Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les molécules du complexe majeur d'histocompatibilité de classe II (CMH II) sont exprimées exclusivement à la surface des cellules présentatrices d'antigènes et servent à stimuler les cellules CD4+ initiant une réponse immunitaire. Le chargement peptidique sur HLA-DR se produit dans les endosomes tardifs et les lysosomes sous l'action de HLA-DM. Cette molécule de classe II non-classique enlève les fragments peptidiques de la chaîne invariante (Ii) restés associés aux molécules de classe II (CLIP) et édite leur répertoire d'antigènes présentés. En utilisant une forme mutante de HLA-DM (HLA-DMy) qui s'accumule à la surface plasmique, nous avons observé que HLA-DMy augmente les chargements de peptides exogènes et aussi la réponse des cellules T en comparaison avec HLA-DM sauvage. Il a été démontré que des molécules chimiques, comme le n-propanol, pouvait avoir le même effet que HLA-DM en remplaçant les peptides associés aux molécules de classe II de la surface cellulaire. De plus, HLA-DMy et le n-propanol ont présenté un effet additif sur la présentation de peptides exogènes. Certaines protéines de la voie endocytique, comme HLA-DR, HLA-DM, HLA-DO et Ii sont ciblés aux compartiments multivésiculaires (MVB) et peuvent être ciblées aux exosomes. Suite à une fusion entre les MVB et la membrane plasmique, les exosomes sont relâchés dans le milieu extracellulaire. Nous avons déterminé que le motif tyrosine de HLA-DMβ et son interaction avec HLA-DR n'affectaient pas le ciblage aux exosomes, sauf la molécule HLA-DO. Cette étude nous a permis de démontrer que HLA-DMy augmente la quantité de peptides exogènes chargés sur les CPA et que HLA-DM et HLA-DMy sont incorporés dans les exosomes. / Major histocompatibility class II (MHC II) molecules are expressed exclusively on the surface of antigen presenting cells and serve to stimulate CD4+ cells to initiate an immune response. Peptide loading on MHC II molecules occurs in late endosomal and lysosomal compartments by the catalytic action of HLA-DM. This non-classical class II molecule removes class-II-associated invariant-chain peptide (CLIP) from class II molecules and edits their repertoire of antigenic peptides loaded. Using a mutant form of HLA-DM (HLA-DMy) that is targeted to the plasma membrane, we observed in the case of HLA-DMy, there is an increase of the loading of exogenous peptides and also significantly increased T cell response in comparison with HLA-DM wild-type. It was found that some chemical molecules, like n-propanol, could mimic the effect of HLA-DM by removing peptides from cell surface class II molecules. Interestingly, HLA-DMy and n-propanol seem to have an additive effect on the exogenous peptide loading. Some proteins of the endosomal pathway, like HLA-DR, HLA-DM, HLA-DO and Ii are targeted to microvesicules-containing compartments called MVB and they can be introduced into exosomes. Following the fusion between MVB and plasma membrane, exosomes are released in extracellular environment. We have determined that tyrosine motif of HLA-DMβ and interaction with HLA-DR does not affect HLA-DM targeting to exosomes, except for the HLA-DO molecule. In conclusion, we showed that HLA-DMy increases the quantity and the quality of exogenous peptides loading on APC and HLA-DM and HLA-DMy are incorporated to exosomes.

