Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 72-80. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Les maladies allergiques sont devenues un enjeu de santé publique majeur en raison d’une prévalence en constante augmentation ces dernières années, d’un risque accru de choc anaphylactique et de l’absence de traitement curatif existant. Les allergies alimentaires sont caractérisées par une évolution fréquente vers le choc anaphylactique. Les lymphocytes T régulateurs (Treg), cellules permettant le maintien de l’homéostasie immunitaire et le contrôle des réponses, sont au centre du processus de régulation des réponses allergiques. Il a été démontré qu’il existait un déficit quantitatif et qualitatif de ces cellules chez les patients allergiques et que les manifestations allergiques étaient exacerbées en l’absence de Treg. L’induction, in vivo, de ces cellules semble donc être une alternative thérapeutique prometteuse afin de prévenir et traiter les maladies allergiques en particulier, l’allergie alimentaire. L’interleukine-2 (IL-2), cytokine du système immunitaire permettant la survie, l’expansion et la différenciation des lymphocytes, notamment les Tregs lorsqu’elle est utilisée à faible dose, constitue une avancée thérapeutique majeure. L’objectif de cette thèse a été d’évaluer le potentiel thérapeutique de l’IL-2 faible dose dans l’allergie alimentaire. L'IL-2 faible dose induit l’expansion et l’activation de Treg permettant la mise en place d’une protection contre les manifestations cliniques d'allergie alimentaire dans deux modèles de souris avec l'ovalbumine et l'arachide. L’abolition de cet effet clinique chez les souris dont les Treg ont été éliminés démontre la contribution majeure des Treg dans l'efficacité de la thérapie IL-2. Les mécanismes associés à la protection peuvent être corrélés à une modification locale de la balance Th1 / Th2 et une inhibition du recrutement et de l'activation des mastocytes. Nous avons démontré que l’IL-2 induit une protection clinique durable, supérieure à 7 mois, aussi bien lorsqu’elle est administrée de façon préventive (avant la phase de sensibilisation), que curative (après la sensibilisation ou le déclenchement de l’allergie). Cette protection à long terme est également dépendante des Treg dans la mesure où leur déplétion entraine la perte de protection de souris. Ces résultats, combinés à l’absence visible d’augmentation des Treg en fin de protocole, nous ont conduits à caractériser les mécanismes immunorégulateurs inhérents à ce contrôle effectif à distance et sur le long terme après traitement, en analysant notamment les sous populations de cellules régulatrices particulièrement efficace pour contrôler les réponses allergiques. Les résultats préliminaires obtenus, qu’il conviendra de reproduire, ne nous permettent pas de conclure clairement quant à la sélection des Treg spécifiques de l’allergène, ou de sous population de Treg, réputées protectrices dans l’allergie. Toutefois, nos résultats constituent la preuve de concept de l’utilisation de l’IL-2 faible dose dans l’allergie alimentaire. De même l’IL-2 a également montré son efficacité dans un modèle murin d’allergie respiratoire (ovalbumine). Nous avons aussi démontré que des voies d’administration alternatives étaient possibles, notamment la voie orale. De ce fait, un essai clinique de phase II testant l’administration d’IL-2 faible dose dans la rhinoconjonctivite va prochainement être mise en place par notre centre d’investigation clinique. Ainsi, nous espérons développer une nouvelle biothérapie, sûre, efficace et peu coûteuse, dans la prise en charge thérapeutique des allergies. / Regulatory T cells (Treg) are pivotal for maintenance of immune self-tolerance, and also regulate immune responses to exogenous antigens, including allergens. Both decreased Treg number and function have been reported in allergic patients, offering new therapeutic perspectives. The in vivo induction of these cells therefore, appears to be a promising therapeutic option in order to prevent and treat allergic diseases in particular, food allergy. Interleukin-2 (IL-2), allowing the survival, expansion and differentiation of lymphocytes, especially Treg when used at low doses, is a major therapeutic advance. Here, we evaluated the ability of low dose IL-2 (intraperitoneal route to control) allergy in an experimental model of food allergy. Low dose IL-2 (ld-IL-2) induced Treg expansion and activation that elicited protection against clinical manifestations of food allergy in two mouse models with ovalbumin and peanut. This clinical effect was lost in Treg-depleted mice demonstrating the major contribution of Treg in ld-IL-2 