La sous-unité catalytique p110 de la phosphatidylinositol-4,5-biphosphate 3-kinase (PI3K) est exprimée spécifiquement dans les leucocytes, et possède un rôle central dans la biologie des lymphocytes. Des mutations germinales dominantes gain-de-fonction de PI3KCD (codant p110 ) ont été identifiées récemment chez des patients présentant une immunodéficience combinée caractérisée par une présentation clinique hétérogène incluant des infections récurrentes des voies respiratoires et des lymphoproliférations associées à une virémie EBV et/ou CMV élevée, connue sous le nom de syndromes APDS. L’hétérogénéité des présentations cliniques suggère l’existence de facteurs secondaires, génétiques ou environnementaux. Au cours de ma thèse de doctorat, j’ai rapporté le cas de deux nouveaux patients présentant des anomalies génétiques affectant la voie PI3K. Le premier patient, né dans une famille consanguine, présentait une mutation gain- de-fonction de PIK3CD déjà décrite. Par séquençage de l’exome du patient, nous avons identifié une seconde mutation homozygote non-sens de SEC14L2, un régulateur connu de la voie PI3K. Nous avons analysé le phénotype et la fonctionnalité des lymphocytes du patient, et avons mis en évidence in vitro certains mécanismes de régulation de l’activation lymphocytaire par SEC14L2. Enfin, nous avons réalisé une étude de transcriptome afin d’identifier les voies de régulation dérégulées chez notre patient. Dans l’ensemble, ces résultats ont permis d’identifier le premier co-facteur génétique associé au syndrome APDS. Le second patient est également né dans une famille consanguine et présentait des infections sévères des voies respiratoires et un syndrome d’infection chronique à l’EBV (CAEBV) fatal. Par séquençage de l’exome du patient, nous avons identifié une mutation homozygote rare dans PIK3CD. Une modélisation de la structure de la protéine a montré que l’acide aminé muté se situe dans le domaine catalytique de p110 , dans une boucle phylogénétiquement conservée interagissant avec la sous-unité régulatrice p85↵ de la PI3K, et que la mutation conduisait à la perte de cette interaction. In vitro, la mutation de p110 cause la perte de l’activité PI3K, et les lymphocytes T du patient présentaient une diminution de phosphorylation d’AKT et de p70 S6K, deux cibles de la PI3K. Les lymphocytes T du patient présentaient également une production diminuée d’IFN- et de TNF↵, et un excès de prolifération et de flux calcium suite à la stimulation du TCR. Des lignées cellulaires Jurkat déficientes pour PIK3CD générées par CRISPR/Cas9 ont également présenté un défaut de phosphorylation d’ATK et un excès de prolifération et de flux calcium. L’expression de la version sauvage de p110 dans ces cellules, mais pas de la version mutée, a permis une restauration des réponses normales, prouvant l’implication de la mutation dans les phénotypes cellulaires identifiés. De manière intéressante, nous avons mis en évidence l’existence d’un équilibre entre l’activité PI3K et PLC- 1 lors de l’activation T, qui pourrait être expliqué par une compétition pour l’accès à leur substrat commun, le PIP2. Enfin, nous avons identifié chez notre patient une seconde mutation homozygote délétère dans le gène TNFRSF9. Cette mutation est également retrouvée chez la sœur saine du patient, qui présentait une réplication persistante de l’EBV dans le sang, suggérant que cette mutation pourrait agir comme facteur génétique secondaire. Dans l’ensemble, cette étude à permis l’identification de la première immunodéficience associée à des mutations perte-de-fonction de PIK3CD. / The pathway p110 catalytic subunit of phosphatidylinositol-4,5-biphosphate 3-kinase (PI3K) is selectively expressed in leukocytes and has a central role in lymphocytes biology. Gain-of-function dominant germline mutations of PIK3CD (encoding p110 ) have been recently described in patients presenting a heterogeneous combined immunodeficiency associated with respiratory tract infections, lymphadenopathy and high EBV and/or CMV viremia. The heterogeneous clinical presentation suggests the existence of genetic or environmental modifying factors. In my thesis I report two new patients with different genetic defects causing CID. The first patient, born from a consanguineous family, presented a known gain-of- function mutation of PIK3CD. His clinical presentation was partially compatible with the already described patients. By whole exome sequencing, we identified a homozygous nonsense mutation in SEC14L2, a known regulator of PI3K pathway. We further analyzed the phenotype and functions of patient’s lymphocytes, and performed a transcriptome analysis to better characterize the implication of SEC14L2 mutation in the pathology. The second patient was born from consanguineous family and presented recurrent severe respiratory tract infections and a fatal Chronic Active EBV disease (CAEBV). By Whole Exome Sequencing, we identified a homozygous rare missense mutation in PIK3CD. 3D structure modelization showed that the mutated amino acid is located in p110 catalytic domain, in an evolutionarily conserved loop that interacts with alpha-helix of PI3K regulatory subunit p85a, which interaction is lost in mutated p110 . Phenotyping of patient’s circulating lymphocytes showed increased CD8+ T cells and reduced NK and CD4+ T cells. The mutation in PI3KCD resulted in impaired PI3K activity in vitro and in vivo. Moreover, patient’s T cells exhibited reduced activation-induced phosphorylation of AKT and p70-S6K, two indirect targets of p110 , that we restored by expressing wild type p110 . Patient’s T cells also showed a decreased induction of IFN- and TNF-↵ and an increased proliferation and calcium flux after TCR stimulation. By CRISPR CAS9 technology, we generated Jurkat T- cell lines expressing wild type or mutated PI3K. Jurkat cells expressing mutant PI3K showed decreased AKT phosphorylation and increased calcium flux and proliferation after TCR stimulation, confirming the implication of PIK3CD mutation in patient’s cells phenotype. Interestingly, we highlighted the existence of a balance between PI3K and PLC- 1 activity during T cell activation, that may be due to a competition for access to their shared substrate, the PIP2. Finally, we identified in our patient a second deleterious mutation in TNFRSF9 that is shared by his healthy sister, who also presented persistent EBV replication in blood, suggesting that this additional mutation may act as a modifying genetic factor. Taken together, the results presented in this thesis identified the first loss-of-function mutation in PIK3CD causing CID.

