(1) Background: Canine distemper virus (CDV)-induced demyelinating leukoencephalitis (CDV-DL) in dogs and Theiler’s murine encephalomyelitis (TME) virus (TMEV)-induced demyelinating leukomyelitis (TMEV-DL) are virus-induced demyelinating conditions mimicking Multiple Sclerosis (MS). Reactive oxygen species (ROS) can induce the degradation of lipids and nucleic acids to characteristic metabolites such as oxidized lipids, malondialdehyde, and 8-hydroxyguanosine. The hypothesis of this study is that ROS are key eector molecules in the pathogenesis of myelin membrane breakdown in CDV-DL and TMEV-DL. (2) Methods: ROS metabolites and antioxidative enzymes were assessed using immunofluorescence in cerebellar lesions of naturally CDV-infected dogs and spinal cord tissue of TMEV-infected mice. The transcription of selected genes involved in ROS generation and detoxification was analyzed using gene-expression microarrays in CDV-DL and TMEV-DL. (3) Results: Immunofluorescence revealed increased amounts of oxidized lipids, malondialdehyde, and 8-hydroxyguanosine in CDV-DL while TMEV-infected mice did not reveal marked changes. In contrast, microarray-analysis showed an upregulated gene expression associated with ROS generation in both diseases. (4) Conclusion: In summary, the present study demonstrates a similar upregulation of gene-expression of ROS generation in CDV-DL and TMEV-DL. However, immunofluorescence revealed increased accumulation of ROS metabolites exclusively in CDV-DL. These results suggest dierences in the pathogenesis of demyelination in these two animal models.

L'encéphalomyélite myalgique (EM), communément appelée syndrome de fatigue chronique (SFC), est une maladie chronique complexe, impliquant divers facteurs biochimiques, métaboliques, génétiques et épigénétiques dans sa pathogenèse. L'EM se caractérise par une fatigue persistante et débilitante, un malaise post-effort (PEM), des douleurs, des troubles du sommeil, des troubles cognitifs et d'autres symptômes. L'EM constitue un problème de santé important, compte tenu de sa prévalence dans la population générale. Cependant, notre compréhension des origines de l’EM reste limitée; son diagnostic est difficile et il n’existe aucun traitement curatif définitif ni de biomarqueur officiellement approuvé. Les approches de prise en charge actuelles visent principalement à soulager les symptômes, soulignant le besoin urgent de mieux comprendre ses causes sous-jacentes. Le développement de l’EM est reconnu comme une confluence de prédispositions génétiques et d’expositions environnementales, compte tenu de l’hétérogénéité clinique de cette pathologie. Ces dernières années, de nombreuses voies étiologiques ont été suggérées, notamment un développement post-infectieux de l’EM, qui reste l’une des principales hypothèses. L'implication de mécanismes épigénétiques, principalement la méthylation de l'ADN, un régulateur bien documenté de l'expression des gènes, est également apparu comme un acteur essentiel dans la pathogenèse de l'EM. Il est intéressant de noter, et avec une note d’inquiétude, que près de deux ans après la pandémie de SRAS-CoV-2 à l’origine du COVID-19, une cohorte croissante d’individus auparavant en bonne santé souffre du Long COVID (LC), une manifestation de symptômes persistants provenant de l’infection initiale. Il est remarquable de constater qu’il existe un chevauchement évident entre les présentations cliniques de l’EM et de la LC. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ce chevauchement restent encore à élucider. Dans le cadre de cette thèse, je me suis intéressée dans un premier temps à identifier les changements épigénétiques associés à l'EM à partir de la salive. Le choix d’utiliser la salive représente une approche non-invasive et découle également du fait que des études précédentes ont mis en évidence que les profils de méthylation de l’ADN obtenu des cellules buccales présentes dans la salive étaient assez similaires aux profiles observés au niveau du cerveau et des muscles (des tissus difficilement accessibles mais pourtant atteints dans l’EM) comparativement aux cellules mononuclées du sang périphériques (PBMCs). Cette approche pourrait aider à établir une signature épigénétique susceptible de combler le fossé conceptuel entre la génétique et l'influence environnementale dans la pathogenèse de l'EM. En effet, les sites CpG/gènes identifiés avec une méthylation différentielle pourraient être impliqués dans des mécanismes physiopathologiques associés au développement et/ou à la gravité de l'EM. Après correction de Bonferroni, mes travaux ont révélé un seul site CpG, "cg19803194", différentiellement méthylé chez les patients atteints d'EM par rapport aux sujets sains appariés pour l’âge. Ce site CpG est situé dans le corps du gène PTPRN2 codant pour la tyrosine phosphatase receptor type N2. De plus, le gène PTPRN2 contient un microARN intronique, le miR-153-3p (miR-153-2), qui est corégulé avec son gène hôte. En raison des défis éthiques et logistiques liés à l'accès aux tissus cérébraux ou musculaires, nous avons mesuré les niveaux circulants en miR-153-3p dans le plasma comme mesure de substitution pour évaluer les fluctuations de l'expression de PTPRN2. Nous avons donc analysé ce miARN comme un proxy prometteur pour mieux comprendre la dynamique d’expression de PTPRN2. Notre stratification des patients atteints d'EM basée sur les niveaux de méthylation de l'ADN cg19803194 (hypo vs hyper) a révélé qu'une réduction des niveaux circulants du miR-153-3p a été observée dans le groupe hypo-méthylé, ce qui concorde avec de précédentes études montrant que l'hypométhylation au niveau du corps des gènes, entraine habituellement une diminution de leur transcription. Cependant, l’intrigue a été amplifiée par un schéma contre-intuitif observé chez un sous-ensemble de patients. Cette découverte inattendue, nous a incité à découvrir un mécanisme alternatif régissant la régulation des niveaux de miR-153-3p en circulation, qui implique de manière complexe une interaction dynamique des niveaux nucléaires de PHB2 (Prohibitine 2) dans le contrôle de la maturation de certains miARN dont le miR-153-3p. La LC est un trouble complexe avec des symptômes prolongés et hétérogènes qui s’apparentent avec l’EM. Dans le cadre de ma seconde