efficacy. Also, protection from allergy could be explained by a Treg-dependent local modification of the Th1/Th2 balance and an inhibition of mast cell recruitment and activation. Then, preventive and therapeutic effects of ld-IL-2 were observed over a 7-month period, highlighting its long-term efficacy. This long-term protection is also dependent on Treg insofar as their depletion results in the loss of protection of mice. These results, with the loss of increase of Treg at the end of the protocol, led us to better characterize the immunoregulatory mechanisms involved in the ld-IL2 long term efficacy, in particular by analyzing subpopulations of Treg particularly effective in controlling allergic responses. The preliminary results obtained, which should be reproduced, do not allow us to conclude clearly to the selection of allergen-specific Treg, or Treg subpopulation involved in the regulation of allergic responses. However, our results demonstrate the proof of concept of the use of low-dose IL-2 in food allergy. Similarly IL-2 has also shown its efficacy in a mouse model of asthma (ovalbumin). Alternative routes of administration were also demonstrated, including oral route. As a result, a clinical trial testing low-dose IL-2 in rhinoconjunctivitis will soon be initiated by our center. The present data show for the first time the therapeutic potential of ld-IL-2 for the treatment of food allergy, and should prompt hope, in the therapeutic management of allergies. Patients will be offered the first curative treatment developed in food allergies to improve their quality of life. Keywords: Allergy, Interleukin 2, biotherapy, therapeutic option, allergen-specific Treg, peripheral Treg.

Les calpaïnes 1 et 2 sont des protéases à cystéine ubiquitaires et la calpastatine est leur inhibiteur naturel, également ubiquitaire. Les calpaïnes sont impliquées dans le développement de la réponse inflammatoire via l’activation par protéolyse partielle de plusieurs substrats (activation de NF-κB par le clivage de I-κBα, remodelage du cytosquelette des cellules inflammatoires, clivage de la protéine chaperonne HSP 90…).Il a été précédemment démontré que les calpaïnes favorisent le vieillissement neuronal. Nous avons pu montrer dans un modèle murin que l’inhibition in vivo des calpaïnes par la surexpression de calpastatine limite le vieillissement notamment rénal et vasculaire. L’inflammation liée au vieillissement ou « inflammaging » est considérablement réduite par l’inhibition spécifique des calpaïnes. Ceci est dû, au moins en partie, à l’effet des calpaïnes sur la production de cytokines pro-inflammatoires et sur la maturation de l’interleukine-1.Si les calpaïnes intracellulaires exercent un rôle pro-inflammatoire, les calpaïnes externalisées ont un effet anti-inflammatoire via le clivage de TLR2. Les calpaïnes peuvent en effet être excrétées hors des cellules via les transporteurs ABCA1. Dans le cadre d’un modèle murin de mélanome, nous avons pu montrer que l’inhibition des seules calpaïnes extracellulaires par la surexpression de calpastatine extracellulaire préserve TLR2 et limite ainsi la progression de la tumeur.Les calpaïnes intra- et extracellulaires sont des médiateurs majeurs de la réponse inflammatoire et modulent « l’inflammaging » ainsi que la réponse immune anti-tumorale. / Calpain 1 and 2 are cysteine proteases and calpastatin is their natural inhibitor. Calpains and calpastatin are ubiquitous. Calpains are involved in inflammatory response development via activation by partial proteolysis of several substrates (NF-kappaB activation by I-kappaBalpha cleavage, remodeling of inflammatory cells cytoskeleton, cleavage of chaperone protein HSP90 ... ). It has been previously shown that calpains promote neuronal aging. We have shown in a mouse model that inhibition of calpain by calpastatin overexpression limits renal and vascular aging. The inflammation associated with aging or "inflammaging" is considerably reduced by specific inhibition of calpain. This is due, at least in part, to calpain effect on production of pro-inflammatory cytokines and in maturation of interleukin-1 alpha. If intracellular calpains are pro-inflammatory, secreted calpains have an anti-inflammatory effect via cleavage of TLR2. Calpains can indeed be excreted out of the cells via the transporter ABCA1. In the context of a mouse model of melanoma, we have shown that inhibition of extracellular calpain by only extracellular calpastatin overexpression preserves TLR2 and thus limit the progression of the tumor.Calpains intra- and extracellular are major mediators of inflammatory response and modulate the "inflammaging" and the anti-tumor immune response.

