L'objectif de cette thèse était de caractériser phénotypiquement et fonctionnellement les cellules NK activées par l'IL-21 et d'étudier leur interaction avec les lymphocytes T CD4*. Les lymphocytes Natural Killer (NK) sont essentiels pour la protection exercée par l'immunité innée. Les cellules NK, en plus de leurs fonctions cytotoxiques, peuvent orienter la réponse immunitaire adaptative vers un profile TH1 grâce à leur production d'IFN-y. Dans cette étude, nous avons montré que l'IL-21, une cytokine produite in vivo au cours de l'inflammation chronique ou de maladies infectieuses, induit la différenciation d'une sous-population spécifique de cellules NK co-exprimant ÇD86 et HLA-DR. Les cellules NK HLA-DR* induites par l'IL-21 sont capables d'apprêter et de présenter des antigènes aux lymphocytes T CD4*. De plus, ces cellules produisent MIF (Macrophage Migration Inhibitory Factor) et apportent un signal de costimulation durant le priming des lymphocytes T CD4 naïfs en induisant leur différenciation vers un profile central mémoire (Tcm) peu différencié. Les Tcm activés en présence des cellules NK HLA-DR" sont CXCR3' CCR4' CCR6' CXCR5' et produisent de PIL-2 et du TNF-a. La costimulation des lymphocytes T ÇD4 par les cellules NK HLA-DR" prévient l'acquisition d'un phénotype effecteur mémoire induit par l'IL-2. Ainsi, ces résultats montrent une nouvelle fonction pour l'IL-21 qui peut moduler l'interaction NK/CD4 et favoriser l'expansion des lymphocytes centraux mémoires. / Natural Killer lymphocytes are critical for innate immunity-mediated protection. Main roles of NK cell rely on their cytotoxic functions or depend on the tuning of TH1 adaptive immunity by IFN-y. Here, we provide evidence that 1L-21, a cytokine produced in vivo during chronic inflammation or infectious diseases, promotes the differentiation of a specifie subset of NK co-expressing CD86 and HLA-DR. IL-21-propagated HLA-DR' NK were able to process and present antigens to CD4' T lymphocytes. More importantly, IL-21-propagated HLA-DR' NK produced macrophage migration inhibitory factor and provided a co-stimulatory signaling during naive CD4* T cell priming inducing the differentiation of uncommitted central memory (Tcm) lymphocytes. Tcm expanded in the presence of HLA-DR* NK were CXCR3 CCR4" CCR6' CXCR5' and produced IL-2, as well as low levels of TNF-a. Co-stimulation of CD4* T cells by HLA-DR' NK prevented the acquisition of effector memory phenotype induced by IL-2. Altogether, these results demonstrate a novel function for IL-21 in tuning NK and CD4~ T cell interactions promoting a specifie expansion of central memory lymphocytes.

Langlebige Gedächtnis-CD4 T Lymphozyten spielen eine entscheidende Rolle für die Bildung, Erhaltung und Reaktivierung anderer Gedächtnislymphozyten. Im Verlauf einer Immunreaktion wandern einige antigen-erfahrene CD4 T Zellen aus den sekundär lymphoiden Organen (SLO) ins Knochenmark (KM), wo sie als professionelle Gedächtnis-CD4 T Zellen ruhen und überdauern. Es ist jedoch weitgehend unverstanden wie die Vorläuferzellen in SLO gebildet werden. Der erste Teil dieser Arbeit identifiziert aktivierte CD49b+T-bet+/CXCR3+ CD4 T Zellen der Milz als Vorläuferzellen von KM-Gedächtnis-CD4 T Zellen. Der zweite Teil der Arbeit zeigt, dass die Vorläuferzellen nach einer verstärkten Zellproliferation und längerer kognitiver Interaktion mit dendritischen Zellen während der späten Aktivierungsphase der primären Immunantwort entstehen. Die Behandlung mit einem Zytostatikum oder die späte Blockade des kostimulatorischen CD28/B7-Signalweges verhindert wiederum deren Generierung. Fluoreszenzfarbstoffmarkierungsexperimente zeigen, dass mit zunehmender Zellteilung die Expression des Chemokinrezeptors CCR7 in den Vorläuferzellen verringert ist und die Expression des Zytokinrezeptors IL-2Rb erhöht ist. CCR7 ist für die Persistenz in der T-Zellzone von SLO entscheidend, sowie IL-2Rb für das langfristige Überleben der Zellen. Der dritte Teil dieser Arbeit untersucht die Rolle von B Zellen für die Etablierung des CD4 T-Zellgedächtnisses im KM. B Zellen wirken sich in der frühen Phase einer Immunantwort negativ auf die Akkumulation von Gedächtnis CD4 T Vorläuferzellen im KM aus, beeinflussen jedoch nicht die Proliferation von aktivierten CD4 T Zellen in der Milz während der Aktivierungsphase. