Les lymphocytes T CD4 (LT CD4) jouent un rôle central dans la régulation des réponses immunitaires vis-à-vis des agents infectieux et des vaccins. Cependant, leur différenciation in vivo est encore mal comprise et les caractéristiques des LT CD4 capables de persister à long terme tout en assurant une réponse immunitaire protectrice sont mal définies. L’approfondissement de ces connaissances est indispensable pour le développement de nouveaux vaccins. <p>Pour approcher cette question, nous avons utilisé deux approches expérimentales. La première est un suivi de la différenciation des LT CD4 au cours de la réponse immune primaire chez des sujets vaccinés contre l’hépatite B ;la deuxième est la caractérisation phénotypique et fonctionnelle des LT CD4 mémoires antigène(Ag)-spécifiques pendant la phase d’état. Cette analyse a été réalisée au sein des LT CD4 spécifiques d’Ag vaccinaux, l’Ag de surface du virus de l’hépatite B (HBs) et la toxine tétanique (TT), ainsi que ceux spécifiques des Ag du cytomégalovirus (CMV). Les LT CD4 Ag-spécifiques ont été mis en évidence par cytométrie de flux après marquage intracytoplasmique du ligand du CD40 (CD40L) exprimé en réponse à une stimulation de courte durée par l’Ag. Des expériences basées sur la stimulation par la toxine du syndrome du choc toxique et le marquage du segment Vbeta2 du récepteur des LT ont démontré la bonne sensibilité et spécificité de cette méthode.<p>Le suivi de la réponse primaire chez 11 donneurs jusqu’à plus d’un an après immunisation par le vaccin anti-hépatite B a permis d’établir un modèle de différenciation des LT CD4 Ag-spécifiques in vivo chez l’homme. Nous avons mis en évidence des LT CD4 spécifiques d’un nombre limité de peptides immunodominants de la protéine HBs suggérant une réponse de type oligoclonale. Grâce à l’utilisation d’un cytomètre neuf couleurs, nous avons mené une analyse détaillée de l’hétérogénéité de la population mémoire HBs-spécifique. L’expression du CCR7 permet de distinguer des cellules de type mémoire centrale (LTCM, CCR7+) et effectrice (LTEM, CCR7-) se distinguant notamment par leur capacité à migrer vers les ganglions lymphatiques ainsi que par leurs propriétés fonctionnelles. Nous avons montré l’existence de ces deux sous-populations au sein des cellules HBs-spécifiques mais par opposition à leur définition initiale, ces LTCM sont capables de produire des cytokines effectrices. La proportion importante de LTCM exprimant le Ki67 témoigne d’une activité proliférative persistante in vivo et suggère la capacité de ces cellules à s’auto-renouveler et éventuellement à alimenter le pool des LTEM. La proportion importante de LTCM exprimant la chaîne alpha du récepteur à l’IL-7 (CD127) suggère que ces cellules sont sensibles aux signaux émanant de l’IL-7, une cytokine dont le rôle dans le maintien de la mémoire lymphocytaire T est connu. Compte tenu de la relevance potentielle de ces caractéristiques uniques pour le développement de vaccins et de l’accumulation de travaux montrant l’avantage sélectif des LTCM à conférer une immunité protectrice, nous avons focalisé la dernière partie de ces recherches sur cette sous-population. Une étude transversale des LTCM spécifiques de plusieurs types d’Ag (éliminés (HBs et TT) ou persistants (CMV)) a été menée. Nos résultats montrent une hétérogénéité, variable selon l’Ag, de la capacité de ces cellules à produire des cytokines effectrices et de leur phénotype de différenciation. Cette donnée nouvelle soulève la possibilité que les LTCM soient hétérogènes dans leur capacité à conférer une immunité protectrice. L’acquisition du marqueur KLRG1 par une fraction des LTCM s’associe à une capacité accrue à produire des cytokines effectrices et à une expression élevée du CD127. La possibilité que ces cellules soient particulièrement aptes à conférer une immunité protectrice et durable est discutée, tout comme les mécanismes menant à leur génération et l’intérêt de ces connaissances pour la conception de nouveaux vaccins.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Pour augmenter l’affinité des anticorps sécrétés en réponse à un antigène, les gènes d’immunoglobulines subissent l’hypermutation somatique, une mutagénèse adaptative initiée par l’action de l’activation-induced cytidine deaminase (AID). L’uracile provenant de la désamination des cytosines par cette enzyme est réparé de façon erronée par la suite : si il est pris en charge par l’uracile N-glycosylase (UNG), enzyme à l’origine d’une réparation poursuivie habituellement par des composantes de la voie du "base-excision repair", il reste à sa place un site abasique franchissable par les ADN polymérases translésionnelles avec un taux d’erreur très élevé. Si le mésappariement U:G est reconnu par la voie du « mismatch repair », le brin d’ADN entourant le U est dégradé puis néo-synthétisé par une autre ADN polymérase translésionnelle particulièrement mutagène en face des bases T et A, la polymérase eta. Nous avons proposé que le choix entre ces deux voies de réparation mutagènes puisse être régulé en fonction du cycle cellulaire: les mutations des paires A:T seraient introduites dans les gènes d’immunoglobulines par la voie du mismatch repair en phase G1 alors que la voie erronée d’UN introduirait les autres mutations lors de la phase S. Nous sommes parvenus à restreindre l’activité de l’AID à deux parties distinctes du cycle, la phase G1 ou les phases S/G2/M, et nous avons établi le fonctionnement de ce système dans le modèle murin. De façon surprenante, nous avons détecté un taux de mutation proche du bruit de fond chez toutes les souris dont l’AID opérait uniquement dans les phases S/G2/M. Par contre, les souris dont l’AID a été restreinte en G1 présentaient un spectre de mutation diversifié sur les quatre bases et similaire au normal. A la lumière de ces résultats, nous proposons que les lésions introduites tout au long du cycle par l’AID soient diversifiées par les acteurs de l’hypermutation somatique pendant la phase G1, alors que les lésions seraient soit réparées de façon fidèle en dehors de cette phase-là, soit de faible impact. Afin d’expliquer le biais de brin dans l’hypermutation somatique observé pour les mutations sur les bases A :T, nous proposons pour l’ADN polymérase eta un rôle inhabituel de réparation du brin portant la « lésion », et non de synthèse translésionnelle classique en face de cette lésion. Nous avons analysé le profil, le taux et la distribution des mutations introduites par Pol eta sur un oligonucléotide cible pour l’hypermutation, qui a été inséré au locus des immunoglobulines et utilisé pour l’établissement des souris knock-in avec un fond génétique déficient ou non en UNG. Nos résultats, selon lesquels Pol eta continue de cibler le brin codant indépendamment de la localisation des « points d’entrée » en forme d’uraciles, contredisent les rapports déjà publiés sur ce sujet. De façon inattendue, nos résultats mettent en évidence une coopération entre les voies UNG et et les activités endonucléasique du mismatch repair, fournissant la cassure simple brin qui va permettre d'initier la resynthèse à fort taux d'erreur