Nos travaux décrivent l’identification et la caractérisation d’une cellule immunitaire : l’IKDC pour Interferon Producing killer dendritic cell. Cette population cellulaire, découverte à la faveur de la combinaison Imatinib mesilate et Interleukine 2 dans le traitement des métastases pulmonaires de mélanome B16F10 chez la souris, combine des caractéristiques de cellule dendritique (présentation antigénique) et de cellule natural killer (lyse sans apprentissage). Le phénotype des IKDC est le suivant :CD3-, CD19-, CD11c+,B220+, NK1.1+. Nous avons établi une stratégie de culture des IKDC ex vivo grâce à la trans-présentation de l’IL-15 et montré que ces cellules sont capables de présenter des antigènes aux lymphocytes T et de vacciner une souris contre une tumeur. Ce projet se poursuit par la mise en place d’un essai clinique de phase I utilisant Imatinib mesilate et l’Interleukine 2. / In this manuscript, we describe the isolation and the characterisation of a novel immune cell: the IKDC for Interferon Producing killer dendritic cell. This cell population, discovered thanks to the combination Imatinib mesilate and Interleukine 2 for the treatment of lung metastases of B16F10 murine melanoma, shares dendritic cell (antigen presentation) and natural killer cell (non specific lysis) properties. IKDC phenotype is the following: CD3-, CD19-, CD11c+, B220+, NK1.1+. We established a culture strategy for the IKDC ex vivo thanks to the trans-presentation of IL-15 and demonstrated that these cells once cultivated are able to prime lymphocytes and to protect mice from tumor development. This project has led to a phase I clinical trial testing the antitumor effect of the combination Imatinib mesilate and Interleukin 2.

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This study aimed to investigate the effects of IL-32 and IL-15 in the production of cytokines and microbicidal activity of primary human macrophages infected with L. (V.) braziliensis. For this, human peripheral blood monocytes were derived into macrophages and infected with metacyclic forms of L. (V.) braziliensis; evaluation of the infection index (4 h, phagocytosis, 48 h, microbicidal activity) in the absence or presence of rIL-32, rIL-15 or gamma interferon (rIFN) and lipopolysaccharide (LPS); in culture supernatants, IL-32, tumor necrosis factor (TNF) and IL-10 were measured by enzime-linked immunoassay. The addition of rIL-32 to macrophages did not significantly altered phagocytosis of the parasites or microbicidal activity of macrophages. Classical activation of macrophages with rIFN plus LPS decreased the infection index. rIL-32 em high concentration (200 ng/mL) was able to induce TNF in uninfected or infected macrophages, and IL-10 was not induced. Parasites induced lower amounts of intracellular IL-32 as well as rIFN0.1 ng / ml), but there was a synergism between the activation signals provided by the parasites and rIFN (0.1 ng / ml). In the opposite, rIFN in higher concentration (10 ng/mL) induced higher amounts of IL-32, but its activity was partially inhibited by parasites. The rIL-15 was able to induce IL- 32 and TNF in macrophages, but not IL-10 in both non-infected or infected macrophages. The rIL-15 also decreased phagocytosis of parasites by macrophages and increased the microbicidal activity of these cells. The data suggest that IL-15 induces IL-32 and TNF which can contribute to control of the infection. To evaluate the leishmanicidal mechanism pathways induced by IL-15 and IL-32 can help in the development of new therapies for the control of ATL. / A leishmaniose tegumentar americana (LTA) é uma doença infectoparasitária causada por protozários Leishmania, pertencentes aos subgêneros Viannia e Leishmania. No Brasil, a espécies mais comum e prevalente é L. (V.) braziliensis. Em pacientes com LTA, foi detectada a expressão da citocina interleucina 32 (IL-32) nas lesões cutâneas ou mucosas causadas por L. Viannia spp. No entanto, o papel da IL-32 na LTA ainda não foi esclarecido. Foi demonstrado que a IL-15 induz IL-32, além disso a IL-15 leva à morte de L. infantum. O presente