec IL-15 et IL-21 avant leur activation. En présence de CD80, les cellules B16-5 stimulent les cellules Pmel-1 même sans l'addition de gp100, ce qui indique que NLRC5 facilite l’apprêtement et la présentation des antigènes tumoraux endogènes. Lors de l'implantation sous-cutanée, les cellules B16-5 ont montré une réduction significative de la croissance tumorale chez des hôtes C57BL/6, mais pas chez des hôtes immuno-déficients, ce qui indique que les cellules tumorales exprimant NLRC5 ont provoqué une immunité anti-tumorale. Cette réponse est dépendante de cellules T CD8+ puisque chez les souris déplétées de ces dernières, les cellules B16-5 ont formé de grandes tumeurs sous-cutanées et pulmonaires. Enfin, l'immunisation avec des cellules B16-5 irradiées a permis une protection anti-tumorale lors de la réimplantation des cellules B16 parentales. Collectivement, nos résultats indiquent que NLRC5 pourrait être exploité pour restaurer l'immunogénicité tumorale et pour stimuler l’immunité anti-tumorale protectrice.

Les chimiokines et leurs récepteurs respectifs jouent un rôle important dans l’immunité innée et adaptative. Les récepteurs de chimiokines identifient des cellules T CD4+ avec potentiel de migration dans des tissus spécifiques et à fonctionnalité distincte du point de vue de la spécificité antigénique et de la production de cytokines. L’identité de la population des cellules T CD4+ susceptibles versus résistantes à l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) reste mal définie. Le recrutement dans les muqueuses intestinales d’un excès de cellules T effectrices (CD8+) comparé aux cellules cibles (CD4+) représente un bon pronostic de l’infection par le virus de l’immunodéficience simienne (VIS), tandis que la déplétion des cellules Th17 dans les tissus lymphoïdes associés au tractus gastro-intestinal (GALT) est un marqueur de la progression de l’infection à VIH. L’effet régulateur des chimiokines sur l’activation de la réplication virale dans différentes sous-populations cellulaires T CD4+ reste peu étudié. Ce projet de maîtrise est divisé en 3 parties: (1) l’identification des récepteurs de chimiokines CCR4, CXCR3 et CCR6 comme marqueurs de surfaces des sous populations T CD4+ avec susceptibilité distincte à l’infection par le VIH; (2) la caractérisation phénotypique et fonctionnelle des cellules T CD4+ et T CD8+ spécifiques au VIH de sujets à progression lente vers le stade sida (LTNP); et (3) les effets des chimiokines ligands de CCR4, CXCR3 et CCR6 sur l’activation cellulaire et la réplication virale in vitro. Nos résultats démontrent que les cellules T CD4+ CCR4+CCR6+ (profile cytokinique Th17) et CXCR3+CCR6+ (profile cytokinique Th1/Th17) sont hautement permissives à l’infection par le VIH. Nous proposons également de nouveaux corrélats de protection immunitaire contre le VIH chez les sujets LTNP: (i) le potentiel de co-localisation dans les muqueuses intestinales des cellules T CD4+ et CD8+ spécifiques au VIH via l’intégrine β7, (ii) le ratio élevé entre les cellules T effectrices (CD8+) versus les cellules cibles (CD4+) spécifiques au VIH, (iii) le profil cytokinique Th17 et (iv) la capacité des cellules T CD4+ et CD8+ spécifiques au VIH à produire des ligands de CCR5 bloquant l’entrée virale. Finalement, nos résultats sur l’effet co-stimulateur des chimiokines sur les cellules T et leurs effets opposés sur la réplication virale démontrent l’implication du réseau des chimiokines dans la régulation de la pathogenèse de l’infection à VIH. / The chemokines and their counter receptors play an important role in regulating innate and adaptive immunity. The chemokine receptors serve as markers for distinct CD4+ T cell subsets with specific tissue homing potential, antigenic specificity, and polarization profile. There is limited knowledge on the identity of primary CD4+ T cell subsets selectively targeted by human immunodeficiency virus (HIV) infection. The recruitment in the intestinal mucosa of excess effector (CD8+ T) versus target (CD4+ T) cells predicts a good outcome for the simian immunodeficiency virus (SIV) infection, while the depletion of Th17 cells in the gut-associated lymphoid tissues (GALT) represents a marker for HIV disease progression. The regulatory role of chemokines on cellular activation and on HIV replication in different CD4+ T cell subsets remains poorly investigated. This M.Sc. project is dived in 3 parts: (1) the identification of chemokine