étude, nous avons utilisé une manoeuvre de provocation standardisée pour induire un malaise post-effort (PEM), ce qui nous a permis de stratifier les patients LC en deux groupes : LC1 (sévère) et LC2 (léger à modéré) en fonction de la gravité du PEM. Les patients LC1 présentaient des scores de gravité de la maladie significativement plus élevés et des scores neurocognitifs plus mauvais que les patients classés dans le groupe LC2. Ceci était étroitement lié aux scores PEM élevés chez les patients LC1 et aux scores PEM réduits chez les patients LC2. Nous avons également utilisé le profilage de la méthylation de l'ADN des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) pour étudier les changements dans la méthylation de l'ADN associés aux symptômes de la LC (n = 24) par rapport aux participants ayant eu la COVID-19, suivie d’une rémission complète (SC pour Short COVID en anglais) (n = 4). Il est intéressant de noter que nous avons identifié des altérations de plusieurs gènes impliqués dans le dysfonctionnement neurocognitif et le changement de la réponse immunitaire liés à la persistance des symptômes de la LC. En outre, dans le cadre de ma troisième étude, nous avons effectué une analyse complète de la méthylation de l'ADN à l'échelle du génome, à partir d'échantillons de salive provenant du même groupe de patients LC (n=24) LC, de 4 participants SC et de 13 témoins sains (HC) pré-pandémiques. Nous avons étudié les signatures épigénétiques associées à la LC. Nous avons constaté que les patients LC présentaient une hypométhylation significative de trois gènes communs, MEST, DDR1 et LRP1, par rapport aux participants SC et HC. Ces gènes sont impliqués dans la cascade de l’inflammation, l’altération de la réponse immunitaire et des maladies neurologiques. Nous avons également signalé des altérations de la méthylation de LGR6, ZFAND2A et TDG dans les PBMCs et la salive chez les mêmes individus associés à la sévérité de la LC. Plus précisément, nous avons constaté une hypométhylation au niveau des gènes LGR6 et ZFAND2A et une hyperméthylation au niveau du gène TDG dans les cas graves (groupe LC1) par rapport aux cas légers à modérés (groupe LC2). Cette convergence de profils entre la salive et les PBMCs souligne l'importance de LGR6, ZFAND2A et TDG dans la gravité des LC. L’ensemble des résultats obtenus dans le cadre de cette thèse apporte un éclairage nouveau et pertinent sur les mécanismes épigénétiques qui sous-tendent l’EM et la COVID longue. Les nouvelles connaissances présentées dans les trois manuscrits ci-joints devraient nous permettre de mieux comprendre l’EM et la COVID longue, de développer de futures stratégies diagnostiques, thérapeutiques et préventives, mais également de mieux gérer les effets à long terme de ces conditions. En effet, les altération épigénétiques identifiées dans ces deux contextes pathologiques, plus précisément au niveau de la méthylation de l’ADN, pourraient être impliquées dans la sévérité et la persistance des symptômes de ces pathologies complexes, distinctes et présentant tout de même des similitudes. / Myalgic encephalomyelitis (ME), also known as chronic fatigue syndrome (CFS), is a complex chronic disease involving various biochemical, metabolic, genetic, and epigenetic factors. Patients with ME experience persistent and debilitating fatigue, post-exertional malaise (PEM), pain, sleep disturbances, cognitive impairment, and other symptoms. ME is a significant health problem, with an estimated prevalence of 0.2% to 0.5% in the general population. However, our understanding of the origins of ME remains limited; its diagnosis is complex, and there is no definitive cure or officially approved biomarker. Current management approaches focus primarily on relieving symptoms, highlighting the urgent need to understand its underlying causes better. The development of ME is thought to be a confluence of genetic predispositions and environmental exposures. In recent years, many etiological pathways have been suggested, including a post-infectious development of ME, which remains one of the main hypotheses. The involvement of epigenetic mechanisms, primarily DNA methylation, a well-documented regulator of gene expression, has also emerged as a critical player in the pathogenesis of ME. Interestingly, and with a note of concern, nearly two years after the SARS-CoV-2 pandemic that caused COVID-19, a growing cohort of previously healthy individuals suffer from Long COVID (LC), a manifestation of persistent symptoms from the initial infection. Remarkably, there is a clear overlap between the clinical presentations of ME and LC. However, the mechanisms underlying this overlap remain to be elucidated. This thesis investigated the epigenetic mechanisms underlying ME and LC. As part of this thesis, I was initially interested in identifying the epigenetic changes associated with ME from saliva. Saliva is a non-invasive sample that can be easily collected, and previous studies have shown that the DNA methylation profiles obtained from buccal cells present in saliva are similar to those observed in the brain and muscles. This suggests that saliva could be used as a proxy for these tissues, which are difficult to access but are thought to be involved in the pathogenesis of ME. I used Bonferroni's correction to identify a single CpG site, "cg19803194", differentially methylated in ME patients compared to age-matched healthy subjects. This CpG site is located in the body of the PTPRN2 gene, which encodes the tyrosine phosphatase receptor type N2. The PTPRN2 gene also contains an intronic microRNA, miR-153-3p (miR-153-2), which is co-regulated with its host gene. Due to ethical and logistical challenges, I measured circulating levels of miR-153-3p in plasma as a surrogate measure to assess fluctuations in PTPRN2 expression. This miRNA is a promising proxy for understanding the expression dynamics of PTPRN2 because it is located in the same gene and is co-regulated with it. My stratification of ME patients based on cg19803194 DNA methylation levels (hypo vs hyper) revealed that a reduction in circulating levels of miR-153-3p was observed in the hypo-methylated group. These findings agree with previous studies showing that hypomethylation in the body of genes usually decreases their