estudo teve como objetivo investigar os efeitos da IL-32 e IL-15 na produção de citocinas e na atividade microbicida de macrófagos humanos primários infectados com L. (V.) braziliensis. Para isto, foi realizada a derivação de macrófagos humanos a partir de monócitos do sangue periférico de doadores não infectados e infecção com formas metacíclicas de L. (V.) braziliensis; avaliação do índice de infecção (4 h, fagocitose; 48 h, atividade microbicida), na ausência ou presença de tratamento com rIL-32, rIL-15 ou interferon gama (rIFN) e lipopolissacarídeo (LPS); e avaliação da produção de citocinas IL-32, fator de necrose tumoral (TNF) e IL-10, por ensaio imunoenzimático. A adição de rIL-32 às culturas de macrófagos primários infectados com L. (V.) braziliensis não alterou significantemente a fagocitose ou a atividade microbicida das células. A ativação clássica dos macrófagos com rIFN e LPS resultou em uma diminuição do índice de infecção. A rIL-32 em elevada concentração foi capaz de induzir TNF nos macrófagos não infectados ou infectados pelos parasitos L. (V.) braziliensis, sendo que não foi induzida produção de IL- 10. Os parasitos L. (V.) braziliensis induziram baixas quantidades de IL-32 intracelular, assim como rIFN0,1 ng/mL), porém houve sinergismo entre os sinais de ativação fornecidos pelos parasitos e os do rIFN (0,1 ng/mL). O rIFN em uma concentração mais elevada (10 ng/mL) induziu maiores quantidades de IL-32, porém esta indução foi parcialmente inibida pela infecção com os parasitos. A rIL-15 foi capaz de induzir IL-32 nos macrófagos e, além disso, induziu TNF e não induziu a produção de IL-10, tanto nos macrófagos infectados quanto não infectados. A rIL-15 também diminuiu a fagocitose dos parasitos pelos macrófagos e aumentou a atividade microbicida destes. Os dados sugerem que a IL-15 induz IL-32 e TNF que podem contribuir para o controle da infecção. Avaliar as vias de ativação de mecanismos leishmanicidas induzidos pelas IL- 15 e IL-32 podem auxiliar no desenvolvimento de novas terapias para o controle da LTA.

<p>Obesity is a major global health concern and is associated with the development of numerous non-communicable diseases. A thorough understanding of the onset of obesity is critical to the development of effective therapeutic strategies against this disease state. Recently, obesity has been described as a complex disease characterized by chronic low grade inflammation. Abnormal adipose tissue expansion is accompanied by an increased presence of proinflammatory immune cells, dysregulated adipokine expression, oxidative stress, and is associated with significant changes in the bacterial composition of the gut. While interleukin-15 (IL-15) has been studied extensively for its immunological effects, this cytokine has recently been shown to influence body weight and fat mass. The focus of this thesis was to elucidate the role of and mechanism by which IL-15 modulates adipose tissue. Our first study demonstrated that low levels of IL-15 expression are associated with adiposity and promotes an obese state in IL-15-/- mice and human subjects, while IL-15 overexpression was associated with a lean phenotype in IL-15tg mice when compared to appropriate controls. To uncover the underlining mechanisms by which IL- 15 mediates differences in body weight, we subsequently determined that IL-15 mediated weight loss occurred independently of lymphocytes. In another study, we showed that IL-15tg mice had increased mitochondrial activity and mass specific to adipose tissue compared to IL-15-/- and B6 mice, while acute IL-15 administration induced the expression of FAO markers in adipose tissue. Lastly, IL-15 treatment increased mitochondrial membrane potential and decreased lipid deposition in cultured adipocytes, suggesting that IL-15 may mediate its effects directly on adipose tissue. The experimental results presented in this thesis demonstrate that IL-15 is an important regulator of adipose tissue and body weight. Future studies examining the effects of IL- 15 on adipose tissue will further our knowledge on IL-15 biology, and may contribute to novel therapeutic strategies for the treatment and prevention of obesity.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

