La Sclérose en Plaques (SEP) est une maladie d'origine multifactorielle qui se développe chez des individus génétiquement susceptibles en présence de facteurs environnementaux inducteurs. Ma thèse avait pour objectif d'analyser les effets d'un facteur génétique, le variant R63W du gène Vav1 et d'un facteur environnemental, la souche "Escherichia coli Nissle 1917", sur le développement de l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), un modèle animal de la SEP. Une région de 1cM comportant un polymorphisme dans le gène Vav1 a en effet été identifiée au laboratoire comme étant responsable de la résistance des rats Brown-Norway à l'EAE. Afin d'établir formellement le rôle de ce polymorphisme dans ce modèle, une souris Knock-In Vav1R63W a été générée. Nous avons montré que les souris Vav1R63W développent une EAE moins sévère. Ceci est associé à un défaut de production de cytokines inflammatoires intrinsèque aux lymphocytes T (LT) CD4 qui n'est pas lié à une augmentation de la fréquence de LT régulateurs. Sur le plan moléculaire, Vav1R63W présente une activité adaptatrice défectueuse conduisant à la diminution de la phosphorylation de ERK, AKT et p38 mais à une activité enzymatique normale. Nos résultats montrent un rôle de la fonction adaptatrice de Vav1 dans les fonctions des LT CD4 et son implication dans la susceptibilité à l'inflammation du système nerveux central (SNC). L'analyse de l'effet d'un traitement oral par le probiotique E. coli Nissle 1917 (ECN) montre un effet bénéfique sur le développement de l'EAE. Ceci est associé à un défaut de la sécrétion de cytokines par les LT CD4, ainsi qu'à une diminution de l'infiltration de LT CD4 auto-réactifs dans le SNC. De plus, la barrière intestinale est moins altérée chez les souris traitées par ECN au cours du développement de l'EAE. L'effet bénéfique de ECN semble être dû à la production d'une génotoxine, la colibactine. Par contre, la colonisation néonatale des souris C57BL/6 par ECN ne reproduit pas le même effet observé à l'âge adulte. Dans l'ensemble, nos résultats montrent un effet bénéfique du changement de la fonction de Vav1 ainsi que du traitement par ECN sur le développement de l'EAE. L'analyse approfondie des mécanismes mis en jeu, permettra une meilleure compréhension de la pathogenèse de la SEP et pourrait contribuer à l'identification de nouvelles options thérapeutiques. / Multiple sclerosis (MS) is a demyelinating disease of the central nervous system. It develops in genetically susceptible individuals when they encounter specific environmental factors. The aim of my thesis was to analyze the role of a genetic factor (Vav1R63W variant) and an environmental factor (Escherichia coli Nissle 1917) in the development of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model of MS. Previous genetic studies of my team suggest the implication of a polymorphism in the Vav1 gene in the resistance of Brown-Norway rats to EAE. In order to analyze the role of the identified polymorphism in the susceptibility to EAE, we generated a Knock-In mouse bearing the same polymorphism (Vav1R63W). Using this model, we showed that Vav1R63W mice develop less severe EAE due to a defect in cytokine production by CD4 T cells. This defect is intrinsic to CD4 T cells and is not linked to the increased proportion of regulatory T cells observed in Vav1R63W mice. We also showed that Vav1R63W present an altered adaptor function as shown by reduced ERK and AKT phosphorylation and decreased calcium flux after TCR stimulation, with no effect on Vav1 enzymatic activity. Thus, our results highlight the role of Vav1 adaptor function in CD4 T cell functions and susceptibility to central nervous system inflammation. Next, I analyzed the impact of the treatment with the probiotic E. coli Nissle 1917 (ECN) on EAE development. Our results showed that the daily oral treatment of adult C57BL/6 mice with ECN ameliorates the course of the disease. In addition to their defect in cytokines production, MOG specific CD4 T cells from ECN treated mice were increased in the periphery. Consequently, ECN treated mice exhibited reduced CD4 T cell infiltration in their central nervous system. Furthermore, analysis of intestinal permeability revealed that its alteration after MOG immunization was partially reversed after ECN treatment. The reduced EAE seems to be due to the secretion of a genotoxin by ECN, the colibactin. In contrast, neonatal colonization of C57BL/6 mice did not protect against EAE. Together, our data showed a beneficial role of the imbalance of Vav1 function and ECN treatment in EAE development. Further analysis of the involved mechanisms will help us to better understand the pathogenesis of MS and to develop new therapeutic strategies for MS.