à l'origine de la mutagénèse A/T. Ces résultats résolvent aussi le paradoxe de la non-participation apparente du complexe effecteur du mismatch repair (Mlh1/Pms2) dans le processus d'hypermutation, en proposant qu'il fonctionne en redondance avec UNG, dans une distribution des tâches qui dépend du contexte de la séquence ciblée et de la densité du processus de deamination. / Somatic hypermutation is a localized mutagenesis, essentially targeted to the immunoglobulin V region, and occurring during the immune response. This process is triggered by AID (activation-induced cytidine deaminase) that deaminates cytosines into uracils at the Ig locus. This lesion is further processed by Ung or the Msh2-Msh6 complex, with an abnormal outcome for both pathways that results in an increased mutation load. The Msh2-Msh6 complex recruits Pol eta to generate a short patch DNA synthesis with mostly mutations at A and T bases. To get further insight into this error-prone repair process, we have generated hypermutation substrates consisting in an A/T oligonucleotide of 100 bases with or without 3 cytidines in its core region, inserted by knock-in at the heavy chain Ig locus. Our aim was to compare the mutation frequency, distribution and mutation profile of substrates with C on either the coding or the non-coding strand on WT or Ung-deficient background, taking into account that Pol eta is a preferred A to G mutator. Our results suggest that Pol eta resynthesis may proceed on the coding strand, whatever the strand localization of the uracil, thus contradicting previous reports. Unexpectedly, our results revealed a cooperation between the Ung pathway and the endonuclease activity of the mismatch repair, with both of them providing the single-strand nick that allows initiation of the error-prone process that generates mutations at A and T bases. These results resolve the apparent paradox of the non-involvement of the mismatch repair effector complex (Mlh1-Pms2) in hypermutation, by proposing that it works redundantly with UNG, in a distribution of tasks that will depend upon the sequence context and the intensity of deamination activity. We have also constructed cell cycle restricted mutants of AID, to study in which phase of the cell cycle this atypical, mismatch repair driven, error-prone synthesis is taking place. Using the Fucci restriction system (degrons based on Cdt1 or Geminin peptides), we have generated AID constructs with proper restriction in either G1 or S/G2/M phases. These retroviral constructs have been used to transduce mouse hematopoietic stem cells from either AID -deficient mice and to restore immunodeficient animals, in order to analyze their immune response. We report that restriction of AID expression in S/G2/M part of the cycle yielded only background mutation frequency, while AID operating in the G1 phase is able to generate an equal proportion of A/T and G/C mutations at the Ig loci, thus demonstrating that uracils generated in G1 are substrates for both Ung- and mismatch repair pathways.

Le greffon de sang placentaire permet d’accéder aux indications de l’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH) en l’absence de disponibilité d’un donneur non apparenté compatible. De part ses propriétés intrinsèques, cette source n’expose pas à un risque plus élevée de réaction de greffon contre l’hôte (GVH) au regard des incompatibilités qu’elle autorise ni à un taux plus élevé de rechutes. En revanche, elle comporte un risque supérieur de non prise de greffe et une reconstitution immunologique post‐greffe retardée responsable d’une morbidité et d’une mortalité liées aux infections. L ‘expansion homéostatique périphérique des lymphocytes T du sang placentaire est un facteur déterminant de l’évolution bénéfique ou défavorable de l’allogreffe de CSH de sang placentaire. Dans les premières semaines post‐greffe, la prolifération homéostatique des cellules T joue un rôle critique par son implication dans l’immunité anti‐tumorale et antiinfectieuse. Cette dualité qui a été le fil conducteur de ce travail de thèse est délicate à maitriser car elle concerne des cellules T dont les propriétés sont tout à fait singulières. Il s’agit de cellules T naïves pour la plupart fraichement émigrées du thymus, leur nombre est limité et elles contiennent un contingent non négligeable des cellules T régulatrices.Dans ce contexte, l’impact d’une lymphodéplétion profonde engendrée par l’utilisation du sérum anti‐lymphocytaire (SAL) est encore largement méconnu et tout particulièrement dans le cadre de l’allogreffe de sang placentaire.La première partie de nos travaux comprend deux études rétrospectives évaluant l’impact du sérum anti‐lymphocytaire dans les greffes de sang placentaires après conditionnement myéloablatif et après conditionnement atténué. Les résultats de ces deux études concordent : le SAL est responsable d’une lymphodéplétion profonde chez le receveur qui diminue le taux de GVH aiguë de grade II à IV sans améliorer notablement la prise de greffe. En revanche, il est associé à une altération de la survie globale en aggravant sévèrement la 6 mortalité liée à la procédure. Dans ces deux études, nous avons retrouvé une augmentation du taux de complications infectieuses chez les receveurs qui ont bénéficié d’un conditionnement avec SAL. Au travers des données recueillies, nous avons également observé que les cellules immunocompétentes présentes dans le sang placentaire sont souvent très altérées : en moyenne, seulement 40% d’entre elles sont viables et vont donc pouvoir participer activement à la reconstitution immunitaire post‐greffe.La constatation de cette fragilité des cellules T de sang de cordon nous a conduit à son évaluation in vitro. L’analyse de la viabilité des lymphocytes T démontre qu’elle est globalement médiocre mais variable en fonction des cordons au cours des tous premiers jours de culture sans que les conditions de recueil ou de stockage ne puissent être incriminées. Cette viabilité peut être améliorée par l’exposition quotidienne des cellules T à de faible dose (100 pg/mL) d’interleukine‐7 (IL‐7) sans potentialiser la réponse allogénique. Le risque in vivo d’augmenter significativement l’alloréactivité en utilisant l’IL‐7 avec des greffons non‐manipulés ne peut être occulté. Toutefois, les résultats obtenus in vitro lors de la stimulation allogénique des cellules T de sang de cordon en présence d’IL‐7 montre qu’à faibles doses, celle‐ci améliore préférentiellement la viabilité des lymphocytes quiescents, non engagés dans la réponse alloréactive.L’ensemble de ces résultats souligne l’intérêt d’une connaissance précise non seulement de la quantité mais aussi de la qualité des cellules T de sang de cordon infusées lors de l’allogreffe. Les thérapeutiques actuelles et à venir bloquant leur réactivité ou au contraire potentialisant leur viabilité doivent intégrer cette donnée pour mieux maitriser leur action potentielle et l’adapter au cas par cas. / The placental blood graft provides access to indications for hematopoietic stem cell transplantation (CSH) in the absence of availability of a compatible unrelated donor.