La maladie coeliaque réfractaire de type II (MCRII) est une complication sévère de la maladie coeliaque caractérisée par l’émergence dans l’épithélium intestinal d’une population clonale de cellules innées lymphoïdes (IE-ILC) avec un phénotype inhabituel. Nos travaux montrent en effet que ces IE-ILC ont un phénotype mixte avec des caractéristiques à la fois de lymphocytes T (LT) et de cellules NK, puisqu’elles expriment des récepteurs NK et contiennent les chaines du complexe CD3 en intracellulaire et des réarrangements du récepteur T. En outre, des travaux précédents du laboratoire ont montré que l’interleukine 15 (IL-15), produite en excès par les entérocytes des patients MCRII, joue un rôle central en permettant la survie de ces lymphocytes anormaux et de ce fait leur accumulation progressive dans l’intestin. Le premier objectif de ma thèse a été de comprendre l’ontogénie des IE-ILC chez l’homme. Nous avons démontré qu’une population «polyclonale» d’IE-ILC, possédant des caractéristiques similaires à ceux des lymphocytes clonaux de MCRII, est présente dans l’épithélium intestinal des sujets sains. En outre, ces cellules prédominent dans l’épithélium intestinal des très jeunes enfants (<1ans) et des patients allo-greffés après une chimiothérapie. Nous avons montré que la différenciation des IE-ILC peut–être récapitulée in vitro à partir de cellules souches hématopoïétiques (CSH), en combinant un signal NOTCH et IL-15; le signal NOTCH initie un programme T qui est interrompu par l’IL-15, conduisant à la reprogrammation des cellules vers une différenciation NK. Nous avons aussi montré que l’effet de l’IL-15 résulte de l’induction de la sérine protéase Granzyme B, qui clive la protéine NOTCH en fragments dépourvus d’activité transcriptionnelle. Le deuxième objectif de mon travail a été d’identifier le site de la différenciation des IE-ILC. Thymus et épithélium intestinal expriment en effet des ligands de NOTCH ainsi que de l’IL-15. Cette partie du travail a été conduite chez la souris. Nous avons montré qu’une population d’IE-ILC similaire à celle observée chez l’homme est présente dans l’épithélium murin. L’étude de différentes souris mutantes nous a permis de démontrer sa dépendance stricte de l’IL-15. La réalisation de greffes de thymus, l’analyse de souris athymiques et le transfert de cellules de la moelle osseuse chez des souris immunodéficiences a permis d’exclure tout rôle du thymus dans la différenciation des IE-ILC, et de suggérer que ces cellules se différencient dans l’intestin avant la migration des lymphocytes T. Dans leur ensemble, ces résultats caractérisent une nouvelle population de cellules lymphoïdes innées et une voie originale de différenciation. Nos résultats éclairent un débat de longue date sur la différenciation extra-thymique des lymphocytes de l’épithélium. Nous montrons que la différenciation T peut être initiée dans l’épithélium intestinal mais que l’IL-15 bloque cette différenciation, ce qui conduit à la génération d’une population particulière de IE-ILC avec un phénotype mixte de LT et de NK. La présence des IE-ILC chez les très jeunes enfants et chez les patients greffés suggère un rôle possible dans les défenses de l’épithélium intestinal avant l’activation du système immunitaire adaptatif et la migration intraépithéliale des LT. / Refractory celiac disease type II (RCDII) is a rare but severe complication of celiac disease characterized by the appearance in gut epithelium of clonal population of innate lymphoid cells (IE-ILC) with atypical features. Our work shows that IE-ILC have mixed phenotype close both to T cells and NK cells. Indeed, IE-ILC express NK markers, intracellular CD3 chains and exhibit T cell rearrangement. Moreover, previous data from the laboratory have shown that interleukin 15 (IL-15), a cytokine overexpressed in the gut of RCDII patients, plays a key role in survival of clonal IE-ILC1 and therefore promotes their accumulation in the gut epithelium. The first objective of my