transcription. However, a counterintuitive pattern was observed in a subset of patients. This unexpected finding prompted me to discover an alternative mechanism governing the regulation of circulating miR-153-3p levels. This mechanism involves a dynamic interaction of nuclear PHB2 (Prohibitin 2) levels in controlling the maturation of certain miRNAs, including miR-153-3p. LC is a complex disorder with prolonged and heterogeneous symptoms that resemble myalgic encephalomyelitis (ME). In my second study, we used a standardized provocative maneuver to induce post-exertional sickness (PEM), which allowed us to stratify LC patients into two groups: LC1 (severe) and LC2 (mild to moderate), depending on the severity of the PEM. LC1 patients had significantly higher disease severity scores and worse neurocognitive scores than patients classified in the LC2 group. This was closely related to high PEM scores in LC1 patients and reduced PEM scores in LC2 patients. We also used peripheral blood mononuclear cell (PBMC) DNA methylation profiling to investigate changes in DNA methylation associated with LC symptoms (n=24) compared to participants who had COVID followed by complete remission Short COVID (SC) (n = 4). Interestingly, we identified alterations in several genes implicated in neurocognitive dysfunction and changes in immune response related to the persistence of LC symptoms. In my third study, we also performed a comprehensive genome-wide DNA methylation analysis of saliva samples from the same group of LC patients (n=24), 4 SC participants, and 13 pre-pandemic healthy controls (HC). We studied the epigenetic signatures associated with LC. We found that LC patients showed significant hypomethylation of three common genes, MEST, DDR1, and LRP1, compared to SC and HC participants. These genes are involved in the cascade of inflammation, impaired immune response, and neurological disease. We also reported LGR6, ZFAND2A, and TDG methylation alterations in PBMCs and saliva in the same individuals associated with CL severity. Specifically, we found hypomethylation at the LGR6 and ZFAND2A genes and hypermethylation at the TDG gene in severe cases (LC1 group) compared to mild to moderate cases (LC2 group). This convergence of profiles between saliva and PBMCs highlights the importance of LGR6, ZFAND2A, and TDG in the severity of CL. All the results obtained in this thesis shed new and relevant light on the epigenetic mechanisms underlying ME and LC. The new knowledge in the three attached manuscripts allowed us to understand ME and LC better, develop future diagnostic, therapeutic, and preventive strategies, and better manage these conditions' long-term effects. Epigenetic alterations, more precisely at the level of DNA methylation, have been identified in both ME and long-term COVID. These alterations could be involved in the severity and persistence of the symptoms of these complex pathologies, which are distinct but share some similarities. The findings of this thesis suggest that epigenetics could be a promising target for developing new treatments for ME and long-term COVID. Further research is needed to confirm these findings and to develop effective therapeutic interventions.

Un nombre alarmant de personnes signalent une maladie persistante appelée COVID longue après leur infection par le virus SRAS-CoV-2. Il y a 650 million de cas de COVID-19 dans le monde, dont 10% de ces personnes développent des symptômes persistants. Parmi les symptômes observés, on remarque une fatigue profonde, de la myalgie, des troubles cognitifs, etc. Ces symptômes sont étonnamment similaires à ceux de l'encéphalomyélite myalgique (EM), une maladie chronique débilitante. L’EM est une maladie complexe souvent caractérisée par une fatigue profonde et le malaise après-effort. Environ 70% des patients atteints d'EM décrivent des épisodes d'infections virales comme élément déclencheur. Une autre maladie qui partage des symptômes similaires à l’EM est la fibromyalgie (FM). La FM est une autre maladie chronique et débilitante qui se caractérise par une douleur musculosquelettique et une sensibilisation centrale. Il n’existe toujours pas de traitement ni de test diagnostic à ce jour. Auparavant, nous avons découvert et validé onze microARN en tant que premier panel diagnostic pour l'EM et la FM. La majorité de ces petits ARN non codants participent à la régulation de gène, l'immunité et l'inflammation. Ce projet consiste à déterminer les trajectoires cliniques des personnes atteintes de la COVID longue à l’aide d’un nouveau test pronostic constitué de 11 miARN circulants permettant de différencier les diverses séquelles de la COVID longue. Par la suite, une recherche pan-génomique a permis d’établir une signature moléculaire plus précise pour chacun des six sous-groupes COVID longue. Nous proposons que les effets du virus SRAS-CoV-2 sur les microARN de l'hôte pourraient déclencher la persistance des symptômes de la COVID longue et que l’expression différentielle de certains microARN puissent contribuer au développement de différentes séquelles à long terme. Nous avons recruté des participants âgés de plus de 18 ans ayant été infectés par le virus SRAS- CoV-2, non-hospitalisés et présentant une COVID longue de plus de six mois et des sujets sains (groupe pré-pandemie) n’ayant pas reportés d’infection. L’analyse des symptômes a été réalisée à l’aide de trois questionnaires (SF-36, MFI-20, DSQ) complétés par tous les participants. Les niveaux d’expression de 11 microARN, précédemment identifiée dans l’EM, ont été mesurés par RT-qPCR dans des échantillons de plasma et la détermination des différentes trajectoires associées à des séquelles à long terme a été réalisée par analyse des composantes principales et validée par Random Forest Model (RFM). En stratifiant les patients selon leur signature de 11 miARN, nous avons évalué l’expression globale des 2549 miARN pour chaque séquelle et identifié de nouveaux miRNA spécifiques pour chacun des groupes à l’aide de la technologie microRNA array Agilent, une biopuce de la société Agilent. Nos données préliminaires nous ont permis d’identifier une signature moléculaire spécifique à chacune des séquelles de la COVID longue. Ces résultats nous permettrons de développer un nouveau test diagnostic