Depuis les dernières décennies, plusieurs études épidémiologiques montrent des associations entre l’infection/inflammation durant la grossesse, les accouchements prématurés, les lésions cérébrales périnatales et les troubles neuro-développementaux ultérieurs tels que l’autisme. Le pathogène le plus fréquemment rencontré durant la grossesse est le streptocoque de groupe B (SGB). Le SGB colonise le tractus gastro-intestinal et/ou vaginal de 10 à 30% des femmes enceintes et provoque une combinaison d’infection et d’inflammation dont la cible la plus fréquente est le placenta (chorioamnionite). Nous avions précédemment montré, à l’aide d’un modèle animal pré-clinique (rat), que l’exposition systémique au SGB inactivé en fin de gestation induit une chorioamnionite, des lésions cérébrales ainsi que des traits comportementaux de type autistique dans la progéniture mâle. Dans le cadre de ce travail, nous avons précisé la nature de la réaction inflammatoire sous-jacente à l’exposition maternelle au SGB inactivé en fin de gestation. Cette réaction inflammatoire est caractérisée par une surexpression d’IL-1β à la fois dans le plasma maternel, le placenta et le plasma foetal. Les placentas présentent une chorioamnionite sévère, principalement caractérisée par des infiltrations de cellules inflammatoires (majoritairement des cellules polymorphonucléaires neutrophiles (PMN), s’étendant jusqu’au versant foetal placentaire. De manière générale, les tissus associés aux foetus mâles présentent des niveaux d’inflammation supérieurs, autant par le profil d’expression des cytokines pro-inflammatoires (IL-1β, IL-6 et TNF-α) que par les infiltrations de PMN. Puisque l’IL-1 est une cytokine pro-inflammatoire associée au travail préterme, aux lésions cérébrales ainsi qu’à l’autisme, nous avons tenté de valider son rôle dans la genèse des troubles neuro-développementaux SGB-induits dans notre modèle. Toutefois, le rôle de l’IL-1 n’a pu être élucidé. Ces résultats supportent les évidences croissantes que le sexe foetal impacte la susceptibilité du foetus face aux agressions inflammatoires. Ces résultats ouvrent plusieurs nouvelles avenues de recherche, notamment sur l’identification de joueurs clés dans la réaction inflammatoire materno-foetale suivant l’exposition au SGB et ainsi développer de nouvelles mesures pour protéger le placenta et le cerveau du foetus en développement. / Abstract : For the last decades, epidemiological studies have associated preterm birth, cerebral lesions and neurodevelopmental disorders to infection and/or inflammation during pregnancy. One of the most common pathogen encountered during gestation is Group B Streptococcus (GBS), which colonizes 10 to 30% of pregnant women’s gastro-intestinal and/or vaginal tracts. We have previously shown - with a preclinical rat model - that exposure to killed GBS at the end of gestation leads to placental and cerebral lesions. Moreover, only male offspring from mothers who experienced GBS-induced gestational inflammation displayed autistic-like behavior. In this work, we analyzed the inflammatory response to maternal inactivated GBS exposure at the end of gestation. This inflammatory response involves IL-1β, which is over expressed in maternal plasma, placenta and fetal plasma. Placentas displayed acute signs of histological chorioamnionitis, with polymorphonuclear cells (PMN) infiltrations even on the fetal side of placenta. Following GBS-induced inflammation, tissues associated to male fetuses generally showed increased inflammatory response as compared to females (IL-1β, IL-6 and TNF-α) and higher PMN placental infiltrations. Because IL-1β is associated to preterm birth, cerebral damage and autism, we wanted to validate the role of IL-1 in the onset of GBS-induced autism-like behavior in our animal model. However, at this stage, we have not been able to demonstrate this role. These results support the evidences that fetal sex matters for fetal susceptibility to inflammatory aggressions during pregnancy. These results pave the way toward the identification of key molecules in chorioamnionitis, brain damage and subsequent neurobehavioral disorders. This will help to find new strategies to protect the placenta and the fetal brain.