thesis has been to understand the ontogeny of IE-ILC in humans. We have demonstrated that polyclonal IE-ILC sharing similar features with clonal IE-ILC are present in the gut of healthy control. In addition, IE-ILC are preponderant in the gut epithelium of young children (<1year) and of grafted patients after chemotherapy. We have shown that differentiation of IE-ILC can be recapitulated in vitro from hematopoietic stem cells (HSC) by combining both NOTCH signal and IL-15. Indeed, NOTCH signal initiates T cell program, which is blocked by IL-15, reprogramming these cells toward the NK lineage. Moreover, we have shown that Granzyme B, a serine protease induced by IL-15, cleaves the NOTCH protein into a transcriptionnally inactive peptide. The second objective of my work has been to determine the site of differentiation of IE-ILC. Thymus and gut epithelium express both NOTCH ligands and IL-15. This question has to be addressed in mouse. We have shown that the mouse gut epithelium contains the counterpart of human IE-ILC1. We first confirmed that mouse IE-ILC1 require IL-15 for their differentiation and or survival using IL-15 deficient mice. Thymus graft experiment, analysis of athymic mice (nude) and HSC transplantation in empty hosts suggested that IE-ILC1 differentiate in the gut epithelium before immigration of T cells from thymus. In summary, our results describe a novel subset of IE-ILC1 together with their novel unconventional mechanism of differentiation. Our data allow to revisit the long time controversy on extra-thymic T cell differentiation in the gut. We have demonstrated that T cell program can be initiated in the gut epithelium but IL15-induced Granzyme B blocks this program and permits the generation of unconventional IE-ILC with mixed T cell and NK cell features. Because IE-ILC1 are preponderant in the gut epithelium of young children and of patients with recent bone marrow transplantation, we suggest that IE-ILC1 can play a major role in gut defense before activation of the gut adaptative immune system activate and migration of thymus-derived T cells into the gut epithelium.

La maladie coeliaque réfractaire de type II (MCRII) est une complication sévère de la maladie coeliaque caractérisée par l’émergence dans l’épithélium intestinal d’une population clonale de cellules innées lymphoïdes (IE-ILC) avec un phénotype inhabituel. Nos travaux montrent en effet que ces IE-ILC ont un phénotype mixte avec des caractéristiques à la fois de lymphocytes T (LT) et de cellules NK, puisqu’elles expriment des récepteurs NK et contiennent les chaines du complexe CD3 en intracellulaire et des réarrangements du récepteur T. En outre, des travaux précédents du laboratoire ont montré que l’interleukine 15 (IL-15), produite en excès par les entérocytes des patients MCRII, joue un rôle central en permettant la survie de ces lymphocytes anormaux et de ce fait leur accumulation progressive dans l’intestin. Le premier objectif de ma thèse a été de comprendre l’ontogénie des IE-ILC chez l’homme. Nous avons démontré qu’une population «polyclonale» d’IE-ILC, possédant des caractéristiques similaires à ceux des lymphocytes clonaux de MCRII, est présente dans l’épithélium intestinal des sujets sains. En outre, ces cellules prédominent dans l’épithélium intestinal des très jeunes enfants (<1ans) et des patients allo-greffés après une chimiothérapie. Nous avons montré que la différenciation des IE-ILC peut–être récapitulée in vitro à partir de cellules souches hématopoïétiques (CSH), en combinant un signal NOTCH et IL-15; le signal NOTCH initie un programme T qui est interrompu par l’IL-15, conduisant à la reprogrammation des cellules vers une différenciation NK. Nous avons aussi montré que l’effet de l’IL-15 résulte de l’induction de la sérine protéase Granzyme B, qui clive la protéine NOTCH en fragments dépourvus d’activité transcriptionnelle. Le deuxième objectif de mon travail a été d’identifier le site de la différenciation des IE-ILC. Thymus et épithélium intestinal expriment en effet des ligands de NOTCH ainsi que de l’IL-15. Cette partie du travail a été conduite