La leucémie lymphoïde chronique (LLC) constitue l'hémopathie maligne la plus fréquente dans les pays occidentaux et résulte d’une accumulation de lymphocytes B (LB) monoclonaux matures porteurs de la glycoprotéine CD5. Les LB de LLC sont également caractérisées par une altération de l'homéostasie du calcium avec, d'une part, la mise en évidence de facteurs de survie contrôlés par le calcium tels que phospho-ERK, NFAT-2 et IL-10, et d'autre part par une progression de la maladie qui est associée à la réponse au calcium. Tout d'abord, afin de mieux comprendre l'impact de la molécule CD5 sur les dérégulations du calcium, il a été montré que l'introduction d'un plasmide d'expression pour CD5 dans les lignées de cellules B humaines s'accompagnait d'une entrée calcique à l’état basale. Ensuite, cette entrée, appelée entrée constitutive, a été recherchée dans les LB de LLC pour montrer qu'elle caractérisait les patients non traités en phase d'évolution. Comme pour les lignées de cellules B CD5, cette nouvelle voie d'entrée du calcium est autonome et indépendante de la voie classique de signalisation du LB de LLC : BCR-IP3R. L'étude des protéines responsables de cet influx a permis de mettre en évidence, premièrement trois partenaires STIM1, Orai1 et TRPC1, et deuxièmement l'importance de la fraction membranaire de STIM1 (STIMPM) puisque l'utilisation d'un anticorps monoclonal anti-STIM1 (Acm) est capable d’inhiber l'entrée constitutive du calcium qui à son tour agit sur la survie des LB, pour les patients STIMPM positifs, lorsque l'Acm anti-STIM1 est utilisé en association avec le rituximab, un Acm thérapeutique anti-CD20. Enfin, la modélisation de la partie Cterminale de STIM1 permet d'envisager plusieurs cibles potentielles pour le développement de nouveaux Acm anti-STIM1. En conclusion, la mise en place, par le clone malin de LLC, d'une entrée constitutive du calcium favorise son agressivité et constitue donc une nouvelle voie thérapeutique contrôlable par l'utilisation d’Acm anti-STIM1 ce qui ouvre de nouvelles perspectives comme outils diagnostiques et thérapeutiques. / Chronic lymphocytic leukemia (CLL) is the most common hematological malignancy in Western countries and is a result of the accumulation of mature monoclonal B lymphocytes (B-CLL) carrying the CD5 glycoprotein. The B-CLL are also characterized by an alteration of calcium homeostasis with, on the one hand, the demonstration of calcium-controlled survival factors such as phospho-ERK, NFAT- 2 and IL-10, and on the other hand by a progression of the disease which is associated with the response to calcium. Initially, in order to better understand the impact of the CD5 molecule on calcium deregulations, it has been shown that the introduction of an expression plasmid for CD5 into human B cell lines was accompanied by a calcium entry in the basal state. Then, this entry, called constitutive entry, was sought in the B-CLL to show that it characterized untreated patients in the evolution phase.As with CD5 B cell lines, this new calcium entry pathway is autonomous and independent of the classical B-CLL signaling pathway: BCR-IP3R. The study of the proteins responsible for this influx made it possible to highlight, firstly three partners (STIM1, Orai1 and TRPC1), and secondly the importance of the membrane fraction of STIM1 (STIMPM) since the use of a human monoclonal antibody (mAb) anti-STIM1 is able to inhibit the constitutive entry of calcium which in turn acts on the survival of B-CLL, for STIMPM positive patients, when the anti-STIM1 mAb was used in combination with rituximab, a therapeutic anti-CD20 mAb. Finally, the modeling of the C-terminal part of STIM1 makes it possible to envisage several potential targets for the development of new anti-STIM1 mAbs. In conclusion, the introduction by the CLL malignant clone of a constitutive entry of calcium favors its aggressiveness and thus constitutes a new therapeutic pathway controllable by the use of anti-STIM1 mAb, which opens new perspectives like diagnostic and therapeutic tools.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable caractérisée par la perte sélective des motoneurones du cerveau et de la moelle épinière. Elle se manifeste par une faiblesse musculaire qui évolue vers une paralysie, entrainant la mort du patient dans les 3 à 5 ans après l’apparition des symptômes. Une réponse inflammatoire associée à l'accumulation de cellules immunitaire dans le système nerveux central (SNC) est une signature de la SLA. Ce travail propose d'étudier le rôle des cellules résidentes du SNC, notamment les astrocytes, et des cellules immunitaires périphériques, notamment les lymphocytes T CD8+, dans la SLA. Nous montrons qu'une fois infiltrées dans le SNC des souris mutantes modèles de la SLA (lignée SOD1G93A) des cellules T CD8+ s'activent et subissent une expansion de type oligoclonale. In vitro, les cellules T CD8+ issues de souris SOD1G93A sont capables d'induire la mort des motoneurones spécifiquement, par un mécanisme dépendant de la liaison du TCR avec le CMH de classe I. Nous rapportons que la déplétion périphérique des cellules T CD8+ chez les souris modèles de SLA permet de protéger une partie des motoneurones des processus neurodégénératifs. Une approche génétique permettra de confirmer l'implication des lymphocytes cytotoxiques dans l'évolution de la maladie. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that is characterized by the selective loss of upper and lower motoneurons. Symptoms appears as muscular weakness, which irrevocably leads to muscle paralysis and death of patients within 3 to 5 years after onset of symptoms. An inflammatory response, along with the accumulation of blood-derived immune cells in the central nervous system (CNS) is a hallmark of the disease. This work proposes to investigate the role of resident cells of the brain, such as astrocytes and especially peripheral immune cells such as T CD8+ lymphocytes, in ALS pathogenesis. We show that once infiltrated in the CNS of SOD1G93A mice, CD8+ T cells become activated and undergo an oligoclonal expansion. In vitro, CD8+ T cells isolated from ALS mouse model (SOD1G93A strain) can trigger motoneuron death, in a manner that is dependent on the recognition of the MHC class I by TCR. We report that peripheral immunodepletion of CD8+ T cells is not sufficient to improve lifespan of SOD1G93A mice, but still permit to protect motoneurons from neurodegeneration. A genetic approach will confirm implication of CD8+ T lymphocytes in the disease.