Le facteur de transcription Foxo3 régule la progression du cycle cellulaire, la survie cellulaire ou encore la réparation de l'ADN. En plus de ses fonctions de gène suppresseur de tumeur, de nombreuses études ont montré le rôle crucial de Foxo3 dans les cellules du système immunitaire en particulier les cellules dendritiques ou encore les LT CD8+ dans un contexte d'infection virale. Cependant, le rôle de Foxo3 dans les LT CD4+ n'est pas encore bien connu. Ainsi, mon projet de thèse s'est intéressé à analyser le rôle de Foxo3 dans le compartiment T CD4+ dans un modèle animal d'auto-immunité. Mes résultats de Thèse montrent que le niveau d'expression de Foxo3 dans les LT CD4+ est dépendant de la force du signal reçu par le récepteur T. De plus, suite à l'activation des LT CD4+ in vitro, nous avons montré que les LT CD4+ déficients pour Foxo3 présentent un défaut de production d'IFN-? et de GM-CSF. La dissection des mécanismes moléculaires impliqués nous a permis d'identifier une nouvelle cible transcriptionnelle directe de Foxo3, le facteur de transcription Eomes, connu comme étant impliqué dans la production d'IFN-? par les LT CD8+ et identifié comme un gène de susceptibilité à la sclérose en plaques. Afin d'étudier le rôle de Foxo3 dans l'auto-immunité nous avons utilisé le modèle murin de sclérose en plaque, l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale ou EAE. Nous avons observé que les souris déficientes pour Foxo3 développent une EAE significativement moins sévère que les souris contrôles et que cette diminution de sévérité est associée à un défaut de production d'IFN-? et de GM-CSF par les LT CD4+. Ainsi ces résultats montrent pour la première fois que Foxo3 joue un rôle crucial dans le compartiment T CD4+ et révèlent le rôle essentiel de l'axe Foxo3-Eomes dans la différentiation des LT CD4+ effecteurs et dans la susceptibilité à l'inflammation du système nerveux central. / Foxo3 transcription factor regulates cell cycle progression, survival and DNA repair pathways. In addition to its role as a tumor suppressor gene, studies have established the crucial role of Foxo3 in immune cells, notably in dendritic cells and CD8+ T cells in the context of a viral infection. However, the role of Foxo3 in CD4+ T cell function is still unknown. My PhD project was therefore to address the role of Foxo3 in CD4+ T cell biology and its role in the pathophysiology of autoimmunity. Results obtained during my PhD showed that Foxo3 expression level in CD4+ T cells is dynamically controlled by T-cell receptor signaling strength and that, after in vitro stimulation, Foxo3-deficient CD4+ T cells exhibited decreased secretion of IFN-? and GM-CSF. By dissecting the underlying molecular mechanisms, we have identified a new direct target gene of Foxo3, the transcription factor Eomes, known to be involved in IFN-? production by CD8+ T cells and as a susceptibility gene for multiple sclerosis. This led us to hypothesize that Foxo3 could be involved in the susceptibility to central nervous system inflammation. To test this hypothesis, we used the well-established animal model of multiple sclerosis, the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). We showed that Foxo3 deficiency is associated with decreased susceptibility to EAE and that Foxo3-deficient CD4+ T cells fail to differentiate into pathogenic IFN-?? and GM-CSF+ producing cells. Collectively, this study is the first to demonstrate the highly specialize function of Foxo3 in effector CD4+ T cells and reveals the essential role of the Foxo3-Eomes axis in CD4+ T cell commitment and susceptibility to central nervous system inflammation.