Les polynucléaires éosinophiles sont des leucocytes multifonctionnels qui participent aux réponses innées et adaptatives par l’expression et la sécrétion de nombreux récepteurs et médiateurs. De plus en plus d’études, épidémiologiques, in vivo ou in vitro, suggèrent la participation des éosinophiles dans l’immunité anti-tumorale, et notamment dans le contexte du cancer du côlon. En effet, la présence d’une TATE (Tumor-Associated Tissue Eosinophilia) chez les sujets atteints de cancers est, en général, associée à un pronostic favorable. De même, notre laboratoire ainsi que d’autres équipes ont montré que les éosinophiles humains expriment des récepteurs et médiateurs, communs aux lymphocytes et connus pour être impliqués dans l’immunité anti-tumorale, tels que le 2B4, le complexe CD3/TCRγδ ou le granzyme A. La stimulation des éosinophiles in vitro, via ces récepteurs, conduit à la mort de cellules cancéreuses. Cet effet nécessitant un contact entre les cellules impliquant LFA-1 sur les éosinophiles. L’interleukine-18 est un membre de la famille des cytokines de l’IL-1. Elle fut initialement identifiée comme un facteur induisant la production d’IFNγ, basé sur sa capacité à promouvoir une réponse de type Th1 chez les lymphocytes et les cellules NK. Aujourd’hui, l’IL-18 est considérée comme une cytokine immuno-régulatrice capable de stimuler de nombreux types cellulaires. Son implication dans la réponse anti-tumorale est de plus en plus reconnue, notamment en favorisant la cytotoxicité de cellules NK. Nous avons donc étudié si cette cytokine pouvait également être impliquée dans la cytotoxicité des éosinophiles. Dans ce travail, nous avons démontré que les éosinophiles humains exercent une cytotoxicité vis-à-vis de plusieurs lignées cellulaires tumorales avec cependant une certaine hétérogénéité. L’IL-18 est non seulement capable d’activer in vitro les éosinophiles mais elle participe également à leur activité anti-tumorale vis-à-vis d’une lignée de carcinome du côlon, en favorisant notamment le contact entre les deux types cellulaires. Nos résultats proposent l’IL-18 comme un nouveau médiateur dans l'activité anti-tumorale des éosinophiles et apportent également un nouvel argument en faveur du rôle bénéfique que les éosinophiles peuvent exercer, notamment dans le contexte du cancer du colon. / Eosinophils are multifunctional leukocytes which participate in innate and adaptive immune response though the expression and secretion of various receptors and mediators. Numerous epidemiological, as well as in vivo and in vitro studies suggest the involvement of eosinophils in antitumor immunity, notably in context of colon cancer. In fact, a TATE (Tumor-associated tissue eosinophilia) is associated with a good prognostic value. Recently, we and others have shown that human eosinophils expressed receptors and mediators shared with lymphocytes and involved in anti-tumor defense, such as 2B4, TCRγδ/CD3 complex, and granzyme A (8–10). Eosinophil stimulation through these receptors induced tumor cell death in vitro. This activity required cell-cell contact involving LFA-1 on eosinophils. IL-18 is a member of the IL-1 family of cytokines. IL-18 was first identified as an IFNγ-inducing factor, based on its ability to enhance the Th1-type immune response by stimulating NK cells and T cells. IL-18 is actually considered as an immunoregulatory cytokine able to stimulate various cell types. IL-18 participates in antitumor responses notably by enhancing NK cell-mediated cytotoxicity. In this context, we have studied whether this cytokine may be also involved in eosinophil-mediated cytotoxicity. In this study, we show that human eosinophils exert cytotoxicity against tumor cells in vitro, with heterogeneity according to the type of target cells. IL-18 increases eosinophil-mediated cytotoxicity towards a carcinoma cell line in vitro by promoting cell-cell contact between these two cell types. Our results propose IL-18 as a new mediator in antitumor properties of human eosinophils and support further evidence that eosinophils could exert a beneficial role, notably in the context of colon cancer.