receptors CCR4, CXCR3 and CCR6 as surface markers of CD4+ T cell subsets, with susceptibility to HIV replication (2); the phenotypic and functional characterization of HIV-specific CD4+ and CD8+ T cells in HIV-infected long-term-non progressor (LTNP) individuals and (3) the effect of chemokine ligands of CCR4, CXCR3 and CCR6 on cellular activation and viral replication in vitro. Our results reveal that CD4+ CCR4+CCR6+ T (Th17 cytokine profile) and CD4+ CXCR3+CCR6+ (Th1/Th17 cytokine profile) T cells are highly permissive to HIV replication. Also, our results suggest new correlates of immune protection against HIV in LTNP subjects: (i) the co-localization potential of HIV-specific CD4+ and CD8+ T cells in the intestinal mucosa via the integrin β7, (ii) the high ratio between effector (CD8+) versus target (CD4+) T cells, (iii) the Th17 cytokine profile and (iv) the ability of HIV-specific CD4+ and CD8+ T cells to produce CCR5 ligands blocking viral entry. Finally, our results on the co-stimulatory effect of chemokines on T cell activation and their opposite impact on HIV replication in CD4+ T cells demonstrate the role played by the chemokine network during HIV pathogenesis.

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.

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.

Dans les conditions physiologiques des robustes mécanismes immunologiques empêchent le développement des réponses exagérées aux antigènes alimentaires. En revanche, dans le cas de maladie céliaque, qui affecte environ 1% de la population occidentale, l’exposition au gluten alimentaire d’individus génétiquement prédisposés HLA-DQ2.5/DQ8 provoque l’entéropathie chronique de l’intestin grêle. Les études précédentes chez l’homme ont établi le rôle crucial de la réponse cellulaire T CD4+ restreinte par HLA-DQ2.5/DQ8 et spécifique du gluten. La réponse T CD4+ est nécessaire mais cependant insuffisante pour induire des lésions tissulaires. D’autres études ont suggéré le rôle de l’interleukine 15 (IL-15). Ainsi, l’IL-15 surexprimée dans la muqueuse des patients céliaques peut interférer avec les mécanismes d’immunorégulation et stimuler l’activation des lymphocytes intraépithéliaux T CD8+ cytotoxiques probablement induisant des lésions épithéliales. Comment les cellules T CD4+ spécifiques du gluten et l’IL-15 interagissent pour activer les lymphocytes intraépithéliaux T CD8+ et induisent des lésions n’a pas été toutefois établi. Pour répondre à cette question, nous avons créé un modèle murin basé en croisant des souris OTII possédant des cellules T CD4+ spécifiques de l’antigène modèle, ovalbumine, avec les souris transgéniques hétérozygotes surexprimant une forme secrétée de l’IL-15 humaine dans l’épithélium intestinale (souris hIL-15Tge). Les souris obtenues OTII+/- B6 and OTII+/- hIL-15Tge+/- ont été mises au régime riche en ovalbumine depuis la période prénatale jusqu’à l’âge de 3 mois. Les souris OTII+/- hIL-15Tge+/-, contrairement aux souris OTII+/- B6, exposées de façon chronique à l’ovalbumine ont développé un retard de croissance et une atrophie villositaire associée à l’expansion des cellules intestinales T CD8+ cytotoxiques, comme dans la maladie céliaque. En outre, nous avons démontré que l’IL-15 altérait l’immunorégulation par les cellules T FoxpP3+ et coopérait avec l’IL-2, produite par les cellules T CD4+ activées par l’OVA, pour l’expansion des cellules T CD8+ non-spécifiques de l’OVA. Nous suggérons que le scénario similaire pourrait opérer dans la maladie céliaque. Au cours de cette étude, j’ai observé que la surexpression chronique de l’IL-15 était associée avec l’expansion de cellules dendritiques CD103+CD11c+CD11b-. Dans la partie de résultats supplémentaires, j’ai démontré que cet effet dépend de la production de la cytokine GM-CSF secrétée par les cellules Natural Killer (NK) activées par l’IL-15 et que ces cellules dendritiques étaient enrichies en cellules CD103+ ayant une capacité accrue de cross-présentation in vitro. Ces derniers résultats illustrent comment l’IL-15 peut moduler les réponses immunes adaptatives en orchestrant la coopération entre les cellules NK et les phagocytes mononucléaires. / In physiological conditions, robust immunological mechanisms avoid adverse responses to food antigens. In contrast, in celiac disease that affects about 1% of Western populations, exposure to dietary gluten of genetically predisposed HLA-DQ2.5/ DQ8 individuals triggers a chronic small