Historiquement, les LT CD8 cytotoxiques ont été considérés comme la seule composante cellulaire du système immunitaire nécessaire et suffisante pour l’élimination de cellules infectées par des virus ou transformées, les LT CD4 ne jouant qu’un rôle auxiliaire, dans le développement et le maintien de la réponse immune effectrice, ou modulateur par la fonction suppressive des T-Reg. Aux côtés, de ces fonctions auxiliaires ou suppressive, nombre de données indiquaient que les LT CD4 pouvaient également exercer une activité cytotoxique directe. Nos travaux ont permis par l’analyse chez l’Homme, de l’expression des récepteurs α à l’IL-2 (CD25) et à l’IL-7 (CD127) à la surface des LT CD4 du sang périphérique d’identifier une population singulière de LT CD4 caractérisée par l’absence de ces deux molécules. Ces LT CD4, CD25-CD127-, faiblement représentées chez les sujets sains, entre 0,2-2% des LT CD4 totaux du sang périphérique, étaient fortement augmentées, entre 2-20% dans les infections chroniques VIH et Tuberculose, et notamment dans les cancers incluant les mélanomes uvéaux métastatiques (Mum) et les cancers du sein. Puisque prédominant dans des situations de stimulation chronique, ces LT CD4 ont été définis comme des LT CD4 chroniquement stimulés : chCD4. Dans le sang périphérique de patients atteints de cancer comme chez les sujets sains, la majorité de ces chCD4 arboraient un phénotype mémoire/effecteur (CD45RO+). Cependant, dans les Mum et les cancers du sein la proportion de chCD4 effecteurs (CD45RO+CD27-) était fortement augmentée. Par ailleurs, si la plus part de ces cellules effectrices apparaissaient à un stade de différenciation terminale (CD57+), elles présentaient toutes les mêmes caractéristiques phénotypiques distinctes, définies par l’absence d’expression de la molécule de co-stimulation CD28 coordonnée à l’expression à leur surface de l’intégrine CD11b et du récepteur NK, 2B4. Dans les chCD4 effecteurs, nous avons également mis en évidence la présence spécifique de granules cytoplasmiques concentrant granzyme B et perforine, molécules impliquées dans la cytotoxicité directe de cellules cibles. Cette propriété fonctionnelle a été démontrée par des tests de cytotoxicité redirigée et était restreinte aux chCD4 effecteurs en comparaison aux autres sous-populations effectrices de LT CD4 conventionnels et T-Reg. L’analyse du profile de sécrétion de cytokines, révèle l’absence total de production d’IL-17 et un profile orienté Th1, soulevant la question du lignage de cette population particulière. L’absence d’expression de Ki67, marqueur des cellules en cycle, au sein de cette population de LT CD4 cytotoxiques, parallèlement à leur accumulation, suggérait qu’elles seraient capables de persister à l’état quiescent chez les patients. Par ailleurs, dans les Mum, nous avons mis en évidence que l’augmentation importante du nombre de chCD4 chez les patients, concordait avec la présence d’expansions oligoclonales au sien de cette population, et démontré une corrélation positive entre le pourcentage des cellules effectrices, chCD4 et LT CD8, LT CD8 parmi lesquels nous avons déterminé une fréquence élevée de cellules répondeuses spécifiques d’antigènes tumoraux associés à la tumeur. Nos travaux ont également permis d’évaluer l’impact de la chimiothérapie sur les populations lymphocytaires dans le sang périphérique. Chez les patientes atteintes de cancer du sein, traitées par chimiothérapie néo-adjuvante, c’est-à-dire préopératoire, nous avons constaté une augmentation du nombre de chCD4 chez 17/22 patientes. Nous avons mis en évidence que cette augmentation sous traitement était fortement corrélée au pourcentage de régression tumorale. L’ensemble de ces résultats apporte une nouvelle vision des LT CD4 dans l’immunité tumorale. (...) / Historically, CD8 positive Cytotoxic T Lymphocytes (CTL) have been associated with an effector immune response, while T cells with a CD4 phenotype where considered helper T cells. More recent data suggest that CD4 positive T cells are also capable of a direct cytotoxic activity. Through a systematic analysis of the IL-2 (CD25) as well as IL-7 (CD127) receptors α on the surface of CD4+ CTL in peripheral blood of patients before during and after treatment we were able to identify a specific CD4+ T cell population devoid of expression for these 2 molecules. These CD4+, CD25-CD127-, T cells only represent 0,2-2% of the total CD4+ pool in peripheral blood of healthy donors, while in the presence of a chronic infectious disease such as HIV or tuberculosis they were increased, representing up to 2-20% of all CD4+ T cells. Similarly, high numbers of CD4+, CD25-CD127-, T cells could be identified in the