Ce travail de thèse reposait sur l’hypothèse que la variabilité génétique des protéines « cibles » des médicaments immunosuppresseurs de la famille des inhibiteurs de la calcineurine (ICN ; ciclosporine et tacrolimus) pourrait expliquer une partie de la variabilité observée dans leur efficacité et toxicité. Une revue de la littérature nous a permis de lister un panel de variants génétiques au sein de la voie de la calcineurine, considérés comme étant de bons candidats pour des études en transplantation. Ces variants n’ont pas été associés au risque de rejet aigu ou d’infection grave dans une étude incluant 381 patients transplantés rénaux suivis durant un an après la transplantation. La variabilité pharmacodynamique des ICN a ensuite été explorée au travers des régulations épigénétiques. Une analyse de la méthylation de l’ADN après exposition médicamenteuse a été menée sur deux modèles. Premièrement, la lignée cellulaire JURKAT a été utilisée pour développer la méthode d’immunoprécipitation de l’ADN méthylé (MeDIP). Chez des souris traitées par ciclosporine et tacrolimus durant 3 mois, nous avons ensuite isolé les cellules cibles des médicaments, les lymphocytes T CD4 puis, après immunoprécipitation de l’ADN méthylé et analyse par séquençage pangénomique haut débit (MeDIP-seq, séquençeur Ion Proton), nous avons recherché les régions du génome présentant des différences de méthylation induites par le traitement. L’analyse différentielle bio-informatique a été menée à l’aide des outils SAMtools (Li et col., 2009), BEDtools (Quinlan and Hall, 2010), MACS2 (Zhang et col., 2008) et Diffbind (Stark and Brown, 2011 - Bioconductor). Sur l’ensemble du génome, nous n’avons identifié que 24 régions présentant un niveau de méthylation modifié par l’exposition au tacrolimus. Le promoteur du gène Calm2, codant pour l’isoforme 2 de la calmoduline, semble être davantage méthylé chez les souris traitées. Ces résultats préliminaires semblent prometteurs pour la découverte de biomarqueurs épigénétiques de la réponse thérapeutique aux immunosuppresseurs. / Inter-individual genetic variation might account for diverse efficacy and toxicity of calcineurin inhibitors (cyclosporin and tacrolimus). In particular, some variants located within genes coding for proteins of the calcineurin pathway can explain part of this variability. In this manuscript, a panel of candidate genes was selected based on bibliographic review and tested in a pharmacogenetics study encompassing 381 renal transplants followed for one year after surgery. None of these candidates was associated with the acute rejection or serious infection risks. Furthermore, the pharmacodynamic variability of these drugs was also investigated, exploring the use of epigenomics profiling as proximal readout of the calcineurin inhibition treatment. In particular, we investigated the impact of drug exposure on DNA methylation in two experimental models. Methylated DNA immunoprecipitation followed by high-throughput sequencing (MeDIP-seq, Ion Proton technology) was deployed in JURKAT cell line, used as in vitro model, and in CD4 T lymphocytes isolated from mice treated with either cyclosporin or tacrolimus for three months. After sequencing, the differentiated methylated regions caused by drug exposure were analyzed. Bioinformatics analyses were performed using SAMtools (Li et al., 2009), BEDtools (Quinlan and Hall, 2010), MACS2 (Zhang et al., 2008) and Diffbind (Stark and Brown, 2011 - Bioconductor). Overall, the genome-wide analysis revealed only 24 regions with a differentiated enrichment in DNA methylation after three month-tacrolimus treatment, indicating a targeted effect of these treatments on a subset of key genes. Of note, CALM2 promoter, coding for the calmodulin isoform 2 protein, showed significant hypermethylation in tacrolimus-treated mice. These preliminary results corroborate the interest in using DNA methylation as promising approach to identify candidate biomarkers for therapeutic drug monitoring in calcineurin inhibitor treatments.