Le fer est un élément essentiel à de nombreux processus physiologiques fondamentaux. Lors d'une infection, une forte compétition entre l'hôte et l'agent pathogène a lieu ; alors que la bactérie a besoin d'acquérir le fer de l'hôte, pour son développement et sa virulence, l'hôte déploie de nombreux mécanismes pour protéger ses stocks de fer. Il sécrète notamment un peptide capable de moduler l'homéostasie du fer au niveau systémique, l'hepcidine, qui va causer une diminution de la quantité de fer sérique, une rétention intracellulaire du fer et donc une restriction du fer accessible aux pathogènes. Lors d'une inflammation, l'expression de l'hepcidine est décrite dans la littérature pour être principalement induite via l'activation de deux voies de signalisation : la voie STAT3 et la voie BMP/SMAD, l'altération de chacune de ces voies conduisant à un défaut d'induction d'hepcidine. Cependant, nos précédentes observations publiées ont infirmé le rôle de l'IL6, ligand de la voie STAT3, dans la régulation de l'hepcidine en réponse au LPS, et ont suggéré l'implication d'un peptide appartenant à la famille du TGFb, l'activine B, dans la régulation de l'hepcidine via l'activation de la voie BMP/SMAD in vivo. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés au rôle de l'activine B dans la régulation de l'hepcidine in vivo, lors d'une infection. Grâce à l'utilisation de souris invalidées pour le gène codant l'activine B (Inhbb-/-), nous avons confirmé que l'activine B était un ligand endogène de la voie BMP/SMAD dans le foie, puisqu'elle induit la phosphorylation des effecteurs SMAD en réponse au LPS. Cependant, nous avons pu clairement démontrer que l'activine B, et donc l'augmentation de la phosphorylation des effecteurs SMAD, ne participaient pas à la régulation de l'hepcidine in vivo, en réponse à l'infection. Nous nous sommes alors intéressés à l'implication de l'IL6 dans la régulation de l'hepcidine. Alors que l'absence d'Il6 n'altère pas l'induction de l'hepcidine in vivo en réponse au LPS, cette cytokine semble jouer un rôle clé pour la réponse de l'hôte lors d'une infection par une bactérie. Dans ce contexte, la littérature décrit l'importance de l'IL6 pour une réponse immunitaire protectrice de l'hôte lors d'une infection. Lors d'une infection, nous proposons donc l'implication d'une nouvelle voie de signalisation dans l'expression de l'hepcidine. De plus, nous suggérons un rôle important de l'IL6, non pas dans la régulation transcriptionnelle de l'hepcidine, mais pour la protection de l'hôte lors d'une infection bactérienne. Enfin, nos résultats montrent qu'un niveau d'activation basal de la voie BMP/SMAD est requis pour une induction d'hepcidine lors d'inflammation, et que l'augmentation de la phosphorylation des effecteurs SMAD observée en réponse à l'inflammation ne participe pas à cette régulation. / Iron is essential for several fundamental metabolic processes. During infection, a strong competition between the host and the pathogen occurs; while the bacteria needs to acquire iron from the host, for its growth and virulence, hosts have developed several mechanisms to protect its iron stores. In particular, the host produces a peptide in order to modulate systemic iron homeostasis, hepcidin. Hepcidin decreases the amount of circulating iron, causes intracellular iron retention and thus a restriction of accessible iron to pathogens. During inflammation, hepcidin expression is described in the literature to be mainly mediated through activation of two signaling pathways: the STAT3 and the BMP/SMAD pathways. Impairment of one of these pathways leads to an impaired hepcidin induction. However, our previous published observations did not support the role of IL6, the major ligand of STAT3 pathway, in the regulation of hepcidin in response to LPS, but suggested the involvement of another protein, that belongs to the TGFb family, activin B, in the regulation of hepcidin via the activation of the BMP/SMAD pathway in vivo. In this study, we investigated the role of activin B in the regulation of hepcidin in vivo, during infection. By using knockout mice for the gene encoding activin B (Inhbb-/-), our results suggest that activin B is not involved in the regulation of hepcidin in vivo in response to infection. We then investigated the function of IL6 in the regulation of hepcidin. Although the absence of IL6 does not affect the induction of hepcidin in vivo in response to LPS, this cytokine appears to play a key role in the host response during bacterial infection. Indeed, the literature describes the importance of IL6 for a protective immune response of the host during infection. During infection, we hypothesize that another signaling pathway regulates hepcidin expression. In addition, we suggest an important role of IL6, not in the transcriptional regulation of hepcidin, but for the host protection during a bacterial infection. Finally, our results also show that basal level of BMP/SMAD pathway is required for an appropriate induction of hepcidin during inflammation.