basé sur les miRNA afin de prédire les conséquences à la suite de l’infection par le virus SRAS-CoV-2. / An alarming number of people are reporting a persistent illness called long COVID after their infection with the SARS-CoV-2 virus. There are an estimated 650 million cases of COVID-19 worldwide, with 10% of these people developing persistent symptoms. Among the symptoms observed, we notice profound fatigue, myalgia, cognitive disorders, etc. These symptoms are strikingly similar to those of myalgic encephalomyelitis (ME), a debilitating chronic disease. ME is a complex disease often characterized by profound fatigue and post-exertional malaise. Approximately 70% of ME patients describe episodes of viral infections as a trigger. Another disease that shares similar symptoms to ME is fibromyalgia (FM). FM is another chronic and debilitating disease that is characterized by musculoskeletal pain and central sensitization. There is still no treatment or diagnostic test to date. Previously, we discovered and validated eleven microRNAs as the first diagnostic panel for ME. Most of these small non-coding RNAs participate in gene regulation, immunity and inflammation. The objective of this project was to build a new diagnostic test to differentiate the various after-effects of long COVID using miRNAs. This project consists of determining the clinical trajectories of people with long COVID using a new prognostic test made up of 11 circulating miRNAs making it possible to differentiate the various after-effects of long COVID. Subsequently, a pan-genomic search made it possible to establish a more precise molecular signature for each of the six long COVID subgroups. We recruited participants aged over 18 years who had been infected with the SARS-CoV-2 virus, who were not hospitalized and had symptoms of long COVID for more than six months and healthy subjects (pre-pandemic group) who had not reported infection. The analysis of symptoms was carried out using three questionnaires (SF-36, MFI-20, DSQ) completed by all participants. The expression levels of 11 microRNAs previously identified in EM, from plasma samples were measured by RT-qPCR and the determination of the different trajectories associated with long-term sequelae was carried out by principal component analysis (PCA) and validated by Random Forest Model (RFM). By stratifying patients according to their signature of 11 miRNAs, we evaluated the overall expression of the 2549 miRNAs for each sequelae and identified new miRNAs specific for each of the groups using the Agilent microRNA array technology, a biochip from the company Agilent. Our preliminary data allowed us to identify a molecular signature specific to each of the after-effects of long COVID. These results will allow us to develop a new diagnostic test based on miRNAs in order to predict the consequences following infection by SARS-CoV-2 viruses.

Das Proteasom ist das zentrale proteolytische System in eukaryontischen Zellen, welches die Mehrzahl der intrazellulären Proteine abbaut. Da viele essentielle Prozesse in der Zelle proteolytisch reguliert werden, besitzt das Proteasom eine außerordentliche biologische Bedeutung. Die Erforschung des Proteasoms im ZNS steht erst am Anfang, dennoch zeigen zahlreiche Untersuchungen, dass Inhibition bzw. Störung des Ubiquitin-Proteasom-Systems mit vielen neurologischen oder neurodegenerativen Erkrankungen einhergeht. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit nach Veränderungen des Proteasoms in Entzündungsprozessen im ZNS am Beispiel der experimentellen autoimmunen Encephalomyelitis (EAE) in der Maus gesucht. Schwerpunkt der Untersuchungen war das Proteasom in Astrozyten. Astrozyten stellen die größte Gruppe unter den Gliazellen dar und besitzen vielfältige Funktionen, zu denen neben klassischen housekeeping Funktionen auch Aufgaben bei der Immunantwort zählen. Der enge und für Neurone essentielle Kontakt prädestiniert Astrozyten, neuronale Erkrankungen mit auszulösen und zu modulieren. In dieser Arbeit wurden in primär isolierten Astrozyten Immunproteasomen (IP) detektiert. Durch Experimente mit der Astrozytenzelllinie TSA-3 konnte gezeigt werden, dass Astrozyten im unstimulierten Zustand nur Standardproteasom besitzen, auf Stimulation jedoch mit der Bildung von IP reagieren. Das Fehlen von IP in Astrozyten unter in vivo Bedingungen deckte sich mit den Strukturanalysen von Proteasomen aus dem Großhirn von Mäusen verschiedener Altersstufen, den mRNA-Expressionsanalysen sowie immunhistologischen Untersuchungen von Hirngewebe aus EAE Mäusen. Die aus dem Großhirn isolierten Proteasomen nach Induktion einer EAE durch Myelin-Oligodendrocyten-Glycoprotein (MOG) enthielten keine IP. Dennoch erfolgt eine Aktivitätsveränderung im Proteasom vor dem Auftreten der ersten EAE Symptome, die in vitro zu einer effizienteren Epitopgenerierung aus einem MOG-Peptid führt. / The proteasome is the central proteolytic system in all eukaryotic cells catalysing the degradation of the majority of intracellular proteins. Since many essential processes are proteolytically controlled, the proteasome is of crucial biological importance. Yet numerous investigations show that many neurological or neurodegenerative diseases go along with inhibition and/or changes of the ubiquitin-proteasome-system. Therefore the present thesis investigates the proteasome system during inflammatory processes in the CNS, namely during experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a widely used animal model for human multiple sclerosis. Main focus of the investigations was the proteasome in astrocytes. Astrocytes embody the largest group of glial cells in the CNS and possess various functions. Apart from classical housekeeping functions astrocytes take part in the immune reaction in the CNS. Their close and essential contact to neurons predestines astrocytes to cause and modulate neural diseases. In the present work immune proteasome subunits were detected in primary astrocytes isolated from newborn mice. On the other hand, when grown under resting conditions the murine astrocyte cell line, TSA-3, contains standard proteasome only, however, when treated with interferon gamma, these cells produce immune proteasomes, too. Subunit analyses of proteasomes isolated from the cerebrum of mice of different age, measurement of the mRNA expression level of proteasome subunits as well as immune-histological investigations of brain tissue from mice confirmed the absence of immune proteasome in astrocytes under in vivo conditions. Proteasomes isolated from mouse brain after induction of EAE by active immunization with myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) did not contain immune subunits. Nevertheless an activity change in the proteasomes isolated from brains before onset of EAE was observed, which lead to a more efficient epitope generation from MOG peptide.