Background: Intestinal inflammation elicited by environmental determinants including dietary proteins and microbes is implicated in type 1 diabetes (T1D) pathogenesis. Also, intrinsic pancreatic abnormalities could precede classic insulitis, contributing to T1D. Materials and Methods: Spontaneous rat T1D models were used for in situ analyses of gut and pancreas to explore novel disease pathways using immunohistochemistry and detailed morphometry, gene expression studies, and molecular screening analyses. Results: In BBdp rats, feeding a cereal diet stimulated T1D under germ-free or specific pathogen-free (SPF) conditions compared with a protective hydrolyzed casein (HC) diet. Cereal-induced T1D was paralleled by increased gut T cell infiltration and TH1-associated pro-inflammatory transcription. HC-fed rats displayed an increased number of anti-inflammatory CD163+ M2 macrophages compared with cereal-fed rats. Cereal-associated promotion of T1D in Lewis diabetes-prone (LEW-DP) rats, a different rat model, similarly featured gut T cell infiltration in conjunction with decreased immunoregulation. The Camp gene was induced in diet-protected HC-fed BBdp rats. Camp encodes the cathelicidin antimicrobial peptide (CAMP), a pleiotropic immunomodulatory host defence factor. Intestinal CAMP was enriched in CD163+ M2 macrophages and could represent a novel marker of these tolerogenic innate immune cells. CAMP expression was also discovered in pancreatic lymph nodes (PLN) and islets, indicating a novel role for this factor in target tissue homeostasis. There was a positive correlation between pancreatic CAMP and total islet number. Also, islet-associated CAMP+ cells were increased in rats with islet inflammation, suggesting upregulation in parallel with insulitis. Exogenous CAMP/LL-37 injections increased the abundance of T1D-protective probiotic bacteria and promoted islet neogenesis in BBdp rats. A prospective partial pancreatectomy (PPx) study was performed to obtain pre-diabetic pancreas biopsies from iii pre-insulitic BBdp rats. The number of endothelium-associated CD68+ macrophages was increased in pre-diabetic pancreata, indicating that perivascular inflammation was an early lesion in the animals. In addition, pre-diabetic pancreata featured enhanced regenerative Reg3a and Reg3b gene expression, indicating abnormal islet expansion preceding insulitis. Conclusions: Small intestinal inflammation paired with deficits in local immunoregulation parallels T1D development. CAMP represents a novel factor in T1D that could have several pleiotropic functions including regulation of commensal microbes, intestinal homeostasis, and pancreatic homeostasis. In addition, target tissue abnormalities precede insulitis and T1D. This research focused on the integrative biology of T1D pathogenesis in spontaneous rat models. This work provides a novel working model that incorporates key roles for gut lumen antigens, intestinal immunity, and the role of islets and altered regenerative capacity in T1D. This research could lead to new therapeutic opportunities for T1D treatment.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-01-12T13:26:08Z No. of bitstreams: 1 thaisabranchesbuenosabinobertges.pdf: 1644405 bytes, checksum: 3b8373f3de0b6d396b5af331c1897b4a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T17:14:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thaisabranchesbuenosabinobertges.pdf: 1644405 bytes, checksum: 3b8373f3de0b6d396b5af331c1897b4a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T17:14:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thaisabranchesbuenosabinobertges.pdf: 1644405 bytes, checksum: 3b8373f3de0b6d396b5af331c1897b4a (MD5) Previous issue date: 2015-09-14 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A cicatrização é um evento complexo que tem por objetivo restaurar a integridade anatômica, histológica e funcional de um tecido que sofreu lesão por diferentes etiologias. O potencial de modulação do sistema imunológico e das reações inflamatórias locais, por técnicas não invasivas, é alvo de diversos trabalhos e apesar de tal efeito modulador já ser comprovado clinicamente e corroborado por estudos histomorfológicos, os mecanismos celular e molecular de ação local e sistêmica das principais terapias adjuvantes disponíveis, a laserterapia de baixa intensidade e o ultrassom terapêutico, ainda não estão totalmente esclarecidas. O objetivo do presente estudo foi comparar os efeitos da terapia a laser de baixa intensidade e do ultrassom terapêutico, isolados e associados no processo de reparo tecidual, de feridas cutâneas cirúrgicas em ratos Wistar, com pesquisa da produção in situ de TGF-β1, TGF-β2 e IL-17 por imuno-histoquímica, além de avaliar, por histomorfometria, a deposição de matriz colagenosa na área em cicatrização por estudo retrospectivo em material emblocado em parafina (n = 24), cujas amostras foram divididas em: um grupo controle (GI), um submetido apenas à laserterapia (GII), um submetido apenas ao ultrassom (GIII) e um submetido às duas terapias associadas (GIV). Os dados foram expressos em média e desvio padrão, sendo considerado p < 0,05 para indicar resultados estatisticamente significantes. A expressão de TGF-β1 foi significativa quando as amostras de GIV foram comparadas com GII e GIII. Em relação a IL-17, as amostras de GI e de GII apresentaram maior porcentagem de células coradas, e a diferença foi significativa entre GII e GIII, e entre GII e GIV. / Wound healing is a complex event that aims to restore anatomical, histological and functional integrity of a tissue injury suffered by different etiologies. The potential modulation of the immune system and local inflammatory reactions by noninvasive techniques is the subject of several studies and although such modulating effect already being clinically proven and confirmed by histopathologic studies, the cellular and molecular mechanisms of local and systemic actions of main adjuvant therapies available, the low level laser therapy and ultrasonic energy, are still unclear. The aim of this study was to compare the effects of laser therapy of low intensity and the therapeutic ultrasound, isolated and associates in the tissue repair process in surgical wounds in Wistar rats, with research in situ production of TGF-β1, TGF-β2 and IL-17 by immunohistochemistry, and to evaluate by histomorphometry, the deposition of collagenous matrix in the area in healing by retrospective study in emblocado material paraffin (n = 24), the samples were divided into: a control group (GI) one subject only to laser therapy (GII), a submitted only to the ultrasound (GIII) and submitted to the two associated therapies (GIV). Data were expressed as mean and standard deviation, being considered p < 0.05 to indicate a statistically significant results. The TGF-β1 expression was significant when samples of GIV were compared with GII and GIII. With regard to IL-17, samples of GI and GII had a higher percentage of stained cells, and the difference was significant between GII and GIII, and between GII and GIV.