Véritable immunothérapie adoptive, l’allogreffe de Cellules Souches Hématopoïétiques (CSH) est destinée à prévenir la rechute d’une hémopathie maligne grâce au combat immunologique du greffon contre la maladie (effet GVL, Graft Versus Leukemia), dans lequel les lymphocytes T apportés par le greffon sont déterminants. Ils peuvent aussi compromettre le résultat escompté, en induisant une réaction du greffon contre l'hôte (GVH, Graft Versus Host) qui reste une complication redoutée de l’allogreffe. Dans une précédente étude prospective portant sur 62 couples donneur/receveur nous avons pu étudier l'impact de la composition du greffon en cellules T de phénotypes naïfs et mémoires sur le devenir des receveurs d’allogreffes à partir d'un donneur HLA-identique apparenté ou non; et nous avons pu démontrer qu’une proportion élevée de lymphocytes T CD4+CCR7+ dans le greffon était un facteur de risque de la survenue, la précocité et la sévérité de la GVH aiguë, sans influence sur la GVH chronique ou la rechute. Dans le but de séparer l’effet GVL de la GVH, nous avons voulu à travers des travaux de cette thèse, étudier le concept d’une T déplétion partielle et sélective du greffon en lymphocytes T CD4+CCR7+. Nous travaux se sont scindés en trois parties :1) Au plan clinique, nous avons pu confirmer nos précédents résultats sur une cohorte additionnelle de 137 patients. Non seulement, nous avons confirmé qu’une proportion élevée de lymphocytes T CD4+CCR7+ dans le greffon était un facteur de risque de la survenue, de la GVH aiguë, mais également, nous avons observé un effet préférentielle de la sous-population naïve des lymphocytes T CD4+ sur l’incidence de la GVH aiguë. Bien entendu, aucun impact sur l’incidence de la rechute post-allogreffe n’a été enregistré.2) Dans un modèle expérimental utilisant des cultures lymphocytaires en présence des cellules dendritiques provenant des six couples (frère/sœur) HLA-identiques, nous avons pu démontrer que les lymphocytes T CD4+ naïfs déclenchaient la réponse allogénique la plus importante et avec un degré moindre les cellules mémoires centrales par rapport aux effecteurs mémoires T CD4+. Ces résultats non seulement, valident in vitro les constatations cliniques mais aussi mettent l’accent sur le rôle prépondérant des lymphocytes T naïfs dans l’alloréactivité, notamment en situation de compatibilité HLA.3) Nous avons dans la troisième partie pu démontrer qu’une déplétion partielle sélective des greffons en lymphocytes T CD4+CCR7+ n’altère pas la réponse immunologique secondaires vis-à-vis des virus.La suite de nos travaux se focalise sur l’effet de la déplétion partielle sélective des greffons en lymphocytes T CD4+CCR7+ sur la réaction anti-tumorale du greffon dans la situation HLA compatibilité chez l’homme.Nos résultats constituent une pierre angulaire dans le concept de déplétion partielle sélective des greffons en lymphocytes T CD4+CCR7+, ex vivo chez l’homme, en vue de réduire l’incidence de la GVHD sans altérer la réponse anti-infectieuse ou tumorale du greffon notamment chez les donneurs présentant un taux élevé de lymphocytes T CD4+ naïfs et/ou mémoire centrale . / A genuine adoptive immunotherapy, Haematopoietic Stem Cell (HSC) allotransplantation aims to prevent the recurrence of a malignant blood disease via an immunological action of the graft against disease (GVL or Graft Versus Leukaemia effect), in which the T lymphocytes supplied by the transplant play a key role. They may also compromise the targeted result, by triggering a GVH (Graft Versus Host) reaction, which remains a serious complication of allotransplantation. In a previous prospective study conducted in 62 donor/recipient pairings, we examined the impact of the transplant\\\'s naive and memory phenotype T cell composition on the fate of recipients of allotransplants from an HLA-identical donor, related to the recipient or otherwise. We demonstrated that a high proportion of CD4+CCR7+ T lymphocytes in the transplant was a risk factor for the development, early onset and severity of acute GVHD, with no influence on chronic GVHD or recurrence. With the objective of separating the GVL effect from the GVH effect, we wanted to investigate the concept of partial and selective CD4+CCR7+ T cell depletion of the graft in the studies conducted as part of this research. Our studies were split into three parts:1) Clinically, we confirmed our previous results in an additional cohort of 137 patients. In addition to confirming that a high proportion of CD4+CCR7+ T lymphocytes in the transplant was a risk factor for the development of acute GVH, we also observed a preferential effect of the naive CD4+T lymphocyte sub-population on the incidence of acute GVHD. Obviously, no impact on the incidence of post-allotransplantation recurrence was recorded.2) In an experimental model using lymphocyte cultures in the presence of dendritic cells taken from six HLA-identical pairings (brother/sister), we demonstrated that naive CD4+ T lymphocytes triggered the greatest allogenic response and, to a lesser degree, central memory cells compared to effector memory CD4+ T cells. Not only do these results validate the clinical observations made in vitro, they also highlight the dominant role of naive T lymphocytes in alloreactivity, particularly in situations of HLA incompatibility.3) In the third part, we demonstrated that selective partial CD4+CCR7+ T cell depletion of the transplants does not impair the secondary immunological response to viruses.The next phase of our research focuses on the effect of selective partial CD4+CCR7+ T cell depletion of grafts on the transplant's anti-tumoural reaction in situations of HLA compatibility in humans.Our results represent a cornerstone in the concept of partial selective T CD4+CCR7+ T cell depletion of transplants, ex vivo in humans, with a view to reducing the incidence of GVHD, without impairing the anti-infectious or anti-tumoural response of the graft, particularly in donors with high levels of naive and/or central memory CD4+ T lymphocytes.