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire auto-immune du système nerveux central (SNC). Les lésions actives chroniques, associées à la progression en SEP, présentent une zone de démyélinisation centrale entourée d’une bordure de microglies activées. Des lymphocytes T sont également identifiés dans ces lésions, suggérant un potentiel d'interactions glie/lymphocytes délétères en SEP et dans son modèle animal l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Nous émettons l'hypothèse que les interactions entre la molécule d'adhérence intercellulaire-1 (ICAM-1) exprimée sur les cellules gliales et l'antigène de fonction lymphocytaire-1 (LFA-1) exprimée sur les lymphocytes T contribuent aux contacts et promeuvent l'activation des cellules gliales et T au sein du SNC. Des souris ICAM-1 knock out (KO) conditionnel ont été croisées avec des lignées Cre pour explorer cette hypothèse. La délétion spécifique d'ICAM-1 sur les oligodendrocytes n'était pas efficace et n'induisait pas de différences en EAE. La délétion spécifique d'ICAM-1 sur la microglie a été efficace et montré une légère réduction de la gravité de l'EAE chez les femelles, en parallèle avec une altération des populations de lymphocytes T infiltrant le SNC. En cytométrie de flux sur du tissu SNC humain post-mortem, nous avons observé que la microglie en SEP comparée au contrôle exprimait plus d'ICAM-1. Notamment, la microglie ICAM-1+ exprimait des niveaux élevés de marqueurs d’activation. In vitro, le blocage d'ICAM-1 sur la microglie avant la co-culture avec les lymphocytes T n'a toutefois pas diminué l'activation microgliale. Nos résultats suggèrent qu’ICAM-1 sur les microglies représente un marqueur d'activation et contribue aux processus neuro-inflammatoires. / Multiple sclerosis (MS) is an immune-mediated demyelinating disease of the central nervous system (CNS). Chronic active MS lesions are associated with disability progression and characterized by central demyelination with a rim of activated microglia. T cells are also identified at the rim, suggesting a potential for deleterious glia-T cell interactions. We hypothesized that interactions between intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) on glial cells and ligand lymphocyte function antigen-1 (LFA-1) on T cells contribute to cell contacts and subsequent glial and T cell activation in MS and its animal model experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). To test this, ICAM-1 conditional knockout (KO) mice were crossed with different Cre lines. ICAM-1 is transiently upregulated by a small proportion of oligodendrocytes in EAE. Oligodendrocyte-specific ICAM-1 KO did not significantly reduce ICAM-1 nor EAE severity compared to control littermates. Up to 80% of microglia express ICAM-1 in EAE. Microglia-specific ICAM-1 KO mice reduced expression of ICAM-1 on microglia and resulted in a slight amelioration in EAE course in females, in parallel with altered T cell populations infiltrating the CNS compared to control littermates. Using flow cytometry on rapid autopsy human CNS tissue, microglia from MS compared to control showed higher expression of ICAM-1. Notably, ICAM-1+ microglia expressed higher levels of activation markers than their ICAM-1neg counterparts. In vitro, blocking ICAM-1 on microglia prior to co-culture with T cells however did not impact microglial activation. Overall, our data suggest that ICAM-1 on microglia may represent an activation marker and contribute to neuroinflammatory processes in MS and EAE.

Objectifs: Chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), des lymphocytes pro-inflammatoires utilisent des molécules d’adhérence afin de parvenir à traverser la barrière hémo-encéphalique (BHE) et former des lésions multifocales dans le système nerveux central (SNC). Dans le contexte de la SEP, les lymphocytes CD4 auto-agressifs polarisés en TH17 (sécrétant de l’IL-17) sont reconnus comme contribuant à la formation des lésions. Le rôle des lymphocytes CD8 TC17 est quant à lui encore mal défini. L’identification de marqueurs de surface spécifiquement exprimés par les lymphocytes TH17 et TC17 faciliterait la caractérisation de ces sous-populations pathogéniques et fournirait de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter la SEP. Méthodologie: Nous avons identifié MCAM lors d’analyses protéomiques de cellules endothéliales de la BHE humaine et de lymphocytes T humains. Nous avons caractérisé le phénotype et la fonction de ces cellules exprimant MCAM ex vivo, in vitro, in situ et in vivo, à partir de matériel obtenu de témoins (contrôles), de patients atteints de SEP et d’animaux atteints d’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Résultats: MCAM est exprimé à la fois par les cellules endothéliales de la BHE humaine et par une sous-population de lymphocytes T effecteurs mémoire CD161+ et CCR6+. Les lymphocytes CD4 et CD8 MCAM+ expriment plus d’IL-17, IL-22, GM-CSF et granzyme B (Gz B) que les lymphocytes MCAMneg. De plus, l’expression de MCAM est fortement augmentée à la surface des lymphocytes T CD4+ et CD8+ lors des poussées de SEP, alors que les traitements immunomodulateurs en diminuent l’expression. In situ, l’expression de MCAM par les cellules endothéliales de la BHE est plus marquée au site des lésions de SEP et d’EAE, et on retrouve des lymphocytes CD4 et CD8 MCAM+ au sein de ces infiltrats périvasculaires du SNC. In vitro, les lymphocytes CD8 MCAM+ causent plus de mort oligodendrocytaire et bloquer MCAM diminue la transmigration des CD8 TC17 et des CD4 TH17 à travers les cellules endothéliales de la BHE humaine. In vivo, dépléter les lymphocytes CD4 ou CD8 MCAM+ améliore les signes cliniques de