L’importance respective des lymphocytes T régulateurs naturels générés dans le thymus ou induits en périphérie dans la régulation immunitaire et la résolution de l’inflammation est désormais bien établie. Nous avons contribué à mettre en évidence une nouvelle voie d’induction de lymphocytes T régulateurs périphériques à partir de cellules T humaines CD4+CD25- naïves et mémoires. Nous avons montré que l’engagement de la molécule ubiquitaire transmembranaire CD47 sur la cellule T par un anticorps monoclonal ou par le peptide 4N1K (peptide dérivé du domaine carboxy-terminal de la thrombospondine-1 et spécifique du site de liaison à CD47) induisait des lymphocytes T CD4+ régulateurs exerçant une fonction suppressive sur les lymphocytes T effecteurs. Les propriétés suppressives induites par la thrombospondine-1 confortent les fonctions anti-inflammatoires de cette protéine de la matrice extracellulaire. L’inhibition exercée par les lymphocytes T régulateurs induits dépend du contact intercellulaire entre les cellules T régulatrices et leurs cibles, et est indépendante du TGF-. Nos résultats démontrent également le rôle de CD47 sur le lymphocyte T CD4+ dans la réponse immunitaire spécifique de l’antigène in vivo. En effet, les souris BALB/c déficientes pour CD47 présentent un biais de la sécrétion d’anticorps et de cytokines de type Th1, alors que les souris BALB/c sont décrites comme exprimant un profil de production de cytokines de type Th2. Nos travaux mettent en évidence le rôle de CD47 dans l’inhibition du développement d’une réponse cellulaire et humorale de type Th1 in vivo, confirmant de précédentes études in vitro réalisées avec des cellules T CD4+ humaines. Nous présentons également le rôle inhibiteur de l’engagement de CD28 in vitro sur la différenciation en cellules Th17 des lymphocytes T CD4+ naïfs isolés de souris BALB/c. Le mécanisme proposé est dépendant de la production de l’IL-2 et de l’IFN- et indépendant de la présence de lymphocytes T régulateurs. Notre étude du rôle de deux molécules transmembranaires CD47 et CD28 exprimées sur la cellule T CD4+, contribue à une meilleure connaissance des mécanismes impliqués dans la tolérance immunologique, la résolution de l’inflammation et la différenciation des cellules T "helper" CD4+. / Nowadays, the importance of natural regulatory T cells and adaptive regulatory T lymphocytes in immune regulation and resolution of inflammation are well established. We report a previously unknown pathway to generate adaptive regulatory T cells in the periphery from naive and memory human CD4+CD25- T cells. We show that the stimulation of the broadly expressed transmembrane proteins CD47 on T cells by a monoclonal antibody or by the 4NK1 peptide (carboxy-terminal peptide of thrombospondin-1 (TSP) specific of the binding site of CD47) induced regulatory T cells that exerted an inhibitory function on effector T cells. Our study on the suppressive proprieties of the TSP corroborates with reported anti-inflammatory activities of this extracellular matrix protein. The suppressive function of TSP induced regulatory T cells was contact-dependent and TGF--independent. Our data further demonstrate the role of CD47 expression on T cells in the antigenic-specific immune response in vivo. We report that the CD47-deficient BALB/c mice displayed a Th1-biased antibody and cytokine responses, instead of the Th2 cytokine profile observed in unmanipulated BALB/c mice. Our study outlines the role of CD47 as a self-control mechanism to negatively regulate type 1 cellular and humoral immune responses and most importantly confirm in vivo previous in vitro studies with human CD4+ T cells. We also report that soluble anti-CD28 monoclonal antibody suppressed in vitro differentiation of naïve CD4+ T cells isolated from BALB/c mice into IL-17-producing cells by mechanism that are IL-2 and IFN-γ-dependent but independent of the presence of regulatory T cells. Our studies highlight the suppressive function of two transmembrane molecules CD47 and CD28 expressed by CD4+ T cells in vitro and in vivo in human and mice. They thus may contribute to a better understanding of the mechanisms involved in the induction of immune tolerance, the resolution of inflammation and the differentiation of the T helper cells.