chez la souris. Nous avons montré qu’une population d’IE-ILC similaire à celle observée chez l’homme est présente dans l’épithélium murin. L’étude de différentes souris mutantes nous a permis de démontrer sa dépendance stricte de l’IL-15. La réalisation de greffes de thymus, l’analyse de souris athymiques et le transfert de cellules de la moelle osseuse chez des souris immunodéficiences a permis d’exclure tout rôle du thymus dans la différenciation des IE-ILC, et de suggérer que ces cellules se différencient dans l’intestin avant la migration des lymphocytes T. Dans leur ensemble, ces résultats caractérisent une nouvelle population de cellules lymphoïdes innées et une voie originale de différenciation. Nos résultats éclairent un débat de longue date sur la différenciation extra-thymique des lymphocytes de l’épithélium. Nous montrons que la différenciation T peut être initiée dans l’épithélium intestinal mais que l’IL-15 bloque cette différenciation, ce qui conduit à la génération d’une population particulière de IE-ILC avec un phénotype mixte de LT et de NK. La présence des IE-ILC chez les très jeunes enfants et chez les patients greffés suggère un rôle possible dans les défenses de l’épithélium intestinal avant l’activation du système immunitaire adaptatif et la migration intraépithéliale des LT. / Refractory celiac disease type II (RCDII) is a rare but severe complication of celiac disease characterized by the appearance in gut epithelium of clonal population of innate lymphoid cells (IE-ILC) with atypical features. Our work shows that IE-ILC have mixed phenotype close both to T cells and NK cells. Indeed, IE-ILC express NK markers, intracellular CD3 chains and exhibit T cell rearrangement. Moreover, previous data from the laboratory have shown that interleukin 15 (IL-15), a cytokine overexpressed in the gut of RCDII patients, plays a key role in survival of clonal IE-ILC1 and therefore promotes their accumulation in the gut epithelium. The first objective of my thesis has been to understand the ontogeny of IE-ILC in humans. We have demonstrated that polyclonal IE-ILC sharing similar features with clonal IE-ILC are present in the gut of healthy control. In addition, IE-ILC are preponderant in the gut epithelium of young children (<1year) and of grafted patients after chemotherapy. We have shown that differentiation of IE-ILC can be recapitulated in vitro from hematopoietic stem cells (HSC) by combining both NOTCH signal and IL-15. Indeed, NOTCH signal initiates T cell program, which is blocked by IL-15, reprogramming these cells toward the NK lineage. Moreover, we have shown that Granzyme B, a serine protease induced by IL-15, cleaves the NOTCH protein into a transcriptionnally inactive peptide. The second objective of my work has been to determine the site of differentiation of IE-ILC. Thymus and gut epithelium express both NOTCH ligands and IL-15. This question has to be addressed in mouse. We have shown that the mouse gut epithelium contains the counterpart of human IE-ILC1. We first confirmed that mouse IE-ILC1 require IL-15 for their differentiation and or survival using IL-15 deficient mice. Thymus graft experiment, analysis of athymic mice (nude) and HSC transplantation in empty hosts suggested that IE-ILC1 differentiate in the gut epithelium before immigration of T cells from thymus. In summary, our results describe a novel subset of IE-ILC1 together with their novel unconventional mechanism of differentiation. Our data allow to revisit the long time controversy on extra-thymic T cell differentiation in the gut. We have demonstrated that T cell program can be initiated in the gut epithelium but IL15-induced Granzyme B blocks this program and permits the generation of unconventional IE-ILC with mixed T cell and NK cell features. Because IE-ILC1 are preponderant in the gut epithelium of young children and of patients with recent bone marrow transplantation, we suggest that IE-ILC1 can play a major role in gut defense before activation of the gut adaptative immune system activate and migration of thymus-derived T cells into the gut epithelium.