l’EAE par transfert. Par ailleurs, l’expression de MCAM est régulée à la hausse à la surface des lymphocytes CD4 et CD8 de la souris transgénique TCR1640, un modèle animal d’EAE spontanée. Finalement, bloquer MCAM atténue les déficits neurologiques chroniques aussi bien du modèle d’EAE induite avec le MOG35-55 que du modèle d’EAE spontanée. Conclusion: Nos données démontrent que les lymphocytes encéphalitogéniques produisant de l’IL-17 et présentant une capacité effectrice et migratoire marquée expriment MCAM. MCAM pourrait servir de biomarqueur en SEP et constituer une cible thérapeutique valable pour traiter les conditions neuroinflammatoires. / Objective: In multiple sclerosis (MS), pro-inflammatory lymphocytes use adhesion molecules to cross the blood-brain barrier (BBB) and accumulate in central nervous system (CNS) lesions. CD4 T lymphocytes polarized into auto-aggressive encephalitogenic TH17 (IL-17 secreting) are known to partake in MS lesion formation. Much less is known about the role of CD8 TC17. Identification of specific surface markers and adhesion molecules expressed by TH17 and TC17 lymphocytes would allow further characterization of these pathogenic subsets and would provide new therapeutic targets in MS. Methodology: We identified MCAM in a proteomic screen of human BBB endothelial cells (ECs) and on a subset of T lymphocytes. We characterized the phenotype and function of MCAM-expressing cells ex vivo, in vitro and in situ using human and mouse material obtained from controls, MS subjects and Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) animals. Results: MCAM is expressed by human BBB-ECs and by human effector memory CD161+ and CCR6+ T lymphocytes. Both CD4 and CD8 MCAM+ lymphocytes express more IL-17, IL-22, GM-CSF and Gz B than MCAMneg lymphocytes. Moreover, MCAM is strikingly up-regulated in human on CD4+ and CD8+ T lymphocytes during MS relapses, while treatment decreases MCAM expression. In situ, MCAM+ CD8 and CD4 T lymphocytes are present in perivascular infiltrates of MS and EAE CNS specimens, while MCAM expression is up-regulated on BBB-ECs within lesions. In vitro, MCAM+ CD8 T lymphocytes display higher killing capacity of oligodendrocytes, and MCAM blockade reduces CD8 TC17 and CD4 TH17 transmigration across human BBB-ECs. In vivo, depletion of MCAM+ cells from reactivated CD4 T lymphocytes and from CD8 T lymphocytes decreases clinical symptoms in adoptive transfer EAE. Furthermore, expression of MCAM is up-regulated on CD4 and CD8 T lymphocytes in the TCR1640 transgenic mice, a model of spontaneous EAE. Finally, blocking MCAM in both MOG35-55-induced and spontaneous primary progressive EAE attenuates chronic neurological deficits. Conclusions: Our data demonstrate that encephalitogenic IL-17-producing lymphocytes with high effector and migratory capacity express MCAM, and that MCAM could serve as a biomarker for MS and a valuable target for the treatment neuroinflammatory conditions.

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 sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire démyélinisante et neurodégénérative du système nerveux central (SNC). Les cellules T activées qui expriment le PD-1 sont inhibées via l’interaction avec l’un des ligands: PD-L1 ou PD-L2. Des études effectuées chez le modèle murin de la SEP, l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), ont démontré que l’interaction du PD-1 avec ses ligands contribue à atténuer la maladie. Toutefois, le rôle du PD-1 et de ses ligands dans la pathogenèse de la SEP chez l’humain et dans le modèle murin n’a pas été complètement élucidé. Nous avons déterminé que plusieurs cellules du SNC humain peuvent exprimer les ligands du PD-1. Les astrocytes, les microglies, les oligodendrocytes et les neurones expriment faiblement le PD-L1 dans des conditions basales mais augmentent de façon significative cette expression en réponse à des cytokines inflammatoires. Le blocage de l’expression du PD-L1 par les astrocytes à l’aide de siRNA spécifiques mène à l’augmentation significative des réponses des cellules T CD8+ (prolifération, cytokines, enzymes lytiques). Nos résultats établissent ainsi que les cellules gliales humaines peuvent exprimer des niveaux suffisants de PD-L1 en milieu inflammatoire pour inhiber les réponses des cellules T CD8+. Notre analyse de tissus cérébraux post-mortem par immunohistochimie démontre que dans les lésions de la SEP les niveaux de PD-L1 sont significativement plus élevés que dans les tissus de témoins; les astrocytes et les microglies/macrophages expriment le PD-L1. Cependant, plus de la moitié des lymphocytes T CD8+ ayant infiltré des lésions de SEP n’expriment pas le récepteur PD-1. Au cours du développement de l’EAE, les cellules du SNC augmentent leur niveau de PD-L1. Le PD-1 est fortement exprimé par les cellules T dès le début des symptômes, mais son intensité diminue au cours de la maladie, rendant les cellules T insensibles au signal inhibiteur envoyé par le PD-L1. Nous avons observé que les cellules endothéliales humaines formant la barrière hémato-encéphalique (BHE) expriment de façon constitutive le PD-L2 mais pas le PD-L1 et que l’expression des deux ligands augmente dans des conditions inflammatoires. Les ligands PD-L1 et PD-L2 exprimés par les cellules endothéliales ont la capacité de freiner l’activation des cellules T CD8+ et CD4+, ainsi que leur migration à travers la BHE. L’endothélium du cerveau des tissus normaux et des lésions SEP n’exprime pas des taux détectables de PD-L1. En revanche, tous les vaisseaux sanguins des tissus de cerveaux normaux sont positifs pour le PD-L2, alors que seulement la moitié de ceux-ci expriment le PD-L2 dans des lésions SEP. Nos travaux démontrent que l’entrée des cellules T activées est contrôlée dans des conditions physiologiques grâce à la présence du PD-L2 sur la BHE. Cependant, l’expression plus faible du PD-L2 sur une partie des vaisseaux sanguins dans les lésions SEP nuit au contrôle de la migration des cellules immunes. De plus, une fois dans le SNC, les cellules T CD8+ étant dépourvues du PD-1 ne peuvent recevoir le signal inhibiteur fourni par le PD-L1 fortement exprimé par les cellules du SNC, leur permettant ainsi de rester activées. / Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory, demyelinating