Les molécules du complexe majeur d'histocompatibilité de classe II (CMH II) sont exprimées exclusivement à la surface des cellules présentatrices d'antigènes et servent à stimuler les cellules CD4+ initiant une réponse immunitaire. Le chargement peptidique sur HLA-DR se produit dans les endosomes tardifs et les lysosomes sous l'action de HLA-DM. Cette molécule de classe II non-classique enlève les fragments peptidiques de la chaîne invariante (Ii) restés associés aux molécules de classe II (CLIP) et édite leur répertoire d'antigènes présentés. En utilisant une forme mutante de HLA-DM (HLA-DMy) qui s'accumule à la surface plasmique, nous avons observé que HLA-DMy augmente les chargements de peptides exogènes et aussi la réponse des cellules T en comparaison avec HLA-DM sauvage. Il a été démontré que des molécules chimiques, comme le n-propanol, pouvait avoir le même effet que HLA-DM en remplaçant les peptides associés aux molécules de classe II de la surface cellulaire. De plus, HLA-DMy et le n-propanol ont présenté un effet additif sur la présentation de peptides exogènes. Certaines protéines de la voie endocytique, comme HLA-DR, HLA-DM, HLA-DO et Ii sont ciblés aux compartiments multivésiculaires (MVB) et peuvent être ciblées aux exosomes. Suite à une fusion entre les MVB et la membrane plasmique, les exosomes sont relâchés dans le milieu extracellulaire. Nous avons déterminé que le motif tyrosine de HLA-DMβ et son interaction avec HLA-DR n'affectaient pas le ciblage aux exosomes, sauf la molécule HLA-DO. Cette étude nous a permis de démontrer que HLA-DMy augmente la quantité de peptides exogènes chargés sur les CPA et que HLA-DM et HLA-DMy sont incorporés dans les exosomes. / Major histocompatibility class II (MHC II) molecules are expressed exclusively on the surface of antigen presenting cells and serve to stimulate CD4+ cells to initiate an immune response. Peptide loading on MHC II molecules occurs in late endosomal and lysosomal compartments by the catalytic action of HLA-DM. This non-classical class II molecule removes class-II-associated invariant-chain peptide (CLIP) from class II molecules and edits their repertoire of antigenic peptides loaded. Using a mutant form of HLA-DM (HLA-DMy) that is targeted to the plasma membrane, we observed in the case of HLA-DMy, there is an increase of the loading of exogenous peptides and also significantly increased T cell response in comparison with HLA-DM wild-type. It was found that some chemical molecules, like n-propanol, could mimic the effect of HLA-DM by removing peptides from cell surface class II molecules. Interestingly, HLA-DMy and n-propanol seem to have an additive effect on the exogenous peptide loading. Some proteins of the endosomal pathway, like HLA-DR, HLA-DM, HLA-DO and Ii are targeted to microvesicules-containing compartments called MVB and they can be introduced into exosomes. Following the fusion between MVB and plasma membrane, exosomes are released in extracellular environment. We have determined that tyrosine motif of HLA-DMβ and interaction with HLA-DR does not affect HLA-DM targeting to exosomes, except for the HLA-DO molecule. In conclusion, we showed that HLA-DMy increases the quantity and the quality of exogenous peptides loading on APC and HLA-DM and HLA-DMy are incorporated to exosomes.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

MHCII molecules expose a weave of antigens, which send survival or activation signals to T lymphocytes. The ongoing process of peptide binding to the MHC class II groove implicates three accessory molecules: the invariant chain, DM and DO. The invariant chain folds and directs the MHCII molecules to the endosomal pathway. Then, DM exchanges the CLIP peptide, which is a remnant of the degraded invariant chain, for peptides of better affinity. Expressed in highly specialized antigen presenting cells, DO competes with MHCII molecules for DM binding and favors the presentation of receptor-internalized antigens. Altogether, these molecules exhibit potential immunomodulatory properties that can be exploited to increase the potency of peptide vaccines. DO requires DM for maturation and to exit the ER. Interestingly, it is possible to monitor this interaction through a conformation change on DOβ that is recognized by the Mags.DO5 monoclonal antibody. Using Mags.DO5, we showed that DM stabilizes the interactions between the DO α1 and