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 maladie coeliaque réfractaire de type II (MCRII) est une complication sévère de la maladie coeliaque caractérisée par l’émergence dans l’épithélium intestinal d’une population clonale de cellules innées lymphoïdes (IE-ILC) avec un phénotype inhabituel. Nos travaux montrent en effet que ces IE-ILC ont un phénotype mixte avec des caractéristiques à la fois de lymphocytes T (LT) et de cellules NK, puisqu’elles expriment des récepteurs NK et contiennent les chaines du complexe CD3 en intracellulaire et des réarrangements du récepteur T. En outre, des travaux précédents du laboratoire ont montré que l’interleukine 15 (IL-15), produite en excès par les entérocytes des patients MCRII, joue un rôle central en permettant la survie de ces lymphocytes anormaux et de ce fait leur accumulation progressive dans l’intestin. Le premier objectif de ma thèse a été de comprendre l’ontogénie des IE-ILC chez l’homme. Nous avons démontré qu’une population «polyclonale» d’IE-ILC, possédant des caractéristiques similaires à ceux des lymphocytes clonaux de MCRII, est présente dans l’épithélium intestinal des sujets sains. En outre, ces cellules prédominent dans l’épithélium intestinal des très jeunes enfants (<1ans) et des patients allo-greffés après une chimiothérapie. Nous avons montré que la différenciation des IE-ILC peut–être récapitulée in vitro à partir de cellules souches hématopoïétiques (CSH), en combinant un signal NOTCH et IL-15; le signal NOTCH initie un programme T qui est interrompu par l’IL-15, conduisant à la reprogrammation des cellules vers une différenciation NK. Nous avons aussi montré que l’effet de l’IL-15 résulte de l’induction de la sérine protéase Granzyme B, qui clive la protéine NOTCH en fragments dépourvus d’activité transcriptionnelle. Le deuxième objectif de mon travail a été d’identifier le site de la différenciation des IE-ILC. Thymus et épithélium intestinal expriment en effet des ligands de NOTCH ainsi que de l’IL-15. Cette partie du travail a été conduite chez la souris. Nous avons montré qu’une population d’IE-ILC similaire à celle observée chez l’homme est présente dans l’épithélium murin. L’étude de différentes souris mutantes nous a permis de démontrer sa dépendance stricte de l’IL-15. La réalisation de greffes de thymus, l’analyse de souris athymiques et le transfert de cellules de la moelle osseuse chez des souris immunodéficiences a permis d’exclure tout rôle du thymus dans la différenciation des IE-ILC, et de suggérer que ces cellules se différencient dans l’intestin avant la migration des lymphocytes T. Dans leur ensemble, ces résultats caractérisent une nouvelle population de cellules lymphoïdes innées et une voie originale de différenciation. Nos résultats éclairent un débat de longue date sur la différenciation extra-thymique des lymphocytes de l’épithélium. Nous montrons que la différenciation T peut être initiée dans l’épithélium intestinal mais que l’IL-15 bloque cette différenciation, ce qui conduit à la génération d’une population particulière de IE-ILC avec un phénotype mixte de LT et de NK. La présence des IE-ILC chez les très jeunes enfants et chez les patients greffés suggère un rôle possible dans les défenses de l’épithélium intestinal avant l’activation du système immunitaire adaptatif et la migration intraépithéliale des LT. / Refractory celiac disease type II (RCDII) is a rare but severe complication of celiac disease characterized by the appearance in gut epithelium of clonal population of innate lymphoid cells (IE-ILC) with atypical features. Our work shows that IE-ILC have mixed phenotype close both to T cells and NK cells. Indeed, IE-ILC express NK markers, intracellular CD3 chains and exhibit T cell rearrangement. Moreover, previous data from the laboratory have shown that interleukin 15 (IL-15), a cytokine overexpressed in the gut of RCDII patients, plays a key role in survival of clonal IE-ILC1 and therefore promotes their accumulation in the gut epithelium. The first objective of my thesis has been to understand the ontogeny of IE-ILC in humans. We have demonstrated that polyclonal IE-ILC sharing similar features with clonal IE-ILC are present in the gut of healthy control. In addition, IE-ILC are preponderant in the gut epithelium of young children (<1year) and of grafted patients