The generation of memory T cells following primary exposure to a pathogen is a critical feature of the vertebrate immune system which has evolved as a protective mechanism in order to defend the host against repeated assaults by the patnogen. Memory T cells are long-lived, undergo rapid proliferation upon re-activation, mediate a robust secondary response and clear the pathogen much more efficiently. These aspects have made the generation of memory T cells an attractive goal for the production of both prophylactic and therapeutic vaccines. However, the degeneracy of the T cell receptor, whereby a given T cell recognizes more than one epitope, allows the T cell to be modulated by epitope variants which could be self-ligands, ligands related to the original epitope but altered in sequence, or completely unrelated epitopes. Experiments in both mice and humans show that such cross-reactive stimulation of memory T cells results in complete, partial, or no activation of T cells, and in some cases, even alters the functional identity of the T cell (for example, T helper 1 cells start secreting IL-4, IL-5 and become part of a T helper 2 response). In the context of secondary infection of immune organisms with pathogens containing mutated or related T cell epitopes, such alterations at the cellular level translate into drastic changes in the overall clinical outcome of the infection. Thus, the presence of cross-reactive T cells in the memory population implies that the protective or pathologic nature of the secondary immune response is a consequence of the host's infection history. Although several murine models of heterologous infection resulting in altered pathological outcome have been studied, the exact immune correlates of protection versus immunopathology are still unclear. This thesis addresses this issue in dengue virus infections in humans. Dengue fever (DF) and Dengue Hemorrhagic Fever (DHF) are two disease manifestations caused by infections of humans by the dengue viruses. These are a group of 4 serologically distinct flaviviruses (D1-4) which often co-circulate among endemic populations. While primary infection with any of the four serotypes can result in the more severe clinical disease characterized by DHF, epidemiological data from several outbreaks show that 80% - 90% of DHF cases occur among individuals with secondary infection. This implies that prior immunity to dengue is actually a risk factor for developing severe disease. In these DHF cases, there are increased numbers of CD69+ CD8+ T cells in circulation, with increases observed in the frequency of epitope-specific T cells, and the serum levels of several T cell produced cytokines, chemokines, and immune receptors are highly elevated. Since the four serotypes share 65% - 75% amino acid sequence homology, the possibility that unconserved T cell epitope sequences stimulated cross-reactive responses was borne out in in vitroexaminations. In these studies, peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and cloned T cells from both vaccinated and infected donors contained large populations of memory T cells that were cross-reactive for heterologous viral serotypes in proliferation and CTL assays. These data suggest that the severity of disease seen in DHF patients can be attributed to an immunopathologic secondary response during heterologous infection, and highlight a role for serotype cross-reactive T cells in this process. This thesis addresses the hypothesis that the recognition of the natural variants of dengue virus T cell epitopes by serotype cross-reactive CD8+ T cells of a dengue-immune donor results in an altered secondary response profile, with the changes reflected in both the quantitative and qualitative nature of the response. In order to compare the functional profile of the secondary response of dengue-immune PBMC re-activated with heterologous serotypes, we focused on a panel of 4 donors who were vaccinated with live attenuated monovalent vaccines corresponding to D1, D2, or D4 serotypes. We screened a panel of peptides predicted to bind to HLA-A*0201 for cytokine responses and identified 4 novel epitopes that were highly immunogenic in all four donors. Direct ex vivo stimulation of donor PBMC with the heterologous sequences of these epitopes also showed sizeable serotype cross-reactive T cell populations. CFSE- and intracellular staining for cytokines and chemokines showed that these cross-reactive T cells not only expanded but also produced IFNγ, TNFα, and MIP-1β. Multi-parameter staining revealed functionally diverse populations comprised of single cytokine (IFNγ+, TNFα+, MIP-1β+, double cytokine (IFNγ+TNFα+, IFNγ+MIP-1β+, TNFα+MIP-1β+, and triple cytokine (IFNγ+TNFα+MIP-1β+ secreting sub-sets. Stimulation with the epitope variants altered the magnitude of the overall response as well as the relative sizes of these sub-sets. The patterns of responses revealed the effects of epitope immunogenicity, infection history and donor-specific variability. All 4 donors showed the highest cytokine response to a -single epitope (NS4b 2353). The same two peptide variants (D2 NS4a 2148 and D3 NS4b 2343) induced the highest response in all 4 donors regardless of the serotype of primary dengue infection. Interestingly, the epitope variants which showed the highest immunogenecity in our donors corresponded to the D2 and D3 serotypes which have been documented as being more virulent as well as a viral risk factor for DHF. In one donor, the response to all peptide variants was dominated by the same cytokine sub-sets. These data suggested that the dengue-immune memory T cell repertoire was functionally diverse and underwent alterations in size after secondary stimulation. Therefore, we also investigated the effect of epitope variants on dengue-specific CD8+T cell clones isolated from vaccinated and infected donors in order to determine if epitope variants induced altered functional outcomes at the clonal level. The epitope variants functioned either as strong agonists (particularly the D2 and D3 sequences), partial agonists, or null ligands. Some variants were able to induce cytolysis but not other effector functions at low concentrations. The variant ligands also influenced the hierarchy of cytokine responses within each clone. The third part of this thesis focused on the characterization of the frequency and phenotypic profile of epitope-specific CD8+ T cells in patients with DHF and DF at different times in the disease course in order to better understand the kinetics of the response and delineate any differences between the immune profile of severe vs. moderate disease. Tetramer staining for a previously identified HLA-B*07 restricted epitope was combined with staining for activation markers (CD69, CD38, HLA-DR), homing receptors (CCR7, CD62L), and programmed death receptor 1 (PD-1). The DHF subjects had early T cell activation with higher frequencies of tetramer+CD69+ cells as compared to DF subjects, in whom T cell frequencies peaked around the time of defervescence. While each subject had a unique phenotypic profile of tetramer+ cells, there was a difference between DF and DHF subjects in terms of CCR 7 expression; all subjects expressed low levels of CCR7 during acute illness but only the DHF subjects did not show upregulation of CCR7 on tetramer+ cells during convalescence. These data suggest that there is a sustained alteration in memory phenotype in those who recovered from severe dengue disease. A majority of the tetramer+cells also expressed PD-1 during acute illness but not during convalescence. Double-staining with variant tetramers allowed us to directly visualize serotype cross-reactivity of the epitope-specific population, and showed that secondary stimulation did induce the expansion of cells with low avidity for that secondary serotype and higher avidity to the variant. Furthermore, the ratios of these sub-sets changed during the course of the response. Taken together, these studies suggest that the immune response to heterologous secondary dengue infection is mediated by a heterogeneous population of serotype-cross reactive T cells that have different functional avidities to epitope variants and is influenced by the serotype of the secondary infection as well as the prior infection history of the individual. The preferential expansion of clones which secrete IFNγ but not inflammatory MIP-1β or TNFα or a repertoire characterized by a higher ratio of cytolytic to cytokine producing clones could limit immune mediated damage while efficiently clearing the virus. This information will be useful in the design of vaccine strategies aimed at inducing protective cross-reactive responses against all 4 dengue serotypes while preventing immunopathological outcomes following secondary infection.