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern neue Einblicke in die Generierung von Gedächtnis CD4 T Zellen des KM, die für neue Ansätze zur therapeutischen Stärkung des Immungedächtnisses im Rahmen von Impfungen oder dessen Ablation bei Autoimmunerkrankungen beitragen können. / Long-lived memory CD4 T lymphocytes play a crucial role in the generation, maintenance and reactivation of other memory lymphocytes. During an immune reaction, some antigen-experienced CD4 T cells relocate from secondary lymphoid organs (SLOs) to the bone marrow (BM) and reside and rest there as professional memory CD4 T cells. However, it remains elusive how the precursors of BM memory CD4 T cells are generated in SLOs. The first part of this thesis identifies splenic CD49b+T-bet+/CXCR3+ activated CD4 T cells as the precursors of BM memory CD4 T cells. The second part of this thesis describes that precursors of BM memory CD4 T cells are generated following enhanced cell proliferation and prolonged cognate interactions with dendritic cells (DCs) during the late activation phase of a primary immune response. Treatment with a cytostatic drug or blockage of the CD28/B7 costimulatory pathway in the late activation phase in turn abrogates the generation of precursors of BM memory CD4 T cells. Fluorescent-dye labeling experiments demonstrate that the more CD49b+CXCR3+ activated CD4 T cells divide, the more they lose the expression of CCR7, a chemokine receptor crucial for the persistence in the T cell zone of SLOs, and gain the expression of IL-2Rb, a cytokine receptor crucial for long-term survival. The third part of this thesis investigates the role of B cells for the establishment of resting CD4 T cell memory in the BM. B cells negatively impact the accumulation of memory CD4 T cell precursors in the BM during the early phase of an immune response but do not affect the cell division of activated CD4 T cells in the spleen during the activation phase. In sum, the results obtained in this thesis provide new insight into the generation of BM memory CD4 T cells that may help for the therapeutic strengthening of immune memory in the context of vaccination or its abolishment within the scope of autoimmune diseases.

Les lymphocytes T (LT) CD8 sont un sous-type de cellules immunitaires qui participent à l’élimination des certains agents infectieux et de cellules tumorales. La capacité de réponse des LT CD8 est dépendante de leur état de différenciation. Lors d’une réponse immunitaire, les LT CD8 spécifiques à l’agent infectieux sont activés, se différencient et prolifèrent en LT effecteurs (LTE) qui participent à l’élimination de l’agent pathogène. Les LTE peuvent être distingués en effecteurs de courte durée de vie (SLEC), terminalement différenciés et éliminés par apoptose après l’infection, et en précurseurs des cellules mémoires (MPEC) qui survivent et génèrent les LT mémoires (LTM). Par contre, lors d’une infection chronique ou d’une réponse antitumorale, la persistance antigénique et inflammatoire induisent l’épuisement des LT CD8, soit un état de différenciation caractérisé par des fonctions effectrices et prolifératives diminuées ainsi qu’une forte expression de récepteurs inhibiteurs (RI). Afin d’améliorer les thérapies vaccinales, les traitements antitumoraux et les thérapies lors des infections chroniques, il est important de mieux comprendre la différenciation des LT CD8. Nous avons étudié le rôle de NR4A3 dans la différenciation des LT CD8 chez la souris. NR4A3 est un récepteur nucléaire et un facteur de transcription (FT) dont l’expression est rapidement induite par une stimulation antigénique, mais dont le rôle dans les LT CD8 n’a pas été encore déterminé. Nous avons émis l’hypothèse que l’expression de NR4A3 dans ces cellules suite à une stimulation antigénique contrôle leur différenciation. Premièrement nous avons étudié le rôle du NR4A3 dans la différenciation des LT CD8 lors d’une infection aiguë et avons déterminé que la délétion de NR4A3 dans les LT CD8 augmente la différenciation MPEC, la génération des LTM et la production de cytokines. La régulation de la différenciation des LT CD8 par NR4A3 est transcriptionnelle et, lors des premiers jours postinfection, sa délétion induit un programme transcriptionnel associé avec la différenciation des LTM. De plus, dès les premières heures postactivation, la délétion de NR4A3 favorise l’induction d’un état de chromatine plus ouvert avec une prédiction d’activité augmentée des FT bZIP. Deuxièmement, nous avons étudié le rôle de NR4A3 lors d’une réponse immunitaire antitumorale au cours d’une thérapie cellulaire adoptive (ACT) sous traitement d’anti-PD-L1 (ligand d’un RI) où la meilleure fonctionnalité et persistance des LT CD8 NR4A3 déficients ont été mises à l’épreuve. Ainsi, l’ACT avec des LT CD8 NR4A3 déficients augmente la survie de souris porteuses de tumeurs et les lymphocytes T infiltrants les tumeurs (TIL) NR4A3 déficients sont moins terminalement épuisés et présentent des plus fortes proportions et nombres cellulaires intra-tumoraux. Le profil transcriptomique au niveau de cellules uniques a révélé que les TIL NR4A3 déficients favorisent la génération