Les lymphocytes T Vγ9Vδ2 sont impliqués dans la réponse immunitaire contre de nombreux pathogènes et contre les cellules tumorales. Ils reconnaissent des antigènes solubles, non peptidiques, ayant une faible masse moléculaire, qui sont appelés phosphoantigènes. Dans ce contexte, l’isopentenyl pyrophosphate (IPP) et un métabolite de l’ATP (ApppI) sont des phosphoantigènes qui s’accumulent dans les cellules suite à l’inhibition par les amino-bisphosphonates de l’activité d’une enzyme clé de la voie du mévalonate, la farnesyl pyrophosphate synthase (FPPS). Les bisphosphonates sont utilisés en clinique dans le traitement et la prévention des complications liées aux ostéolyses malignes. Les études pré-cliniques montrent que les bisphosphonates (et en particulier les amino-bisphosphonates) ont également une activité anti-tumorale qui peut être directe et/ou indirecte. Ils peuvent bloquer différentes fonctions des cellules tumorales (adhésion, invasion, prolifération) en inhibant l’activité de la FPPS. Ils agissent aussi sur les cellules endothéliales et inhibent l’angiogenèse tumorale. Les amino-bisphosphonates activent aussi l’activité cytotoxique des lymphocytes T Vγ9Vδ2 vis-à-vis des cellules tumorales. Les mécanismes moléculaires sous-jacents responsables de cette activation sont par contre méconnus. Les travaux réalisés dans cette thèse montrent tout d’abord que les aminobisphosphonates (zolédronate et risédronate) induisent l’accumulation d’IPP et d’ApppI dans différentes lignées humaines de cancer du sein et qu’il existe une corrélation entre le niveau de production d’IPP/ApppI et la capacité des lymphocytes T Vγ9Vδ2 à détruire ces cellules tumorales in vitro. Nous avons ensuite montré que le traitement de souris immunodéficientes NOD-SCID avec des aminobisphosphonates stimule la différenciation des lymphocytes T Vγ9Vδ2 humains à partir des cellules du sang périphérique lorsque celles-ci sont injectées par voie intrapéritonéale aux animaux. Par ailleurs, ces lymphocytes T vont ensuite venir infiltrer des tumeurs mammaires sous-cutanées qui ont été préalablement greffées chez les animaux traités. Cette infiltration lymphocytaire survient uniquement lorsque les tumeurs produisent de l’IPP/ApppI. Il en résulte alors une régression des tumeurs chez les souris NOD-SCID. L’infiltration des tumeurs par les lymphocytes T Vγ9Vδ2 humains s’explique par le fait que l’IPP et l’ApppI stimulent la migration des lymphocytes T. Les lymphocytes T Vγ9Vδ2 interagissent alors avec les cellules tumorales par le biais de mécanismes faisant intervenir ICAM-1, puis les lymphocytes sécrètent des facteurs (interféron γ, perforine) qui sont cytotoxiques pour les cellules tumorales. L’ensemble de nos travaux montre donc que les amino-bisphosphonates pourraient être utilisés en immunothérapie dans le traitement des cancers du sein. / Vγδ9Vδ2 T lymphocytes are involved in the immune response against several pathogens and tumoral cells. They recognize non-peptidic, low molecular weight soluble antigens, so called phosphoantigens. In this context, isopentenyl pyrophosphate (IPP) and a metabolite of ATP (ApppI) are phosphoantigens which accumulate in many cells following the inhibition by amino-bisphosphonates of farnesyl pyrophosphate synthase (FPPS), a key enzyme in the mevalonate pathway. Bisphosphonates are commonly used in the clinic for the treatment and prevention of complications associated with malignant osteolysis. Preclinical studies demonstrate that bisphosphonates (in particular amino-bisphosphonates) also have direct and indirect anti-tumor activity. They are able to block different functions in tumor cells, such as adhesion, invasion and proliferation, by inhibiting FPPS activity. Bisphosphonates also act on endothelial cells and inhibit tumor angiogenesis. Amino-bisphosphonates also activate the cytotoxic activity of Vγδ9Vδ2 T lymphocytes against tumor cells. However, the underlying molecular mechanisms responsible for this activation are still unknown. In the present thesis, we first demonstrate that amino-bisphosphonates (e.g. zoledronate and risedronate) induce the accumulation of IPP and ApppI in different human breast cancer cell lines and that a correlation exists between the levels of IPP/ApppI production and the capacity of Vγδ9Vδ2 T lymphocytes to destroy tumor cells in vitro. We then demonstrate that the treatment of immunodeficient NOD-SCID mice with amino-bisphosphonates stimulates the differentiation of Vγδ9Vδ2 T lymphocytes from human peripheral blood mononuclear cells injected intraperitoneally in animals. Following their expansion, the T lymphocytes are then able to infiltrate subcutaneous mammary tumors, which were grafted in treated animals. This infiltration of γδ T lymphocytes arises only when the tumors produce IPP/ApppI, resulting in the regression of tumor growth in NOD-SCID mice. The infiltration of tumors by human Vγδ9Vδ2 T lymphocytes is explained by the capacity of IPP and ApppI to stimulate the migration of γδ T lymphocytes. Vγδ9Vδ2 T lymphocytes then interact with tumor cells through a mechanism involving ICAM-I and several secretion factors (i.e. interferon γ, perforine) which are cytotoxic for tumor cells. Thus, our work demonstrates that amino-bisphosphonates could be useful for breast cancer immunotherapy.