Les macrophages associés aux tumeurs (TAMs) proviennent des monocytes circulants attirés par l'inflammation chronique due à la tumeur. Ces monocytes vont se différencier en une variété de macrophages en fonction des médiateurs présents dans le microenvironnement tumoral. Ainsi, il est admis que les macrophages peuvent stimuler la croissance tumorale (macrophages classiquement appelés M2), mais peuvent aussi reconnaitre et éliminer spécifiquement les cellules transformées (macrophages M1). Cette dichotomie fonctionnelle est dépendante du stade de développement cancéreux et plus spécifiquement de l'évolution du microenvironnement tumoral. De manière générale, l'infiltration et la densité élevée des TAMs au niveau de la tumeur sont corrélées à un mauvais pronostic et de ce fait les TAMs sont considérés comme une cible thérapeutique importante. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes attachés dans un premier temps à caractériser le phénotype et les fonctions des macrophages au cours de l'évolution de la tumeur. La mise en place d'un modèle murin préclinique de lymphome T (cellules EL4) nous a permis de montrer que les macrophages présents à un stade tardif du développement tumoral, sont capables de stimuler la prolifération des cellules tumorales. Ces macrophages produisent des facteurs pro-angiogéniques, comme le TGF-ß, et immunosuppresseurs, comme l'IL-6, l'IL-10 et l'Indoléamine dioxygénase (IDO). De manière intéressante, nous avons démontré la capacité de l'IL-6, sécrétée en grande quantité dans l'ascite tumorale, à induire la différenciation des macrophages résidents en macrophages M2 pro-tumoraux. Inversement, nous avons montré que des macrophages murins résidents activés par l'IFN-? ou l'IL-13, cytokines non présentes dans l'ascite tumorale, acquièrent un phénotype anti-tumoral. Alors que l'IFN-? est connu pour induire un macrophage M1 présentant un puissant potentiel tumoricide, nous montrons que l'IL-13, qui polarise les macrophages vers un phénotype alternatif (M2), peut aussi différencier les macrophages vers un phénotype anti-tumoral. Dans ce contexte, nous avons étudié les mécanismes anti-tumoraux des macrophages polarisés par l'IL-13 vis-à-vis des cellules lymphoblastoïdes T. De façon originale, nous avons montré que les macrophages activés par l'IL-13 induisent la nécrose des cellules EL4, en produisant des radicaux libres oxygénés (RLO) et en déplétant l'arginine par l'augmentation de l'activité arginase. Nous avons également montré que les récepteurs Mannose et Dectine-1(Récepteurs Lectine de type-C), fortement exprimés par les macrophages activés par l'IL-13, reconnaissent les cellules tumorales et déclenchent la production des RLO en activant la voie Syk-P47phox. Ils induisent aussi la surexpression de l'arginase en activant la libération d'acide arachidonique et la production des HETEs (acide hydroxy-eicosatétraénoïque), agonistes naturels du récepteur nucléaire PPAR?. De plus, nous avons pu valider, in vivo, la capacité de l'IL-13 à reprogrammer les macrophages pro-tumoraux associés au lymphome T vers un phénotype anti-tumoral et à induire une régression de la tumeur. Ces résultats ont été confirmés par la diminution de la charge tumorale des souris porteuses de lymphome T, après un transfert adoptif des macrophages activés par l'IL-13. Enfin, nous avons établi que l'IL-13 active aussi les fonctions anti-tumorales des macrophages dérivés de monocytes humains contre diverses cellules tumorales humaines. Ce travail illustre la complexité du paradigme M1/M2 dans la description des fonctions pro- et anti-tumorales des macrophages. Ainsi, nos travaux démontrent la capacité de l'IL-13 à stimuler les défenses anti-tumorales des macrophages dans le cadre d'un lymphome T. Ce travail montre également que la modulation efficace des récepteurs Mannose et Dectine-1 par l'IL-13 pourrait permettre d'orienter l'interaction " cellules tumorales-macrophages " pour le bénéfice de l'hôte. / Tumor-associated macrophages (TAMs) are derived from circulating monocytes attracted by the chronic inflammation in the tumor. These monocytes differentiate into a variety of macrophages according to the mediators present in tumor microenvironment. Thus, it is known that macrophages can stimulate tumor growth (usually called M2 macrophages) but may also, in other circumstances, specifically recognize and eliminate transformed cells (M1 macrophages). This functional dichotomy is dependent on the stage of cancer development and specifically on tumor microenvironment. In general, the infiltration and the high density of TAMs in the tumor are associated with poor prognosis and consequently, TAMs might be an important therapeutic target. In this work, we first focused on the phenotype and the functions of the macrophages associated to tumor progression. The use of a preclinical mouse model of T-cell lymphoma (EL4 cells) has shown that macrophages associated to the late stage of tumor development