and neurodegenerative disease of the central nervous system (CNS). Responses of activated T cells are suppressed upon engagement of the receptor programmed cell death-1 (PD-1) with its ligands (PD-L1 and PD-L2). Experiments using the mouse model of MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), have demonstrated that the PD-1/PD-Ls interaction contributes to attenuate disease severity. However, the expression and the role of PD-1 and PD-Ls have been partially documented in inflammatory murine models and human CNS data are still incomplete. We determined that primary cultures of human astrocytes, microglia, oligodendrocytes, or neurons expressed low or undetectable PD-L1 levels under basal conditions, but inflammatory cytokines significantly induced such expression, especially on astrocytes and microglia. Blocking PD-L1 expression in astrocytes using specific siRNA in co-culture led to significantly increased CD8 T cell responses (proliferation, cytokines, lytic enzyme). Thus, our results establish that inflamed human glial cells can express sufficient and functional PD-L1 to inhibit CD8 T cell responses. Extensive immunohistochemical analysis of post-mortem brain tissues demonstrated a significantly greater PD-L1 expression in MS lesions compared to control tissues, which co-localized with astrocyte and microglia/macrophage cell markers. However, more than half of infiltrating CD8 T lymphocytes in MS lesions did not express PD-1, the cognate receptor. Similar results were obtained in EAE mice. Even though CNS cells expressed PD-L1 at the peak of the disease, PD-1 intensity on infiltrating T cells decreased throughout EAE disease development. This reduction of PD-1 level on activated T cells prevented these cells to receive PD-L1 inhibitory signal. We also investigated whether human brain endothelial cells (HBECs), which form the blood brain barrier (BBB), can express PD-L1 or PD-L2 and thereby modulate T cells. HBECs expressed PD-L2 under basal conditions, whilst PD-L1 was not detected. Both ligands were up-regulated under inflammatory conditions. Blocking PD-L1 and PD-L2 led to increased transmigration and enhanced responses by human CD8 T cells in co-culture assays. Similarly, PD-L1 and PD-L2 blockade significantly increased CD4 T cell transmigration. Brain endothelium in normal tissues and MS lesions did not express detectable PD-L1; in contrast, all blood vessels in normal brain tissues were PD-L2-positive, while only about 50% expressed PD-L2 in MS lesions. Therefore, our results demonstrate that under basal conditions, PD-L2 expression by HBECs impedes the migration of activated immune T cells through the BBB, and inhibits their activation. However, such impact is impaired in MS lesions due to down-regulation of PD-L2 levels on the endothelium. The majority of infiltrating CD8 T cells is devoid of PD-1, thus insensitive to PD-L1 inhibitory signal providing by CNS cells once they have entered the CNS.

Dans les maladies neurodégénératives comme la sclérose en plaques, la neuro-inflammation modifie l'activité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) par des altérations cellulaires et moléculaires complexes. La caractérisation de tels changements moléculaires par une approche d'étiquetage in vivo justifie la recherche d’outils de ciblage fiables et de biomarqueurs. Les stratégies pour définir in vivo ces marqueurs sont cependant compliquées par la pléthore de molécules cibles accessibles, par l’intrication des régions atteintes au sein du tissu sain et par les altérations structurales potentielles des molécules cibles étudiées par histopathologie. Le but de ce travail est de rationaliser la découverte de biomarqueurs des altérations moléculaires dans les tissus par une stratégie de sélection in vivo de répertoires de phages présentant des peptides à leur surface (phage display), les ligands présents dans les deux répertoires (sain et pathologique) étant ensuite soustraits physiquement. Cette stratégie de soustraction (« PhiSSH ») permettant d’enrichir un répertoire en ligands spécifiques est d’un intérêt majeur dans le cas de répertoires complexes tels ceux obtenus dans des sélections in vivo.Nous présentons l'application de cette stratégie dans le modèle de rat de la sclérose en plaques, l’Encéphalomyélite Autoimmune Expérimentale (EAE), où les lésions disséminées dans le système nerveux central engendrent la sélection d’une grande quantité de clones s’associant au tissu sain, par comparaison avec les rats témoins en bonne santé. L'efficacité de la technique de soustraction a été contrôlée par séquençage massif des trois repertoires, «EAE», «SAIN», et «SOUSTRACTION». Plus de 95 % des clones communs aux répertoires EAE et contrôle sont absents du répertoire de la soustraction. Un ensemble de clones de phages et des peptides synthétisés chimiquement dessinés après l’analyse bioinformatique du répertoire de soustraction a été testé a) sur des tissus de rats EAE et sains et b) sur des cellules humaines en culture (HCMEC/D3) constituant un modèle de BHE, dans des conditions inflammatoires, (activation IL- 1ß) ou non activées. Un des clones et quatre peptide testés ont montré une association spécifique sur les cellules endothéliales de BHE dans des conditions inflammatoires. Pour identifier la cible d’un phage spécifique des lésions neuro-inflammatoires, nous avons mis en œuvre un procédé de création de liaison covalente entre ce phage et les protéines exprimées par des cellules de BHE cultivées en présence d’IL-1ß, puis effectué une analyse par spectométrie de masse. La galectine-1 est apparue comme une cible potential de ce phage. La découverte de biomarqueurs spécifiques de modifications moléculaires et cellulaires de régions inflammatoires disséminées dans les tissus sains, comme c’est le cas dans la plupart des pathologies présentant une activité neuro–inflammatoire, sera facilitée par l’utilisation de la stratégie de soustraction PhiSSH décrite dans ce document. / In neurodegenerative disorders like multiple sclerosis, neuroinflammation modifies the blood brain barrier (BBB) status by causing complex cellular and molecular alterations. Characterization of such molecular changes by an in vivo labeling approach is most challenging to generate reliable in vivo targeting