La thérapie antirétrovirale (ART) a permis d’augmenter l’espérance de vie et sa qualité chez les individus infectés par le VIH-1. Toutefois, l’inflammation chronique persiste et est associée à un excès du « B-cell activating factor » (BAFF). Cette cytokine est un facteur clé de la survie et la différenciation des lymphocytes B, en particulier pour ceux dits de la zone marginale (MZ) qui sont des populations B dites innées possédant un « B-cell receptor » (BCR) polyréactif. Dans le contexte de l’infection au VIH-1, l’excès de BAFF a été associé avec la dérégulation du compartiment B, l’hyperglobulinémie, ainsi que le bris de tolérance et l’apparition de manifestations auto-immunes. De plus, nous avons observé une augmentation de la fréquence d’une population présentant à la fois des caractéristiques de cellules B MZ et transitionnelles immatures (TI) que nous avons nommée « précurseurs des MZ » (MZp) dans le sang des individus infectés. Ces MZp partagent également certains marqueurs phénotypiques avec plusieurs populations B régulatrices (Breg) identifiées chez l’humain. Les objectifs de ce travail sont de 1) caractériser le potentiel Breg des MZp par l’analyse de leur transcriptome et par cytométrie en flux, puis 2) d’étudier l’impact de l’infection au VIH-1 et d’un excès de BAFF sur le potentiel Breg des MZp sanguins d’individus de la cohorte de la primo-infection (PHI) du réseau FRQS, et 3) d’étudier l’impact de l’infection au VIH-1 et d’un excès de BAFF sur la production d’anticorps spécifiques au VIH-1 et la possible contribution des MZp à l’hyperglobulinémie chez ces individus. Dans un premier temps, nos résultats démontrent que les MZp d’individus non infectés possèdent un important phénotype Breg caractérisé par l’expression des molécules régulatrices NR4As, CD83, CD39, CD73 et l’IL-10. Les MZp ont également une fonction régulatrice impliquant CD83 et PD-L1. Dans un deuxième temps, nos résultats démontrent que dans le contexte du VIH-1, ce potentiel est complètement altéré vu la diminution d’expression de ces molécules et par la perte de la fonction régulatrice, et qui est directement affectée par un excès de BAFF. Enfin, nous démontrons que les MZp des individus infectés ont un profil associé à l’épuisement et que les gènes impliqués dans l’activation menant à la production d’anticorps sont augmentés, au détriment de ceux associés à la régulation. De façon intéressante, les MZp provenant du sang d’individus infectés expriment à la hausse des transcrits de gènes IGHV impliqués dans la génération d’anticorps neutralisants du VIH-1. De plus, nous démontrons que la quantité et la qualité des IgG spécifiques au virus sont en lien avec le statut de progression de l’infection et le niveau des taux de BAFF qui y est associés. Ainsi, basé sur nos résultats, il serait possible d’envisager une étude avec des avenues thérapeutiques existantes, ciblant BAFF ou l’expression des NR4As, pour tenter de diminuer les niveaux de BAFF ou restaurer le potentiel Breg des MZp respectivement. De telles avenues, en combinaison avec ART, pourraient être intéressantes dans le but de diminuer l’inflammation chronique et restaurer l’immunocompétence chez ces individus. / Antiretroviral therapy (ART) has increased life quality and longevity of HIV-infected individuals. However, chronic inflammation persists and is associated with increased B-cell activating factor (BAFF). BAFF is a key survival and differentiation factor for B-cells, especially for marginal zone B-cells (MZ). MZ are innate-like B-cells that are known for their quick antibody responses and polyreactive B-cell receptor (BCR). In the context of HIV-1 infection, BAFF is found in excess in the blood of infected individuals and is associated with the dysregulation of the B-cell compartment, hyperglobulinemia, breach of tolerance and autoimmune manifestations. We reported an increase in the frequency of precursor-like MZ (MZp) B-cells in the blood of HIV-infected individuals. Interestingly, these MZp possess a phenotype that is similar to certain Breg populations identified in human. The objective of this work is to first characterize the Breg potential of MZp from HIV-uninfected individuals by RNAseq analyses and flow cytometry, and second to study the impact of HIV-1 infection and excess BAFF on the dysregulation of the Breg potential of MZp from blood samples of individuals from the primo-infection (PHI) cohort of the FRQS. Our third objective is to study the impact of HIV-infection and excess BAFF on HIV-1 specific antibodies and better understand the contribution of MZp to hyperglobulinemia in HIV-1 infected individuals. Our results showed that MZp from HIV-uninfected individuals possess a stong Breg phenotype characterized by high expression of regulatory molecules such as NR4As, CD83, CD39, CD73 and IL-10. They also have an important Breg function that involves CD83 and PD-L1. We also demonstrate that HIV-1 infection impairs the Breg potential of MZp by downregulating the expression of regulatory markers and by altering their function, which high BAFF levels can directly affect. Also, MZp from HIV-infected individuals present an exhausted profile and an increased expression of genes involved in immunoglobulin (Ig) production. Interestingly, MZp from the blood of HIV-infected individuals show increased expression of IGHV gene transcripts associated with broadly neutralizing antibodies. We find that the quantity and quality of HIV-Env specific IgG is linked with disease progression status and associated levels of BAFF. Our results suggest that existing therapeutic strategies targeting BAFF or NR4As expression could be contemplated in order to try reducing BAFF levels or for restoring Breg potential, respectively. As such, such avenues could be envisaged as adjunct to ART to lower the inflammatory burden and restore immune competence of HIV-infected individuals.