β1 chains and that DM influences DO folding in the ER. Thus, the Mags.DO5+ conformation correlates with DO egress from the ER. To further evaluate this conformation change, directed evolution was applied to DO. Of the 41 unique mutants obtained, 25% were localized at the DM-DO binding interface and 12% are at the solvent-exposed β1 domain, which is thought to be the Mags.DO5 epitope. In addition, I used the library to test the ability of HLA-DO to inhibit HLA-DM and sorted for the amount of CLIP. Interestingly, most of the mutants showed a decrease inhibitory effect, supporting the notion that the intrinsic instability of DO is a required for its function. Finally, these results support the model in which DO competes against classical MHCII molecules by sequestering DM chaperone’s function. MHCII molecules are also characterized by their ability to present superantigens, a group of bacterial or viral toxins that coerces MHCII-TCR binding in a less promiscuous fashion than what is observed in a canonical setting. While the mechanism of how bacterial superantigens form trimeric complexes with TCR and MHCII is well understood, the mouse mammary tumor virus superantigens (vSAG) are poorly defined. In the absence of a crystal structure, I chose a functional approach to examine the relation between vSAG, MHCII and TCR with the goal of uncovering the overall trimolecular architecture. I showed that TCR concomitantly binds both the MHCII α chain and the vSAG and that TCR-MHCII docking is almost canonical when coerced by vSAGs. Because many peptides may be tolerated in the MHCII groove, the pressure exerted by vSAG seems to tweak conventional TCR-MHCII interactions. Furthermore, my results demonstrate that vSAG binding to MHCII molecules is conformation-dependent and abrogated by the CLIP amino-terminal residues extending outside the peptide-binding groove. In addition, they also suggest that vSAGs cross-link adjacent MHCIIs and activate T cells via a TGXY motif. / Les molécules du CMH présentent une panoplie d'antigènes qui, lorsque reconnus par un lymphocyte T spécifique, indique à ce dernier de survivre ou de s'activer. Le processus menant à la liaison d'un peptide à la poche du CMH de classe II, implique trois molécules accessoires, soit la chaine invariante, DM et DO. La chaine invariante replie et dirige les molécules du CMHII jusqu'à la voie endosomale. Ensuite, DM échange CLIP, peptide découlant de la dégradation de la chaine invariante, pour d'autres ayant une meilleure affinité. Exprimé seulement chez certaines cellules présentatrices, DO compétitionne avec les molécules du CMHII pour la liaison à DM et ainsi favorise la présentation d'antigènes internalisés par des récepteurs membranaires. Ensemble, ces protéines ont un potentiel immunomodulatoire pouvant être exploité afin d'augmenter l'efficacité de vaccin peptidique. DO requiert DM pour arriver à maturité et sortir du RE. Cette interaction, qui induit un changement de conformation dans la chaine β de DO, peut être sondée à l'aide de l'anticorps monoclonal Mags.DO5. En utilisant cet anticorps, nous avons montré que DM stabilise l'interaction entre les domaines α1 et β1 de DO et influence son repliement dans le RE. Donc, la conformation qui révèle l’épitope Mags.DO5 corrèle avec la migration de DO hors du RE. Afin d'étudier plus précisément ce changement de conformation, DO fut contraint à une ronde d’évolution dirigée. Des 41 mutants obtenus, 25% se retrouvent à l'interface DO- DM et 12% se retrouvent à la surface exposée au solvant du domain β1, région hypothétique de l'épitope Mags.DO5. De plus, la bibliothèque de mutants a été testée pour son habileté à inhiber l'activité de DM. La plupart des mutants montre une activité inhibitrice diminuée, ce qui supporte le model où DO compétionne les molécules du CMHII en séquestrant le rôle chaperon de DM. Les molécules du CMHII ont l'unique habileté de présenter les superantigènes, une famille de toxines virales et bactériennes qui force l'interaction CMHII-TCR de façon beaucoup moins spécifique qu'en contexte canonique. Alors que la façon dont les superantigènes bactériens s'assemblent avec le CMHII et le TCR soit bien comprise, la nature du complexe trimoléculaire découlant des superantigènes du virus de la tumeur mammaire de la souris (vSAG) reste mal définie. En l'absence d'une structure cristalline, une approche fonctionnelle a été