circulation in patients with metastatic uveal melanoma (muM) or with breast cancer. These chronically stimulated T cells (chCD4) demonstrate a memory effector phenotype (CD45RO+); while the majority shows a terminally differentiated phenotype (CD57+), these T cells all arbore distinct phenotypic characteristics as defined by the absence of expression of CD28 together with the presence of a surface expression of integrin CD11b and of the NK receptor, 2B4. The presence of cytoplasmic granules concentrating granzyme B and perforin, known to be responsible for T cell cytotoxicity, were identified in effector chCD4 while they were absent in conventional CD4+ T cells as well as in Tregs. This cytotoxic potential was demonstrated through redirected cytotoxicity assays that functionally confirm this feature of these chronically activated CD4+ T cells. The secretory cytokine profile showed absent IL-17 levels and a Th1 orientation, asking questions as regards to the lineage of this particular T cell population. Ki67 expression, a marker of cell proliferation, was absent, suggestive of their ability to persist quiescently in patients. However in muM patients we were able to demonstrate a vast oligoclonal increase in chCD4+ T cells, which correlated positively with CD8+ T cells. We were able to detect a high frequency of T cells responding against a specific tumor antigen among these CD8+ T cells. We furthermore studied the effects of chemotherapy on peripheral lymphocyte populations. In breast cancer patients who had been treated with preoperative (neoadjuvant) chemotherapy we detected high levels of effector chCD4 in 17/22 patients. Of particular interest was the fact that this increase through a course of chemotherapy treatment was strongly correlated to the percentage of regression of the original tumor. Together, these results cast new light on the role and function of CD4+ T cells in tumor immunity. Our observations show that CD4+ cytotoxic T lymphocytes do exist and suggest for the first time in human that they may have an important role in response to treatment and in particular in the establishment of a durable protective immune response.

Le VIH-1 manipule les cellules présentatrices d’antigènes (APC) qui orchestrent les réponses immunes innées et adaptatrices, pour se propager dans l’hôte et établir le réservoir viral. Au laboratoire, nous étudions le rôle de l’autophagie dans les interactions entre les cellules dendritiques (DC) et le VIH-1 et la présentation des antigènes viraux. Dans divers modèles, la macroautophagie et l’autophagie médiée par les chaperonnes (CMA) semblent en effet être impliquées dans l’apprêtement d’antigènes sur les molécules du CMH. Ainsi, nous avons montré, dans une étude précédente, que la macroautophagie participait à la dégradation du VIH entrant dans les DC, conduisant à l’activation de lymphocytes T (LT) CD4+ spécifiques du VIH-1.Bien que sa réplication y soit limitée, le VIH-1 peut également infecter productivement les DC. J’ai donc voulu vérifier si les protéines virales néosynthétisées du virus peuvent constituer une source additionnelle d’antigènes. J’ai montré que, de façon remarquable, dans les DC infectées, des antigènes endogènes du VIH-1 peuvent être présentés par les molécules du CMH-II aux LT CD4 spécifiques. En utilisant différents outils, comme des inhibiteurs de l’autophagie ou des shRNA, j’ai montré que ni la macroautophagie ni la CMA ne contribuent significativement à l’apprêtement d’épitopes de la protéine virale Gag néosynthétisée sur les molécules du CMH-II. En parallèle, j’ai utilisé une protéine de fusion, Gag-LC3, pour acheminer spécifiquement Gag dans les autophagosomes (LC3+) des DC. Dans ce contexte, les drogues qui inhibent la macroautophagie réduisent drastiquement la présentation d’épitopes de Gag aux LT CD4. De façon remarquable, la présence de Gag dans les autophagosomes conduit à la génération d’épitopes antigéniques qui, dans le contexte infectieux, ne sont pas apprêtés sur les molécules de CMH-II par la voie endogène. Ainsi, diriger des protéines du VIH dans les autophagosomes conduirait à des variations dans le répertoire des antigènes endogènes présentés sur les molécules de CMH-II. Pour évaluer l’impact de l’autophagie sur la réplication du VIH dans les DC, j’ai ensuite analysé si la protéine Gag néosynthétisée pouvait être dégradée dans les autophagosomes. Dans les DC infectées, contrairement aux observations déjà décrites dans les macrophages, Gag ne colocalise ni avec les vésicules autophagiques LC3+, ni avec p62, une protéines adaptatrice impliquée dans le ciblage des protéines dans les autophagosomes. Ces résultats suggèrent que, dans ce contexte, les virions