intestinal enteropathy. Previous studies in humans have established the crucial role of HLA-DQ2/DQ8 restricted gluten-specific intestinal CD4 T cell response. This CD4 T cell response is necessary but is however not sufficient to induce tissue damage. Other studies have pointed to the role of interleukin 15 (IL-15). Thus, IL-15 over-expressed in the mucosa of celiac patients can interfere with immunoregulatory mechanisms and stimulate the activation of cytotoxic CD8 T intraepithelial lymphocytes, thought to induce epithelial lesions. Whether and how gluten-specific CD4 T cells and IL-15 interact to activate CD8 T intraepithelial lymphocytes and to drive intestinal tissue damage has not been however established. To address this question, we have set up a mouse model based on the breeding of OTII mice possessing CD4 T cells specific of a model antigen, ovalbumin, with heterozygous transgenic mice overexpressing a secreted form of human IL-15 in intestinal epithelium (hIL-15Tge mice). Resulting OTII+/- B6 and OTII+/- hIL-15Tge+/- mice were exposed to dietary ovalbumin from the prenatal period until 3 months of age. Upon chronic exposure to ovalbumin, OTII+/- hIL-15Tge+ mice, contrary to their OTII+/- B6 littermates, developed growth retardation, and villous atrophy associated with expansion of intestinal cytotoxic CD8 T cells, as in celiac disease. Moreover, we showed that IL-15 impaired immunoregulation by FoxP3+ T cells and cooperated with IL-2 produced by OVA-activated CD4 T cells to stimulate the expansion of non-cognate cytotoxic CD8 T cells. We suggest that a comparable scenario can operate in celiac disease. During this study, I observed that chronic overexpression of IL-15 was associated with an expansion of CD103+CD11c+CD11b- mononuclear cells. In the Supplementary results, I have shown that this effect depends on the production of GM-CSF secreted by IL-15-activated NK cells and that CD11c+ DCs differentiated in mice overexpressing IL-15 were enriched in CD103+ cells and displayed enhanced cross-presentation abilities in vitro. The latter results illustrate how IL-15, by orchestrating a crosstalk between NK cells and mononuclear phagocytes, can modulate adaptive immune responses.

La maladie cœliaque est une entéropathie inflammatoire chronique se développant chez des individus génétiquement prédisposés par l’expression des haplotypes HLA-DQ2 ou HLA-DQ8 et survenant suite à la consommation de gluten. Elle se caractérise par le développement d’une atrophie des villosités de la muqueuse intestinale débouchant sur un syndrome de malabsorption alimentaire. La seule thérapie actuelle est le suivi d’une diète sans gluten mais cette éviction totale du gluten n’est pas toujours efficace et est lourde en concessions. Il est par conséquent urgent de développer des thérapies alternatives mais ce domaine constitue un pipeline évoluant lentement, notamment suite à l’absence d’un modèle animal pertinent et complet sur le plan physiologique. L’objectif de cette thèse doctorale est de répondre à ce besoin crucial en développant un modèle murin capable de récapituler les caractéristiques de la maladie. Le chapitre 1 dresse le portrait de la maladie en quatre parties amenant progressivement le lecteur dans les détails de sa pathogenèse. Cette introduction débute par un rappel sur la physiologie et l’immunité intestinale puis elle définit la face clinique de la maladie. Ensuite, le lecteur évolue dans une partie plus détaillée de la pathogenèse aidant au discernement de ses acteurs cellulaires et moléculaires. Finalement, elle se termine par une revue de la littérature sur les actuels modèles animaux. Le chapitre 2 brossent les objectifs de la thèse sur base de données clés de la littérature, notamment, les patients présentent au minimum une copie de l’halplotype HLA-DQ2 ou HLA-DQ8 et plus des deux-tiers sur-expriment la cytokine pro-inflammatoire interleukine-15 au niveau de leur muqueuse intestinale. Il est donc raisonnable de penser qu’ensemble, le gluten, l’haplotype HLA et l’interleukine-15 contribuent activement à la pathogenèse. Bien que soupçonnés, leurs rôles et interactions nécessitent l’apport de preuves tangibles in vivo. Le chapitre 3 détaille ainsi ces interactions démontrées à l’aide du développement de notre nouveau modèle murin. Ce dernier est caractérisé par la surexpression de l’interleukine-15 dans l’épithélium et dans la lamina propria intestinale et par l’expression de