choisie pour examiner la relation des vSAGs avec le CMHII et le TCR avec le but de dévoiler l'architecture de ce multi-complexe protéique. Je montre que le TCR lie parallèlement la chaine α du CMHII et vSAG, ce qui résulte en une interaction presque canonique. Puisque différents peptides peuvent être tolérés lors de cet ancrage, il semble que vSAG ajuste les interactions CMHII-TCR conventionnelles. En outre, mes résultats montrent que vSAG reconnait un épitope conformationnel et que cette liaison peut être abrogée par l'extension amino-terminale du peptide CLIP, laquelle s'étend en deçà de la niche. Finalement, mes résultats suggèrent que vSAG peut réticuler plusieurs CMHII adjacents et active les cellules T via son motif TGXY.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les molécules classiques du CMH de classe II présentent des peptides antigéniques aux lymphocytes T CD4+. Cette présentation est régulée par deux molécules non classiques : HLA-DM catalyse la relâche de CLIP et le chargement de peptides et HLA-DO module l’activité de DM. Une expression insuffisante en cellules d’insectes empêche les expériences de cristallisation de DO, probablement en raison de sa conformation, rendant DO instable et inapte à sortir du réticulum endoplasmique (RE). DM corrige la conformation de DO et permet sa sortie du RE. Aussi, par ses ponts disulfures uniques, DM adopte une conformation stable et peut sortir du RE sans lier d’autre molécule. Nous avons tenté de corriger la conformation de DO en introduisant des cystéines pour établir des ponts homologues à ceux de DM. La conformation de DO ne fut pas corrigée. Par ailleurs, nous avons augmenté l’expression de DO en introduisant une séquence partielle de Kozak. Nous avons aussi étudié l’effet de DM sur l’expression de DO. DM a favorisé l’expression de DO, probablement en diminuant sa dégradation. Chaque chaîne du dimère DMαβ est impliquée dans l’oxydation de sa chaîne partenaire. La conformation non-optimale de DO pourrait traduire une incapacité des chaînes α ou β à favoriser l’oxydation de sa partenaire; DM corrigerait ce problème. Notre analyse d’immunobuvardage de type Western a toutefois démontré que DM ne modifie pas l’état d’oxydation de DOα et DOβ. Finalement, nous avons étudié l’interaction DO-DM. L’acide aminé DOαE41 est impliqué dans cette liaison. Certains des acides aminés entre α80 et α84 pourraient être impliqués. Nous avons muté des acides aminés de cette région de DOα. Les résidus testés ne semblent pas impliqués dans la liaison DO-DM. L’obtention de la structure tridimensionnelle de DO et la caractérisation de son état oxydatif et de sa liaison à DM permettront de mieux comprendre son rôle. / Classical MHC class II molecules present antigenic peptides to CD4+ T cells. This presentation is regulated by two non-classical molecules: HLA-DM catalyzes CLIP release and peptide loading and HLA-DO mediates the DM activity. An insufficient expression in insect cells did not allow DO crystal production experiments, probably because of its conformation, rendering DO unstable and unable to leave the endoplasmic reticulum (ER). DM corrects the conformation of DO and allows its egress from the ER. Also, because of its unique disulfide bonds, DM has a stable conformation and can egress from the ER without binding another molecule. We tried to correct the conformation of DO by introducing cysteines to create disulfide bonds homologous to those of DM. However, its conformation was not corrected. Also, we increased DO expression by inserting a partial Kozak sequence. We also studied the effect of DM on DO expression. DM favoured DO expression, probably by reducing its degradation. Each chain of the DMαβ dimer plays a role in the oxidation of its partner chain. The non-optimal conformation of DO might result from an incapacity of its α and β chains to direct each other’s oxidation; DM would correct this problem. Our Western blot analysis showed, however, that DM does not modify the oxidation state of DOα and DOβ. Finally, we studied the DO-DM interaction. The DOαE41 amino acid is involved in this interaction, as some of the α80 to α84 might be. We mutated amino acids in this region of DO. Tested amino acids did not seem involved in DO-DM binding. The tridimensional structure of DO and the characterization of its oxidative state and its DM binding will allow a better understanding of its function.