after chemotherapy. We have shown that differentiation of IE-ILC can be recapitulated in vitro from hematopoietic stem cells (HSC) by combining both NOTCH signal and IL-15. Indeed, NOTCH signal initiates T cell program, which is blocked by IL-15, reprogramming these cells toward the NK lineage. Moreover, we have shown that Granzyme B, a serine protease induced by IL-15, cleaves the NOTCH protein into a transcriptionnally inactive peptide. The second objective of my work has been to determine the site of differentiation of IE-ILC. Thymus and gut epithelium express both NOTCH ligands and IL-15. This question has to be addressed in mouse. We have shown that the mouse gut epithelium contains the counterpart of human IE-ILC1. We first confirmed that mouse IE-ILC1 require IL-15 for their differentiation and or survival using IL-15 deficient mice. Thymus graft experiment, analysis of athymic mice (nude) and HSC transplantation in empty hosts suggested that IE-ILC1 differentiate in the gut epithelium before immigration of T cells from thymus. In summary, our results describe a novel subset of IE-ILC1 together with their novel unconventional mechanism of differentiation. Our data allow to revisit the long time controversy on extra-thymic T cell differentiation in the gut. We have demonstrated that T cell program can be initiated in the gut epithelium but IL15-induced Granzyme B blocks this program and permits the generation of unconventional IE-ILC with mixed T cell and NK cell features. Because IE-ILC1 are preponderant in the gut epithelium of young children and of patients with recent bone marrow transplantation, we suggest that IE-ILC1 can play a major role in gut defense before activation of the gut adaptative immune system activate and migration of thymus-derived T cells into the gut epithelium.

The societal burden of autoimmune diseases and donor organ transplant rejection in developed countries reflects the lack of effective immune suppressive drugs. The main objective of my thesis was to develop novel fusion proteins targeting receptors linked to autoimmunity; strategies that will allow the suppression of autoreactive cells while sparing resting lymphocytes. Interleukin (IL) 15 has been demonstrated to exert its effects mainly on activated T-cells triggered via their T-cell receptor (TCR). Since we found that the fusion of granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GMCSF) to IL15 - aka GIFT15 - paradoxically leads to aberrant signalling downstream of the IL15R and blocks interferon (IFN)-gamma secretion in a mixed lymphocyte reaction (MLR), we hypothesized to use this fusokine in proof-of-principle cell transplantation models and shown that GIFT15 can indeed block the rejection of allogeneic and xenogeneic cells in immunocompetent mice. Additionally, we found that ex vivo GIFT15 treatment of mouse splenocytes lead to the generation of regulatory B-cells (Bregs). These Bregs express high levels of MHCII, IL10 and are capable to block antigen (Ag)-presentation in vitro as third party bystander cells. Moreover, a single injection of these GIFT15-generated Bregs in mice with pre-developed experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) leads to long lasting remission of disease. / Along those lines, we also found that mesenchymal stromal cells (MSCs) lead to the paracrine conversion of CCL2 to an antagonist form capable of specifically inhibiting plasma cells and activated Th17 cells. This mechanistic insight informed the design of a second class of suppression fusokine. Namely, the fusing of antagonist CCL2 to GMCSF - aka GMME1. We tested its potential use in autoimmune diseases such as EAE and rheumatoid arthritis (RA). We demonstrated that GMME1 leads to asymmetrical signalling and inhibition of plasma cells as well as Th17 EAE/RA-reactive CD4 T-cells. The net outcome of these pharmacological effects is the selective depletion of CCR2-reactive T-cells as demonstrated both in vitro and in vivo. / Overall, our data support the use of our fusion proteins as part of a powerful and specific immunosuppressive strategy either as directly injectable protein biopharmaceuticals or through the ex vivo generation of autologous Bregs in the case of GIFT15.

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.

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