PD-1 (Programmed Cell death protein -1) est un récepteur co-inhibiteur exprimé à la surface de lymphocytes T (LT) activés. Ce récepteur joue un rôle important dans le maintien de la tolérance périphérique tout en protégeant contre les maladies auto-immunes et inflammatoires. Cependant, une expression élevée et permanente de PD-1 et ses ligands PD-L1 et PD-L2 (PD-Ls) perturbe la réponse immunitaire contre les pathogènes et les cellules tumorales. Les inhibiteurs de points de contrôle immunitaires (ICI) ciblant l'axe PD-1/PD-Ls représentent aujourd’hui une avancé majeure dans le traitement de différents types de cancer, tant sur le plan de l’efficacité que de la tolérance. Le nivolumab (nivo) et le pembrolizumab (pembro) sont deux anticorps monoclonaux (AcM) anti-PD-1 qui bloquent l’interaction de PD-1 avec ses ligands. Ces AcM ont montré des résultats prometteurs dans le traitement de multiples types de cancers comme le mélanome, le cancer bronchique non à petites cellules, le carcinome à cellules rénales, etc. Malgré l’importance thérapeutique de nivo et de pembro dans le cancer, aucune étude n’a défini le devenir de PD-1 après la liaison à ces deux AcM. L’objectif de cette étude a été donc d’évaluer l’endocytose de PD-1 suite au liaison à des AcM anti-PD-1 (clone J110, nivo, pembro) et de déterminer s’il y a différence entre nivo et pembro vis à vis leur capacités à induire l'internalisation de PD-1. L’étude de l’endocytose de PD-1 a été réalisé sur des LT humains obtenus à partir du sang périphérique de donneurs sains et activés avec des Ac anti-CD3/anti-CD28 ou concanavaline A afin d’exprimer le récepteur PD-1. L’analyse des données par cytométrie en flux a montré que l’engagement de PD-1 avec l’Ac anti-PD-1 (clone J110) induit son endocytose dans les LT humains et que 50% de la totalité de PD-1 de surface est internalisé dans les premiers 30 minutes suivant l’incubation de cellules à 37°C, suivi d’un taux d’endocytose plus lent (56% en 60min). Notre étude a montré également que la liaison de nivo et de pembro au PD-1 induit son endocytose et que la plupart de récepteur est internalisée dans les 30 min suivant l’incubation de cellules à 37°C. Toutefois, 32 à 50% des récepteurs sont résistants à l’endocytose. L’analyse comparative de nivo et de pembro a révélé une différence statistiquement significative (p=0.03) entre le taux d’internalisation du complexe PD-1/nivo et celui du PD-1/pembro (46% versus 25% en 30min, respectivement). Même à des concentrations élevées de pembro, la liaison de nivo induit une meilleure internalisation de PD-1, ce qui suggère que nivo pourrait être plus efficace. Bien que les ICI comme nivo et pembro sont connus de bloquer l’interaction de PD-1 avec ses ligands, PD-L1 et PD-L2, notre étude a montré pour la première fois que ce deux AcM induisent aussi l’endocytose du récepteur PD-1 dans les LT humains avec des taux différents, et que 32% à 50% de récepteurs PD-1 sont résistants à l’endocytose. Ces résultats pourraient être exploités pour améliorer l’internalisation de PD-1 dans les LT humains et par la suite augmenter les potentiels thérapeutiques de nivolumab et de pembrolizumab dans le traitement du cancer. Mots clés : Récepteur PD-1, Ligands de PD-1, Lymphocytes T, Inhibiteurs de point de contrôle immunitaires, Anticorps anti-PD-1, Nivolumab, Pembrolizumab, Endocytose, Cancer / PD-1 (Programmed Cell death protein -1) is a co-inhibitory receptor expressed on the surface of activated T cells. It plays an important role in maintaining peripheral tolerance and protecting against autoimmune and inflammatory diseases. However, permanent expression of PD-1 and its ligands PD-L1/ PD-L2 (PD-Ls) disrupts the immune response against pathogens and tumor cells. Immune checkpoint blockade (ICB) targeting the PD-1/PD-Ls axis has revolutionized the treatment of many cancers. Nivolumab (nivo) and pembrolizumab (pembro) are two anti-PD-1 monoclonal antibodies (mAb) that block the interaction between PD-1 and its ligands. They have shown promising results in the treatment of multiple types of cancers such as melanoma, non-small cell lung cancer, renal cell carcinoma, etc. Surprisingly, despite the success of anti-PD-1 in cancer immunotherapy, no-one has defined the destiny of surface PD-1 following antibody binding. Therefore, the objective of my master thesis was to define the fate of surface PD-1 following antibody binding and whether different anti-PD-1 Abs in the clinic differ in their ability to induce PD-1 endocytosis. The study of PD-1 endocytosis was performed on human T lymphocytes obtained from peripheral blood of healthy donors and activated with anti-CD3/anti-CD28 Ab or concanavalin A to express PD-1 receptor. Data analysis by flow cytometry showed that following anti-PD-1 Ab binding, 50% of PD-1 becomes endocytosed by 30min. In addition, we found that the PD-1 receptor is internalised upon its engagement with nivo and pembro and that most of the receptor is endocytosed within 30 min. However, 32 to 50% of the receptors are resistant to endocytosis. The comparative analysis of nivo and pembro has revealed a statistically significant difference (p=0.03) between the internalisation rate of the PD-1/nivo complex versus PD-1/pembro (46% versus 25% by 30min, respectively). Even at high concentrations of pembro, nivo induces better internalization of PD-1, suggesting that nivo could be more effective than pembro. Our study showed for the first time that ICB involves not only in the blockade of PD-1/PD-Ls interaction, but also in the endocytosis of PD-1 receptors from the surface of human T-cells, which differs between nivolumab and pembrolizumab. These results could be exploited to increase the therapeutic potential of nivolumab and pembrolizumab in cancer treatment. Keywords: PD-1 receptor, PD-1 ligands, T lymphocytes, Immune checkpoint blockade, Anti-PD1 antibodies, Nivolumab, Pembrolizumab, Endocytosis, Cancer