nouvellement produits ne sont pas acheminés et dégradés dans les autophagosomes. La protéine de fusion Gag-LC3 est utilisée dans ces expériences comme contrôle positif de colocalisation. Pour déterminer si mes observations pouvaient révéler un mécanisme d’échappement développé par VIH-1, j’ai utilisé différentes souches virales mutantes, modulé le flux autophagique avec des drogues et des ligands TLR, et exprimé Gag dans les DC en l’absence d’autres protéines virales. Dans l'ensemble, mon travail suggère que le VIH-1 ne manipule pas la macroautophagie dans les DC productivement infectées. En outre, la modulation de l’autophagie dans les DC (à l'aide de shRNA) n'a aucune incidence sur la réplication du VIH-1 et sur sa propagation.Mes travaux mettent en lumière la complexité des interactions entre l’autophagie et le VIH-1 dans les DC. Contrairement à ce qui a été observé lors des étapes d’entrée du virus, le virus ne semble pas être acheminé dans les autophagosomes une fois les DC infectées, et l’autophagie ne participe pas à l’apprêtement des antigènes néosynthétisés sur les molécules de CMH II. Cependant, les DC infectées activent de façon efficace les LT CD4 spécifiques du virus. Forcer l’acheminement d’antigènes du VIH dans les autophagosomes augmente fortement cette activation, et semble conduire à une diversification du répertoire des épitopes présentés sur les molécules de CMH-II par la voie endogène. / HIV-1 manipulates antigen-presenting cells (APC) such as dendritic cells (DC), witch orchestrate innate and adaptive immune responses, in order to propagate in the host and to establish viral reservoirs. We are studying the role of autophagic processes in DC/HIV-1 interactions with a focus on antigen presentation. We have previously shown that macroautophagy in DC participates in the degradation of incoming HIV-1 particles leading to activation of HIV-1-specific (HS) CD4 T cells. HIV-1 can also productively infect DC. I thus first asked whether neo-synthetized viral proteins might represent an additional source of HIV-1 antigens. Remarkably, I have shown using infected monocyte derived DC that de novo expression of Gag leads to the activation of HS CD4 T cells, highlighting that this antigen is endogenously processed in order to be presented into MHC-II molecules. Since macroautophagy and chaperon-mediated autophagy (CMA) are known to be involved in this process for other viral antigens and model antigens, I then dissected the role of these two pathways. Using several tools including inhibitors and shRNA, I demonstrated that in HIV-1-infected DC neither macroautophagy nor CMA contribute significantly to the processing of HIV-1-Gag epitopes into MHC-II molecules. I also used a Gag-LC3 fusion protein to specifically channel Gag into LC3+ autophagic vesicles in DC. In this context, inhibiting autophagy dramatically reduced the presentation of HIV-1-Gag epitopes to CD4+ T cells. Strikingly, channelling Gag into autophagosomes generated epitopes that were not processed endogenously in the context of HIV-1 infection. Thus specifically directing HIV-1 proteins toward autophagosomes might influence the repertoire of MHC II-restricted HIV-1 antigens. I further analyzed whether autophagy could affect HIV-1 replication in infected DC. In these cells, in contrast to what has been described in macrophages, Gag did not colocalize with LC3 or with the autophagic adaptor p62, suggesting that newly-produced HIV-1 particles are not sequestrated into autophagosomes. The Gag-LC3 fusion protein was used here as a positive control of colocalization. To determine whether my findings might reveal a DC-specific escape mechanism developed by HIV-1, I used various HIV-1 mutants, enhanced autophagic flux using drugs or TLR ligands, and expressed Gag in the absence of other HIV-1 proteins. Overall, my work suggests that HIV-1 does not manipulate autophagy in productively-infected DC. Moreover, modulating autophagy in DC (using shRNA) does not impact HIV-1 replication and propagation. Finally, my work highlights the complexity of the interactions between the autophagic process and HIV-1 replication in DC. Unlike during viral entry, HIV-1 does not seem to be targeted into autophagosomes after viral replication in infected DC, and autophagy does not contribute significantly to the processing of endogenous viral antigens. Nonetheless HIV-1-infected DC efficiently activates HS CD4 T cells, and targeting HIV antigens into autophagosomes greatly enhances this activation and might broaden the repertoire of MHC-II-restricted antigen. Further dissection of the various routes of endogenous HIV antigen processing would aid in the development of innovative vaccines.