Les molécules classiques du CMH de classe II présentent des peptides antigéniques aux lymphocytes T CD4+. Cette présentation est régulée par deux molécules non classiques : HLA-DM catalyse la relâche de CLIP et le chargement de peptides et HLA-DO module l’activité de DM. Une expression insuffisante en cellules d’insectes empêche les expériences de cristallisation de DO, probablement en raison de sa conformation, rendant DO instable et inapte à sortir du réticulum endoplasmique (RE). DM corrige la conformation de DO et permet sa sortie du RE. Aussi, par ses ponts disulfures uniques, DM adopte une conformation stable et peut sortir du RE sans lier d’autre molécule. Nous avons tenté de corriger la conformation de DO en introduisant des cystéines pour établir des ponts homologues à ceux de DM. La conformation de DO ne fut pas corrigée. Par ailleurs, nous avons augmenté l’expression de DO en introduisant une séquence partielle de Kozak. Nous avons aussi étudié l’effet de DM sur l’expression de DO. DM a favorisé l’expression de DO, probablement en diminuant sa dégradation. Chaque chaîne du dimère DMαβ est impliquée dans l’oxydation de sa chaîne partenaire. La conformation non-optimale de DO pourrait traduire une incapacité des chaînes α ou β à favoriser l’oxydation de sa partenaire; DM corrigerait ce problème. Notre analyse d’immunobuvardage de type Western a toutefois démontré que DM ne modifie pas l’état d’oxydation de DOα et DOβ. Finalement, nous avons étudié l’interaction DO-DM. L’acide aminé DOαE41 est impliqué dans cette liaison. Certains des acides aminés entre α80 et α84 pourraient être impliqués. Nous avons muté des acides aminés de cette région de DOα. Les résidus testés ne semblent pas impliqués dans la liaison DO-DM. L’obtention de la structure tridimensionnelle de DO et la caractérisation de son état oxydatif et de sa liaison à DM permettront de mieux comprendre son rôle. / Classical MHC class II molecules present antigenic peptides to CD4+ T cells. This presentation is regulated by two non-classical molecules: HLA-DM catalyzes CLIP release and peptide loading and HLA-DO mediates the DM activity. An insufficient expression in insect cells did not allow DO crystal production experiments, probably because of its conformation, rendering DO unstable and unable to leave the endoplasmic reticulum (ER). DM corrects the conformation of DO and allows its egress from the ER. Also, because of its unique disulfide bonds, DM has a stable conformation and can egress from the ER without binding another molecule. We tried to correct the conformation of DO by introducing cysteines to create disulfide bonds homologous to those of DM. However, its conformation was not corrected. Also, we increased DO expression by inserting a partial Kozak sequence. We also studied the effect of DM on DO expression. DM favoured DO expression, probably by reducing its degradation. Each chain of the DMαβ dimer plays a role in the oxidation of its partner chain. The non-optimal conformation of DO might result from an incapacity of its α and β chains to direct each other’s oxidation; DM would correct this problem. Our Western blot analysis showed, however, that DM does not modify the oxidation state of DOα and DOβ. Finally, we studied the DO-DM interaction. The DOαE41 amino acid is involved in this interaction, as some of the α80 to α84 might be. We mutated amino acids in this region of DO. Tested amino acids did not seem involved in DO-DM binding. The tridimensional structure of DO and the characterization of its oxidative state and its DM binding will allow a better understanding of its function.