Au pic de la réponse effectrice des LT CD8, on retrouve deux sous-populations, soit les effecteurs à demi-vie courte (SLEC) ou les effecteurs précurseurs de cellules mémoires (MPEC). La phase de contraction de la réponse effectrice implique l’apoptose des SLEC et la survie des MPEC, qui se différencient en cellules mémoires pour protéger contre une réinfection. La voie Notch est impliquée dans les choix de différenciation binaire et l’interaction ligand-récepteur mène au clivage du domaine intracellulaire de Notch (NICD), qui migrera au noyau afin d'induire l’expression de gènes cibles. Dans un modèle où l’expression des récepteurs Notch1 et Notch2 est absente uniquement dans les LT CD8 (N1N2∆/∆), le laboratoire a démontré que l’absence du signal Notch favorisait la différenciation en MPEC et affectait l’expression de 217 gènes. Cette étude visait à 1) identifier les gènes cibles de Notch contrôlant la différenciation SLEC-MPEC, et 2) évaluer si l’absence du signal Notch permet un meilleur contrôle tumoral par les LT CD8. Nous avons priorisé les 217 gènes en fonction de différents critères et identifié Il2ra comme une cible importante en aval de la voie Notch. Toutefois, nous avons établis que lors d’une infection aiguë, la surexpression rétrovirale de Il2ra dans les LT CD8 N1N2∆/∆ n’influençait pas la différenciation SLEC-MPEC. Nous avons également déterminé qu’une thérapie adoptive de LT CD8 N1N2∆/∆ limitait le contrôle de la croissance tumorale et impliquait une diminution des fonctions effectrices des LT CD8 N1N2∆/∆, qui étaient moins terminalement différenciés. Une meilleure compréhension du rôle de Notch dans la réponse des LT CD8 permettra de développer de nouvelles stratégies de vaccination et de traitement du cancer. / In response to acute infections, effector CD8 T cells differentiate into short-lived effector cells (SLECs) and memory precursor effector cells (MPECs) capable of generating long-lived memory CD8 T cells. The Notch signaling pathway is a key regulator of cell fate decision. Following ligand- receptor interaction, the Notch intracellular domain (NICD) is cleaved and migrates to the nucleus in order to induce the expression of target genes. In a model in which Notch1 and Notch2 expression is inhibited only in mature CD8 T cells, our team has established that Notch deficiency favors MPEC differentiation in CD8 T cells and influences the expression of 217 gens. This study aims to: 1) identify target genes of the Notch pathway regulating SLEC-MPEC differentiation, 2) evaluate if Notch deficiency can augment tumor control by CD8 T cells. We have prioritized the list of genes differentially expressed in the absence of Notch signaling according to various criteria. We hence identified Il2ra as a target gene, but during an acute infection, overexpression of Il2ra in Notch deficient CD8 T cell was insufficient to modulate SLEC-MPEC differentiation. In addition, we have established that adoptive therapy with Notch deficient CD8 T cell impaired tumor control and implicated a diminution of effector function in Notch deficient CD8 T cell, which were less terminally differentiated. A better understanding of Notch signaling pathway’s role in the CD8 T cell response will allow for improvement of vaccinal strategies and cancer treatment.

Les lymphocytes T sont au coeur du système immunitaire adaptatif et leur dérégulation est à la base de pathologies. Les cellules T se développent dans le thymus et passent par de nombreuses étapes de maturations identifiables par l'expression des corécepteurs CD4+/CD8+ à la surface des cellules. À leur sortie du thymus, les cellules T sont divisées en deux sous-types principaux: les cellules T auxiliaires CD4+ spécifique aux antigènes présentés sur complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe II et les cellules T cytotoxiques CD8+ reconnaissant un antigène présenté sur un CMH-I. Toutes les cellules T proviennent d’un précurseur commun. Leur différenciation en cellule T CD4+ et T CD8+ est influencée par l'intensité et la durée de la signalisation du récepteur des cellules T (RCT) et des cytokines. Cette signalisation résulte en l’expression des facteurs de transcription ThPOK pour la différenciation de cellule T CD4+ et Runx3 pour les cellules T CD8+. Il a été démontré que ThPOK est à la fois nécessaire et suffisant pour le développement des lymphocytes T CD4+, puisque le gain et la perte de la fonction de ThPOK favorise le développement de cellules lymphocytes T CD4+ et CD8+, respectivement. Ma thèse vise à approfondir notre compréhension du choix de la lignée CD4+/CD8+ en explorant les mécanismes moléculaires de la voix de signalisation de ThPOK et du RCT. Dans cette étude, nous avons étudié l'impact d'un gain-de-fonction de ThPOK sur la différenciation des thymocytes, en utilisant trois lignées transgéniques exprimant des niveaux variables de ThPOK. Une analyse approfondie de ces transgènes chez des souris dont le RCT est restreint soit au CMH de classe I ou de classe II, a démontré que, comparés aux thymocytes restreints au CMH-II, les thymocytes restreints au CMH-I requéraient des niveaux plus importants de ThPOK pour se différencier en CD4+. L’introduction d’un transgène exprimant un niveau moins élevé de ThPOK comparé aux deux autres transgènes, mais un niveau plus élevé de ThPOK par rapport au niveau endogène dans les cellules CD4+ WT, n'induit qu'une réorientation partielle des cellules T CD8+ en CD4+, ce qui a mené à la génération, à la fois de lymphocytes T CD4+, DN (doubles négatifs) et CD8+ matures. L'analyse génotypique, plus précisément celle des cellules DN chez les souris porteuses du transgène ThPOK et dont le RCT est restreint au CMH-I, a révélé que l’inhibition des gènes spécifiques à la lignée CD8+ 2 nécessitait des niveaux d'expression différents de ThPOK comparés à ceux requis pour l’induction des gènes spécifiques à la lignée CD4+. En effet, cette étude nous a permis de démontrer que l’intensité du signal dérivé du RCT ainsi que sa spécificité pour un CMH donné jouent un rôle essentiel dans le choix de différentiation CD4+/CD8+ induit par ThPOK. Ainsi, la réorientation CD8+/CD4+ chez les souris exprimant le transgène ThPOK-H est significativement augmentée par l'amplification de l’intensité du signal dérivé du RCT dans les cellules spécifiques aux CMH-I. De plus, la fréquence des cellules CD4+ était plus élevée lorsqu’une quantité identique de ThPOK était exprimée dans des lymphocytes T spécifiques au CMH-II, suggérant qu’il existe un aspect qualitatif quant à la régulation