Des études récentes ont montré une implication de la neuropiline 1 (Nrp1)dans le contrôle de l’activation des lymphocytes T. Son invalidation s’accompagne d’une aggravation de l’encéphalite auto-immune expérimentale (EAE). La sémaphorine 3A (Sema-3A), ligand principal de la Nrp1, semble participer à une boucle autocrine de rétro contrôle négatif de la prolifération des lymphocytes T.Cependant, peu d’études ont été réalisées chez l’homme pour déterminer dans quelle(s) situation(s) la Nrp1 est exprimée par les lymphocytes T. Notre travail aconsisté à étudier l’expression de la Nrp1 par les populations lymphocytaires T humaines afin de comprendre à quel niveau peut avoir lieu ce rétro contrôle. Nous montrons que les lymphocytes T régulateurs (Treg) chez l’homme n’expriment pas laNrp1, contrairement aux Treg murins. En revanche, la Nrp1 est exprimée par les lymphocytes T effecteurs après engagement avec l’antigène, soit au niveau des organes lymphoïdes secondaires pour les lymphocytes T folliculaires helper (Tfh) en interaction avec les lymphocytes B, soit au niveau des sites d’inflammations périphériques pour les lymphocytes T effecteurs mémoires (TEM). Dans les deux cas, cette expression survient en fin d’activation et pourrait servir de frein à une activation incontrôlée des lymphocytes T.D’autre part, nous avons abordé le rôle du récepteur alpha à l’IL-2 (CD25)dans l’homéostasie des lymphocytes T. L’étude chez la souris il2ra-/- a révélé un rôle important du CD25 pour la survie des Treg in vivo, mais aussi pour l’acquisition de lymphocytes T mémoires. Seulement deux cas de déficience en CD25, associés à des maladies auto-immunes, ont été décrits chez l’homme. Cependant, ces études n’ont pas abordé à quel niveau le CD25 intervient sur l’homéostasie des lymphocytes T. Nous complétons ces études par la présentation de trois nouveaux cas de déficience en CD25 développant des maladies auto-immunes de type IPEX. Nous montrons que le CD25 intervient activement dans le maintien des populations Treg naïves et effectrices, mais aussi dans celui des populations lymphocytaires effectrices mémoires. / Recent studies have shown the involvement of neuropilin 1 (Nrp1) in the control of T cell activation, and disruption of this receptor promotes aggravation of experimental autoimmune encephalitis (EAE). Through its principal ligand,semaphorin 3A (Sema-3A), Nrp1 appears to participate in an autocrine negative feedback of T cell proliferation. However, few studies have been conducted inhumans to determine when Nrp1 is expressed by T cells. Here we show that regulatory T cells (Treg) in humans do not express Nrp1, unlike murine Treg cells. In contrast, we show that Nrp1 is expressed by effector T cells after engagement with antigen, either in secondary lymphoid organs for follicular helper T cells (Tfh) interacting with B cells, either in peripheral inflammation for effector memory T cells(TEM). We conclude that this expression corresponds to a level of late activation in both cases and may control T cell activation.The study in mice il2ra-/- revealed a significant role of IL-2 receptor alpha(CD25) for the survival of Treg in vivo, but also for the differentiation of memory T cells. Only two cases of CD25 deficiency associated with autoimmune diseases have been described in humans. However, these studies do not assess at what levelCD25 is involved in T cell homeostasis. Here we provide further insight of these studies by presenting three new cases of CD25 deficiency developing autoimmune diseases like IPEX. We show that CD25 plays an active role to maintain naive and effector Treg cell populations of, and effector memory T cell populations.

Les anomalies phénotypiques et fonctionnelles des lymphocytes B (LB) sont typiques d'une infection au VIH et se traduisent principalement par une activation polyclonale, une perte de la mémoire immunitaire ainsi qu'une réponse humorale déficiente et des phénomènes auto-immunitaires souvent précurseurs de lymphomes B. Ces anomalies se retrouvent principalement chez les patients lors de la phase chronique de la maladie et semblent être reliées en partie au niveau de la charge virale ainsi qu'à un compartiment de lymphocytes T CD4+ altéré. Cependant, quoique controversé, des éléments d’activation polyclonale ont également été observés chez les non-progresseurs à long terme (LTNPs) qui présentent une charge virale faible et un compartiment T CD4+ semblable aux individus séronégatifs. Ainsi, les objectifs principaux de cette étude sont 1) d’établir une chronologie des anomalies du compartiment des cellules B chez des individus infectés par le VIH qui ont une progression différente de la maladie (PHI normaux, rapides, sains et LTNP). 2) corréler les niveaux sériques du stimulateur de lymphocytes B (BLyS), un facteur de croissance des cellules B, avec les phénotypes observés chez ces mêmes patients. L’hyperglobulinémie, les niveaux sériques de BLyS et d’auto-anticorps ont été mesuré longitudinalement chez une cohorte d’individus en primo-infection (PHI) avec des progressions différentes de la maladie (rapides et normaux), LTNP et sujets sains. Nos résultats démontrent que l’activation polyclonale des LB survient indépendamment de la vitesse de progression et persiste chez les LTNP ou malgré une thérapie antirétrovirale efficace chez les progresseurs rapides. Des niveaux élevés de BLyS dans le sérum des progresseurs rapides corrèlent avec des fréquences altérées de monocytes et cellules dendritiques, suggérant un rôle de celles-ci dans l’atteinte du compartiment des cellules B. / B lymphocyte abnormalities are an important consequence of HIV infection, where both polyclonal activation and loss of B cell memory and humoral immunity have been described, and often evolve towards rheumatic-like autoimmunity and lymphoma. Although these abnormalities are prevalent in chronically infected patients, polyclonal B cell activation is also reported in patients with primary HIV-infection (PHI), who already present signs of defective humoral immunity. Although controversial, elements of B cell dysregulation have been reported in long term non progressor (LTNP) patients, even though they bear low viral loads and present a relatively "normal" CD4+ T cell compartment, suggesting that other factors are involved. Therefore, the main objectives of this study are to 1) establish a timeline for specific B cell abnormalities in HIV-infected patients with different rates of disease progression (PHI normal and fast progressors, LTNP), and controls 2) to correlate serum levels of the B lymphocyte stimulator (BLyS) a B cell growth factor, among these patients and controls. Thus we have longitudinally assessed hyperglobulinemia, auto-antibody and soluble BLyS levels in the serum of subjects undergoing primary HIV infection (PHI) with different rates of disease progression; rapid and normal progressors, long term non-progressors (LTNPs), and healthy donors. Here, we report that B cell polyclonal activation occurs independently of the rate of disease progression, with hypergammaglobulinemia persisting beyond successful therapy in rapid progressors and despite non-progressing clinical disease in LTNPs. High levels of BLyS in the serum of PHI rapid progressors correlate with altered blood monocyte and dendritic cell frequencies suggesting their contribution in triggering B cell dysregulations.