l’haplotype HLA-DQ8. Ce travail démontre que l’exposition de cette souris au gluten s’accompagne d’une atrophie villositaire et de la signature complète de la maladie, tant sur le plan sérologique, cellulaire que transcriptionnel. Nous démontrons que la surexpression simultanée de l’interleukine-15 dans les deux compartiments de la muqueuse intestinale que sont la lamina propria et l’épithélium est une condition sine qua non au développement de l’atrophie. Aussi, cette étude permet de mettre en lumière la nécessité des cellules T CD4+ et de l’interféron-gamma dans l’activation des lymphocytes intraépithéliaux et le développement de l’atrophie. Finalement, cette recherche établit le rôle central joué par l’haplotype HLA-DQ8 et par l’enzyme transglutaminase II tissulaire dans la survenue de ces lésions. De manière générale, les résultats issus de ce modèle et présentés au chapitre 3 reflètent toute la complexité des interactions entre le gluten, la génétique et l’IL-15 dans le développement de la maladie cœliaque. Enfin, le chapitre 4 apporte une conclusion à ce travail et le chapitre 5 discute des futures directions envisagées pour ce modèle préclinique. Ce dernier va sans doute contribuer à une meilleure compréhension de la maladie cœliaque et permettre l’identification de potentielles cibles thérapeutiques. / Coeliac disease is a chronic inflammatory enteropathy characterized by autoimmune features. This disease occurs in genetically predisposed individuals expressing HLA-DQ2 or HLA-DQ8 haplotypes and is triggered following gluten consumption. The disease is characterized by the development of intestinal villous atrophy leading to malabsorption. The only current therapy is the adherence to a gluten-free diet, but the diet is not always effective and is heavy in concessions. Therefore, the development of alternative therapies is urgent but is a slowly evolving pipeline, mainly due to the absence of a physiologically relevant animal model. The aim of this thesis is to answer this unmet need by developing an animal model capable of recapitulating the main characteristics of the disease. Chapter 1 depicts a portrait of the disease in four points, gradually leading the reader into the details of its pathogenesis. This introduction begins with a review of the physiology and intestinal immunity and then draws a clinical portrait of the disease. Third, the reader evolves in a more detailed part of the pathogenesis helping him to discern its cellular and molecular actors. Finally, the introduction ends with a review of the literature on current animal models. Chapter 2 outlines the thesis objectives based on key data from the literature, in particular, patients present at least one copy of the HLA-DQ2 or HLA-DQ8 haplotype and more than two-thirds over-express the proinflammatory cytokine interleukin-15 at the level of their intestinal mucosa. It is therefore reasonable to hypothesize that gluten, HLA haplotype and interleukin-15 together contribute to the pathogenesis. Although suspected, their roles and interactions still require the provision of tangible evidence in vivo. Chapter 3 details these interactions based on the proposed new mouse model. This model is characterized by the overexpression of interleukin-15 in the intestinal epithelium and lamina propria and by the expression of the HLA-DQ8 haplotype. This work demonstrates that the exposure of this mouse to gluten is accompanied by villous atrophy and the complete serological, cellular and transcriptional signature of the disease. We also demonstrate that simultaneous overexpression of interleukin-15 in both mucosal compartments is a prerequisite for the development of atrophy. This study also highlights the need for CD4+ T cells and interferon-gamma in the activation of intraepithelial lymphocytes and the development of villous atrophy. Finally, this research establishes the central role played by the HLA-DQ8 haplotype and the enzyme tissue transglutaminase II in the occurrence of these lesions. In general, the results from this model presented in Chapter 3 reflects the complexity of the interactions between gluten, genetics and IL-15 in the development of coeliac disease. Finally, chapter 4 concludes this work and chapter 5 discusses future directions for this powerful preclinical model that will undoubtedly contribute to a better understanding of coeliac disease and will allow the identification of new potential therapeutic targets.