de la différenciation des lymphocytes T CD4+ par la signalisation induite par le RCT. Nous avons également tenté d’étudier la voie de différenciation CD4+ en l’absence de ThPOK, à la suite de la perturbation physiologique de la voie de signalisation induite par le RCT, par rapport à la perte de fonction de ThPOK. Bien que nous ayons observé une réorientation des thymocytes spécifiques au CMH-II vers la lignée CD8+, aussi bien à la suite d'une délétion de Thpok, qu’à la perturbation de la signalisation RCT les deux modes de redirections semblent toutefois être différents. En effet, notre investigation a démontré qu’en l’absence de ThPOK, la signalisation induite par le RCT dans les cellules restreintes au CHM-II induit l’activation de certains gènes, suggérant ainsi leur implication dans la voie de différenciation CD4+. Ces résultats suggèrent également que la contribution de la signalisation du RTC dans la différenciation des thymocytes restreints au CMH-II ne se limitait pas à l'induction de ThPOK. Étonnamment, seul un effet synergique limité a été observé sur la différenciation des thymocytes restreints au CMH-I, lorsque Gata3, un autre facteur de transcription également induit dans les thymocytes restreints au CMH-II, et ThPOK étaient surexprimés en même temps dans ces cellules, suggérant peu de chevauchement fonctionnel entre ces deux facteurs de transcription. L’ensemble de ces résultats indique que ThPOK et la signalisation induite par le RCT fonctionnent en synergie durant le développement des lymphocytes T CD4+. / T lymphocytes are at the core of the adaptive immune system and their dysfunction is associated with several disorders and pathologies, which are at times fatal. The two main types of T-cells in mice and man are: the major histocompatibility complex (MHC) class-II-restricted CD4+ helper T-cells, and the MHC-I-restricted CD8+ cytotoxic T-cells. Developmental stages of the two types of T-cells occurs in the thymus in multiple sequential maturation stages that are identified by cell-surface CD4+/CD8+ co-receptor expression. Differentiation of the two types of T-cells in the thymus from a common precursor is influenced by the intensity and duration of signals derived from the T-cell receptor (TCR) and cytokines secreted by the thymic stromal cells. These signals lead to the activation of ThPOK or Runx/CBF transcription factors, which control the transcriptional network regulating CD4+ and CD8+ lineage fate, respectively. Studies have demonstrated that ThPOK is both necessary and sufficient for CD4+ T-cell development as gain- and loss-of-ThPOK function redirects positively selected MHC-I- and MHC-II-restricted thymocytes into CD4+ and CD8+ T-cell lineage fate, respectively. However, the role of TCR signaling and the extent to which ThPOK expression influences CD4+ lineage choice remains to be investigated. My thesis aims to elucidate the fundamental basis the CD4+/CD8+ lineage choice by exploring the molecular mechanism of action of ThPOK and TCR signaling in CD4+ lineage fate of MHC-I- and MHC-II-specific thymocytes. In this study, we have characterized gain-of-function of ThPOK in three independent transgenic mouse lines expressing varying amounts of ThPOK. Extensive analysis of the three ThPOK transgenic lines expressing MHC-I- and MHC-II-specific monoclonal TCR indicated that MHC-I-restricted, compared to MHC-II-restricted, thymocytes required significantly more ThPOK for efficient differentiation into the CD4+ lineage. Interestingly, the founder line with the lowest transgene expression, despite expressing significantly higher amounts of ThPOK compared to the endogenous levels in WT CD4+ T cells, induced a partial CD8+ to CD4+ redirection of MHC-I-restricted cells, leading to the generation of mature CD4+, DN and CD8+ T-cells in the same mouse. Lineage specific gene expression analysis, specifically in DN mature T cells from ThPOK transgenic mice expressing MHC-I-specific TCR, showed that, compared to induction of helper program, suppression of cytotoxic program required lower amount of ThPOK. Further investigation showed that TCR signal strength and MHC specificity of 4 developing thymocytes played a critical role in determining ThPOK-induced CD4+ lineage fate. While increase in TCR signal strength augmented the efficiency of ThPOK-induced CD4+ lineage choice of MHC-I-restricted thymocytes in part via endogenous ThPOK induction, it appeared to have ThPOK independent function as well as judged by significantly different CD4+ T-cell frequencies in OTI mice expressing the same amount of ThPOK but transduced quantitatively different TCR signal. Importantly, the efficiency of CD4+ lineage choice of MHC-I-specific thymocytes with augmented TCR signal strength was still significantly lower compared to the efficiency of CD4+ lineage choice of MHC-II-restricted thymocytes expressing only the transgene-encoded ThPOK suggesting a qualitative role for TCR signaling as well in CD4+ lineage choice. We then evaluated CD4+ lineage fate decision in the absence of ThPOK induction in physiologically relevant alteration in TCR signaling versus loss of ThPOK function. While we observed CD4+ to CD8+ lineage redirection of MHC-II-specific thymocytes due to Thpok-deficiency as well as lack of ThPOK induction due to disruption of TCR signaling, the two modes of lineage redirection appeared to be due to different mechanisms. Our investigation demonstrates that TCR signaling in MHC-II-restricted thymocytes induces the expression of select genes in loss-of-function of ThPOK model suggesting potential role for these genes in establishing the CD4+ helper program. These results also suggest that the contribution of MHC-II-specific TCR signaling in driving CD4+ lineage choice is not limited to Thpok induction. Interestingly, only a limited synergistic effect was observed when both Gata3, which is also induced in MHC-II-signaled thymocytes, and ThPOK were overexpressed in MHC-I-restricted thymocytes suggesting a limited functional overlap between the two transcription factors. Collectively, these data indicate that ThPOK and TCR signaling work synergistically to promote the development of CD4+ T-cells with some ThPOK independent function for TCR signaling.