Suite à la rencontre d’un antigène (Ag) présenté à la surface des cellules présentatrice de l’Ag (CPA), les lymphocytes T naïfs, ayant un récepteur des cellules T (RCT) spécifique de l’Ag, vont proliférer et se différencier en LT effecteurs (1). Suite à l’élimination de l’Ag la majorité des LTe vont mourir par apoptose alors que les restants vont se différencier en LT mémoire (LTm) protégeant l’organisme à long terme. Les mécanismes qui permettent la différenciation des LTe en LTm sont encore inconnus. Pour comprendre comment les LTm CD8+ sont générés à partir des LTe, nous avons émis l’hypothèse que la densité de l’Ag présenté par les CPA peut avoir un impact sur la sélection des LT CD8+ répondant l’Ag à se différencier en LTm. De manière intéressante, nos résultats montrent qu’une immunisation avec des cellules dendritiques (DCs) exprimant un haut niveau de complexe CMH/peptide à sa surface permet le développement de LTm. À l’inverse, le développement des LTm est fortement réduit (10-20X) lorsque les souris sont immunisées avec des DCs exprimant un niveau faible de complexes CMH/peptide à leur surface. De plus, la quantité d’Ag n’a aucune influence ni sur l’expansion des LT CD8+ ni sur l’acquisition de leurs fonctions effectrices, mais affecte de manière critique la génération des LTm. Nos résultats suggèrent que le nombre de RCT engagé lors de la reconnaissance de l’Ag est important pour la formation des LTm. Pour cela nous avons observé par vidéo-microscopie le temps d’interaction entre des LTn et des DCs. Nos résultats montrent que le temps et la qualité de l’interaction sont dépendants de la densité d’Ag présenté par les DCs. Effectivement, nous observons une diminution dans le pourcentage de LT faisant une interaction prolongée avec les DCs quand le niveau d’Ag est faible. De plus, nous observons des variations de l’expression des facteurs de transcription clefs impliqués dans la différenciation des LTm tels qu’Eomes, Bcl-6 et Blimp-1. Par ailleurs, la densité d’Ag fait varier l’expression du Neuron-derived orphan nuclear receptor 1 (Nor-1). Nor-1 est impliqué dans la conversion de Bcl-2 en molécule pro-apoptotique et contribue à la mort par apoptose des LTe pendant la phase de contraction. Notre modèle propose que la densité de l’épitope contrôle la génération des CD8+ LTm. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la génération des LTm permettra le développement de meilleures stratégies pour la génération de vaccin. Dans un second temps, nous avons évalué le rôle du signal RCT dans l’homéostasie des LTm. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de souris transgénique pour le RCT dont son expression peut être modulée par un traitement à la tétracycline. Ce système nous a permis d’abolir l’expression du RCT à la surface des LTm. De manière intéressante, en absence de RCT exprimé, les LTm CD8+ peuvent survivre à long terme dans l’organisme et rester fonctionnels. De plus, une sous population des LTm CD4+ a la capacité de survivre sans RCT exprimé dans un hôte lymphopénique alors que l’autre sous population nécessite l’expression du RCT. / Following antigen (Ag) encounter presented at surface of antigen presenting cell (APC), naïve T lymphocytes, which express a T cell receptor (TCR) specific for Ag, undergo massive proliferation and differentiate into effector T cells (1). After elimination of the pathogen, most effector T cells die, while the remaining differenciates into memory T cells (LTm) which are responsible for long-term protection of the organism. The mechanism that promotes the differentiation of effectors T cells into memory T cells is still largely unknown. To understand how Tm cells are generated from effectors, we hypothesized that the density of antigen on the APC could have an impact on the selection of CD8+ T cell responders differentiating into memory. Very interestingly, our results show that immunization of mice with dendritic cells (DCs) expressing high levels of peptide-MHC complexes on their surface allow a strong development of LTm. In contrast, the development of memory T cells was strongly reduced (10-20X) when mice were immunized with DCs expressing two-fold less level of peptide-MHC complexes. In agreement with the results described above, the amount of Ag does not have any influence on T cell expansion and acquisition of effector functions, but critically affects memory T cell generation. Our data suggest that the numbers of TCR engaged in MHC/peptide recognition are important for the formation of memory T cells. To do that, we evaluated by time-lapse videomicroscopy the time of interaction between LTn and DCs. Effectively, we observed a significant reduction in the percentage of cells making prolonged interaction with DCs when the level of Ag is decreased. Moreover, we observed a modification in the expression of key transcription factors involved in the differentiation of Tm cells, such as Eomes, Bcl6 and Blimp-1. Further analysis reveals that the Ag density influences the expression of Neuron-derived orphan nuclear receptor 1 (Nor1). Nor-1 is involved in the conversion of Bcl-2 into a pro-apoptotic molecule and contributes to effector death by apoptosis during contraction phase. Our model proposes that density of Ag controls the generation of LTm. A better understanding of the role of TCR signals in the generation of LTm will help to develop better vaccination strategies. Second time, we have evaluated the role of TCR signals in Tm cell homeostasis. To do that, we have used a tetracycline-inducible expression system of the TCR in mice. This system allows us to abolish TCR expression on Tm cells. Interestingly, we show that the ablation of TCR expression did not influence the survival and functionnality of Ag-specific CD8+ LTm cells. Furthermore, our results show that a subset of CD4 Tm cells can survive in the absence of TCR expression in nonlymphopenic hosts while another subset requires the TCR expression to survive.