stimulate EL4 tumor cell proliferation. These macrophages produce pro-angiogenic factors like TGF-ß and immunosuppressive mediators, such as IL-6, IL-10 and Indoleamine dioxygenase (IDO). Interestingly, we have shown that IL-6, highly secreted in tumor ascites, can improve protumoral functions of resident macrophages. Conversely, murine resident macrophages activated by IFN-? or IL-13, cytokines not detected in the tumor ascites, acquire an antitumor phenotype. While IFN-? is known to induce M1 macrophages with a powerful tumoricidal potential, we report that IL-13, which stimulate alternative phenotype (M2) of macrophages, can induce antitumor functions of macrophages. In this context, we studied the antitumor mechanisms of IL-13-activated macrophages against T-lymphoma cells. We report that IL-13-activated macrophages exert antitumor activity by promoting T-lymphoma cell necrosis through ROS release and arginase induced-L-arginine depletion. In fact, L-arginine degrading enzymes have been suggested as antitumor agents against multiple tumor lineages auxotrophic for L-arginine. We have also shown that the activation of IL-13-activated macrophages antitumor functions is dependent on the tumor cell recognition by mannose and dectin-1 receptors (C-type Lectin Receptors). Indeed, after recognition, these receptors that are overexpressed by IL-13-activated macrophages, activate Syk-P47phox pathway for ROS production and arachidonic acid-HETEs (hydroxy-eicosatetraenoic acid)-PPAR? axis for arginase activity. Moreover, IL-13 improves T-cell lymphoma regression in tumor-bearing mice through its ability to reprogram TAMs toward cytotoxic effectors. This was supported by a decrease of tumor burden in tumor-bearing mice after adoptive transfer of IL-13-activated macrophages. Finally, we established that IL-13 activates human monocyte-derived macrophages to become tumoricidal against various human tumor cells. This work shows the complexity of the M1/M2 paradigm in the description of pro- and antitumor functions of macrophages. Thus, our findings demonstrate the ability of IL-13 to stimulate macrophage antitumor activities, in the context of T-cell lymphoma. This work also suggests that effective modulation of mannose and dectin-1 receptors by IL-13 might shift the "tumor cells-macrophages" interaction for the host benefit.

Le système nerveux central est isolé de l’environnement grâce à un ensemble de barrières, incluant la barrière osseuse et la barrière hémato-encéphalique. Il existe cependant des zones où ces barrières sont absentes ou affaiblies, et c’est notamment le cas au niveau des nerfs olfactifs qui ont pour origine les neurones présents dans la cavité nasale. Ces neurones participent à la détection des odeurs et leurs axones contactent directement le système nerveux central au niveau des bulbes olfactifs en traversant la lame criblée de l’éthmoïde. Cette « voie olfactive » représente ainsi un site d’entrée privilégié de certains pathogènes vers le cerveau. La muqueuse olfactive, du fait de son positionnement à l’interface entre l’environnement et le système nerveux central, constitue donc une zone particulièrement sensible sur le plan immunologique. Si cette muqueuse est connue pour produire des composants antimicrobiens, les mécanismes cellulaires et moléculaires mobilisés dans le cadre d’infections par des pathogènes respiratoires restent peu décrits.Au cours de ma thèse, nous nous sommes tout d’abord focalisés sur l’interleukine 17c, connue comme puissant médiateur des réponses immunitaires innées épithéliales respiratoires et dont les récepteurs sont exprimés dans la muqueuse olfactive. Nous avons notamment pu montrer qu’elle était mobilisée in vivo dans un contexte mimant une infection virale et qu’elle favorisait le renouvellement épithélial ainsi que l’infiltration de cellules immunitaires. En voulant caractériser son action dans un contexte viral, nous avons été amenés à étudier les effets de deux virus respiratoires sur la muqueuse olfactive (le virus influenza et le virus respiratoire syncytial). Nous avons observé que les deux virus pouvaient infecter efficacement les neurones sensoriels olfactifs, mais avec une charge virale plus élevée pour influenza. A dose équivalente, le virus de la grippe provoque d'importants dégâts dans la muqueuse olfactive mais ne s’établit pas durablement dans la muqueuse, ce qui suggère que ce virus est éliminé très efficacement et rapidement. En nous focalisant sur les processus d'élimination des neurones sensoriels olfactifs infectés, nous avons identifié un nouveau mécanisme antiviral précoce basé sur l'élastase, une enzyme précédemment décrite comme sécrétée par les neutrophiles, principaux acteurs du système immunitaire inné.Dans l’ensemble, ces travaux de thèse mettent en lumière les défenses immunitaires présentes dans la cavité nasale contre les virus respiratoires et apportent de nouvelles perspectives dans le contrôle des virus infectant