tools and biomarkers. In vivo strategies to define such markers are, however, hampered by the plethora of the accessible target molecules, the vicinity of diseased target expression among healthy tissue and the potentially structural alterations of target molecules when studied by histopathology. The aim of this work is to streamline the biomarker discovery of pathological molecular tissue alterations by in vivo selection of phage displayed peptide repertoires that are further submitted to physical DNA subtraction (“PhiSSH”) of sequences encoding common peptides in both repertoires (HEALTHY and PATHOLOGY). The strategy of Subtraction allows thus the enrichment of clones specific for one repertoire and is of particular interest for complex repertoires produced by in vivo selection. We present the application of this strategy in the multiple sclerosis rat model, Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) pathology, where target lesions are disseminated in the central nervous system (CNS) generating a large amount of clones binding to healthy tissue among the recovered repertoire clones binding to the lesions by comparison with healthy control rats. The efficiency of the subtraction was monitored by massive sequencing of the three repertoires, «EAE», «HEALTHY», and «SUBTRACTION». More than 95% of the clones common to EAE and Healthy repertoires were shown to be absent from the Subtraction repertoire. A set of randomly chosen clones and synthesized peptides from the EAE and subtraction repertoires were tested for differential labeling of a) diseased and healthy animal tissues and b) an in vitro BBB model, in IL-1ß challenged and resting control state culture human cells (hCMEC/D3). One of the phage clones and 4 chemically synthesized peptides showed specific binding to brain ECs in neuro-inflammatory conditions. Using a strategy of crosslinking of an EAE specific phage clone on protein targets expressed by IL-1ß activated ECs followed by mass spectrometry, we propose hypothetically Galectin-1 as a possible target of this phage. PhiSSH will be useful for in vivo screening of small peptide combinatorial libraries for the discovery of biomarkers specific of molecular and cellular alterations untangled with healthy tissues, as in most pathologies presenting neuroinflammatory activity.

Experiências vivenciadas durante o período pré-natal são determinantes para a saúde do feto. A ocorrência de infecções maternas e a consequente ativação do sistema imune da mãe ocasionam uma série de alterações estruturais e funcionais no cérebro da prole, podendo predispor o indivíduo a transtornos psiquiátricos na vida pós-natal, como esquizofrenia e autismo. No entanto, estudos que investigam as alterações imunes na prole ainda são escassos na literatura. Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi avaliar, na prole, o impacto da ativação imune materna sobre a atividade imune periférica, a resposta imune-inflamatória no sistema nervoso central (SNC), e sobre o desenvolvimento da encefalomielite autoimune experimental (EAE), o modelo murino de Esclerose Múltipla. Camundongos fêmeas prenhes receberam uma administração de salina ou lipopolissacarídeo (LPS) ao final da gestação (dia gestacional 17) e, quando adulta, a prole foi submetida a 3 experimentos principais, analisando: (1) produção de citocinas, atividade de células da periferia e desenvolvimento da hipersensibilidade do tipo tardia; (2) produção de mediadores inflamatórios por células residentes do SNC e; (3) desenvolvimento dos sintomas clínicos e da resposta imune no decorrer da EAE. Nossos resultados mostraram que a ativação imune materna provocou na prole alterações imunes periféricas, como aumento da produção de Interleucina(IL)- 12 e exacerbação da resposta de hipersensibilidade do tipo tardia; potencialização da produção das citocinas IL-1β e IL-6 em cultura primária de células residentes do SNC e; piora na severidade dos sintomas clínicos causados pela EAE, que coincide com aumento do infiltrado de linfócitos e macrófagos no SNC e ativação imuneinflamatória das células da glia. Tomados em seu conjunto, os dados do presente trabalho sugerem que condições inflamatórias durante a gestação, particularmente durante o final da gestação, podem predispor o feto a distúrbios autoimunes e neurodegenerativos na vida adulta. / Prenatal period experiences are crucial for the fetal health. The occurrence of maternal infections and subsequent maternal immune system activation cause a number of structural and functional changes in the brain of the offspring that may predispose individuals to psychiatric disorders in post-natal life, such as schizophrenia and autism. However, studies investigating offspring´s immune alterations are still scarce in the literature. The aim of this study was to evaluate, in mice offspring taken from LPS-treated dams, the impact of maternal immune activation on peripheral immune cell activity, central nervous system (CNS) inflammatory response, and development of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the murine model of multiple sclerosis. Pregnant female mice received a dose of either saline or lipopolysaccharide (LPS) during late gestation (gestational day 17), and offspring were used in three experiments to analyze: (1) cytokine production and activity by peripheral immune cells and development of delayed type hypersensitivity, (2) production of inflammatory mediators by resident CNS cells and, (3) development of clinical symptoms and immune response during the course of EAE. Our results showed that maternal immune activation resulted in immune alterations in the offspring, such as increased peripheral production of interleukin (IL) -12 and exacerbated response of delayedtype hypersensitivity; enhancement of IL-1β and IL-6 productions in primary CNS resident cells culture and; increased severity of EAE clinical symptoms, which is positively correlated with the increased lymphocytes and macrophages infiltration within the CNS and also with the immune-inflammatory activation of glial cells. Taken together, the data from this study suggest that inflammatory conditions during pregnancy, especially during the late pregnancy, may predispose the fetus to autoimmune and neurodegenerative disorders in adulthood.