de progéniteurs distincts et des populations fonctionnelles associées avec le traitement anti-PD-L1. En conclusion, NR4A3 est un régulateur de la fonction et la différenciation des LT CD8 dont l’activité pourrait être modulée afin d’améliorer les stratégies de vaccination ou les thérapies cellulaires. / CD8 T cells are an immune cell population involved in the clearance of different types of infections and the elimination of tumor cells. The response capacity of CD8 T cells depends on their differentiation state. During an immune response, antigen-specific CD8 T cells are activated, differentiate and proliferate into effectors that participate in elimination of the pathogen. Among the pool effectors, there are short-lived effector cells (SLEC) that are terminally differentiated and die by apoptosis after the infection clearance, and the memory precursors effector cells (MPEC) that survive to give rise to memory CD8 T cells. However, during chronic infection or an anti-tumor immune response, antigen persistence and inflammation induce CD8 T cell exhaustion, which is a differentiation state characterized by decreased effector functions and proliferative capacity and an increased expression of inhibitory receptors (IR). Thus, to be able to increase the efficiency of CD8 T cells following vaccination, in the context of antitumoral or during treatment against chronic viral infections, it is important to better understand CD8 T cell differentiation. We studied the role of NR4A3 in CD8 T cell differentiation in mice. NR4A3 in a nuclear receptor and transcription factor (TF), which expression is rapidly induced following antigenic stimulation, but the role of its induction in CD8 T cells was not yet identified. We propose that NR4A3 expression in CD8 T cells following antigenic stimulation controls their differentiation. First, we studied the role of NR4A3 in CD8 T cell differentiation during acute infection and determined that its deletion increases MPEC differentiation, memory generation, and cytokines production. NR4A3 regulates CD8 T cell differentiation at the transcriptional level, and its deletion induces a memory-related transcriptional program early during the immune response (day three post-infection). Moreover, a few hours following the CD8 T cell activation, NR4A3 deletion increased chromatin accessibility, particularly to bZIP TF. Secondly, we studied the role of NR4A3 during the antitumoral response in the context of adoptive cell therapy (ACT) and cotreatment with anti-PD-L1 (ligand of an IR), during which we tested the increased functionality and persistence of NR4A3 deficient cells. ACT with NR4A3-deficient cells increases the survival of tumor-bearing mice. In addition, NR4A3 deficiency increased the frequency of tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) and decreased T cell exhaustion. Single-cell transcriptional profile of TILs revealed that NR4A3 deficiency induces the generation of a transcriptionally distinct progenitor population and an increase in functional populations associated with the anti-PD-L1 treatment. To conclude, NR4A3 is a new regulator of CD8 T cell differentiation and function whose activity regulation could increase the efficiency of vaccinations and cell therapy treatments.

The principle of trained immunity represents innate immune memory due to sustained, mainly epigenetic, changes triggered by endogenous or exogenous stimuli in bone marrow (BM) progenitors (central trained immunity) and their innate immune cell progeny, thereby triggering elevated responsiveness against secondary stimuli. BM progenitors can respond to microbial and sterile signals, thereby possibly acquiring trained immunity-mediated long-lasting alterations that may shape the fate and function of their progeny, for example, neutrophils. Neutrophils, the most abundant innate immune cell population, are produced in the BM from committed progenitor cells in a process designated granulopoiesis. Neutrophils are the first responders against infectious or inflammatory challenges and have versatile functions in immunity. Together with other innate immune cells, neutrophils are effectors of peripheral trained immunity. However, given the short lifetime of neutrophils, their ability to acquire immunological memory may lie in the central training of their BM progenitors resulting in generation of reprogrammed, that is, “trained”, neutrophils. Although trained immunity may have beneficial effects in infection or cancer, it may also mediate detrimental outcomes in chronic inflammation. Here, we review the emerging research area of trained immunity with a particular emphasis on the role of neutrophils and granulopoiesis.

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