le système nerveux central par la voie olfactive. / The central nervous system is sheltered from the environment thanks to cranial bones and the blood brain barrier. Some parts of these barriers are weaker, especially around olfactory nerves originating from olfactory sensory neurons in the nasal cavity. These neurons detect odorants and their axons cross the cribriform plate to project directly into the brain at the level of the olfactory bulbs. The cribriform plate is a thin and perforated area of the cranial bones allowing the crossing of the olfactory nerves. This “olfactory pathway” constitutes a privileged entry site for viruses toward the central nervous system. Hence, the olfactory mucosa represents a particularly sensitive area for the immune system. While the olfactory mucosa is known to produce various anti-microbial compounds, the described molecular and cellular mechanism of immune system defenses against viruses remains sparse.The interleukin 17c (IL-17c) is known as an innate immunity response actor in the respiratory epithelium. While its receptors are expressed in the olfactory mucosa, its role in this tissue was unknown. We found that IL-17c is involved in olfactory mucosa responses to Poly(I:C) mimicking virus presence. We observed that nasal instillation of IL-17c accelerated the olfactory mucosa turn-over and induced its infiltration by immune cells. In attempt to characterize the role of IL-17c in a real viral context, we started to focus on the impact of two viruses of the respiratory tract: influenza and the respiratory syncytial virus. We observed that both viruses could effectively infect olfactory sensory neurons but with a higher virus load for influenza. Indeed, at similar doses, influenza induced important damages in the olfactory mucosa but was not present, indicating that influenza virus is very effectively and rapidly eliminated from the olfactory mucosa. By focusing on the elimination processes of infected olfactory sensory neurons, we identified a novel early anti-viral mechanism based on elastase, an enzyme previously described as secreted by neutrophils, main actors of the innate immunity system.Overall, my PhD results provide new insights on the immune defenses present in the olfactory mucosa against respiratory viruses and could bring new perspectives in the control of virus infecting the central nervous system.

La perte de l'homéostasie suite à une infection ou une blessure est toujours accompagnée par une réponse inflammatoire dont la fonction est de rétablir l'intégrité du tissu et des processus physiologiques. Le système immunitaire inné est un élément critique de la réponse inflammatoire et ses activités incluent le confinement et l'élimination de l'agent infectieux et/ou blessant et la promotion de la réparation du tissu. Ces rôles différents de l'immunité innée surviennent à travers des phases différentes, chacune caractérisée par son propre amalgame d'effectifs moléculaires, cellulaires et de systèmes physiologiques. L'efficacité de la réponse inflammatoire est dépendante de son habilité à coordonner ces différents effecteurs. La cytokine pro-inflammatoire interleukine 1 beta (IL-ß) est un des plus importants coodonnateurs de la réponse inflamatoire. Son activité pléiotropique affecte essentiellement tous les types cellulaires. Les travaux menant à cette thèse de doctorat ont étudié le rôle de la signalisation intracellulaire activée par l'IL-ß dans la coordination de la réponse inflammatoire dans deux contextes de pathologie différents. Une première étude a investigué le rôle de cette signalisation dans la modulation de l'activité neuronale en réponse à une lésion excitotoxique. Cette étude a démontré que l'activation d'une voie de signalisation en aval de la protéine accessoire IL-1 RAcPb promeut la transcription du gène neuroprotecteur codant pour la calpastatine. Cela confère aux neurones une protection tardive, augmentant ainsi leur survie à long terme suite à une lésion excitotoxique. Une deuxième étude a ciblé les mécanismes moléculaires et cellulaires activés dans la vasculature cérébrale par l'IL-ß circulant lors d'une activation systémique de l'immunité innée et qui mènent à la synthèse de prostaglandines de type E₂. L'activité de ces dernières est critique pour la stimulation de l'axe corticotrope et le relâchememt systémique de glucocorticoïdes, qui pourront alors inhiber la réponse inflammatoire et ainsi empêcher son emballement. Cette étude a démontré que l'activation de la voie de signalisation MyD88 par l'IL-ß dans les cellules endothéliales, mais pas dans les macrophages périvasculaires, est nécessaire et suffisante pour assurer une production normale de PGE₂ et l'activation de l'axe corticotrope. Ensemble, ces études supportent l'hypothèse que l'IL-ß est un coordonnateur clé de la réponse inflammatoire et contribuent à notre compréhension des mécanismes que cette cytokine régule pour promouvoir le retour à l'homéostasie.