Le Saccharopolyspora rectivirgula (SR) est le principal agent responsable du Poumon du fermier, une forme d'alvéolite allergique extrinsèque. Des modèles expérimentaux ont permis de mieux comprendre cette maladie qui est caractérisée par une réponse immune exacerbée et une lymphocytose pulmonaire marquée. Des cofacteurs, tels l'infection virale, sont probablement nécessaires au développement de la maladie puisque la majorité des sujets exposés demeurent asymptomatiques. Par contre, les mécanismes expliquant le maintient de la tolérance à l'antigène chez ces individus ou le développement de la maladie chez les patients sont inconnus. L'objectif premier de ce projet de doctorat était donc d'examiner le rôle potentiel des cellules T régulatrices (Trég) dans le contrôle de la réponse immune dans l'alvéolite chez la souris et chez l'humain. Chez la souris, nos résultats démontrent que, des expositions répétées à une préparation antigénique de SR induisent des Trég capables de supprimer la prolifération de cellules T activées. Des données similaires ont été obtenues chez les sujets asymptomatiques ce qui pourrait expliquer la réponse tolérante retrouvée chez ces individus. Notre modèle murin démontre également qu'une infection virale altère cette tolérance à l'antigène. À la suite d'une infection au virus Sendai, les Trég ne peuvent inhiber la prolifération de cellules T activées et ne contrôlent plus l'inflammation causée par des expositions subséquentes au SR. Des Trég non-fonctionnelles sont également observées chez les patients. Au cours de nos recherches, nous avons remarqué que la stimulation de la réponse immune par un lysat de SR protège contre une infection mortelle au virus Sendai. Nous avons caractérisé cet effet antiviral et démontré qu'une seule instillation d'une préparation antigénique de SR (200 pg) administrée de 24 à 120 heures avant l'infection virale protège efficacement le système pulmonaire en diminuant le nombre de cellules inflammatoires. Cette protection est efficace pendant une semaine. Cette thèse a donc permis de constater que l'inhalation de SR, selon l'historique des expositions et des co-infections, peut soit induire l'alvéolite ou générée une protection efficace contre l'infection virale.

Les interférons de Type I (IFN) sont des cytokines produites par les cellules en réponse à une infection virale. Les IFNs ont des effets pleïotropiques et parfois paradoxaux, protecteur ou néfaste pour l'immunité Innée ou adaptative. Certains facteurs intrinsèques (type cellulaire) peuvent expliquer une partie ces discordances. Mon travail de thèse s'est intéressé à l'effet du microenvironnement cytokinique sur la réponse IFN. En utilisant des analyses à large échelle, nous avons étudié la réponse IFN dans 4 contextes de polarisation des lymphocytes T auxiliaires (Th). Nous avons identifié 1/ un programme de transcription conservé et 2/ une réponse IFN flexible, modulant spécifiquement les principales fonctions des Th (cytokines, chemokines) en fonction du contexte polarisant. La réponse antivirale apparait aussi flexible avec une moins bonne protection des Th2 et Th17 contre l'infection par HIV-1et HIV-2. Nos résultats suggèrent que l'environnement cytokinique contrôle en partie la réponse IFN et peut ainsi moduler cette dernière dans différents contextes physiopathologiques.

La transplantation de sang de cordon ombilical (TSCO) est utilisée pour traiter les enfants atteints de maladies hématologiques en l’absence de donneurs apparentés compatibles. Elle est associée avec des risques plus élevés d’échec de greffe et d’infections opportunistes dans les premiers mois qui suivent la transplantation en comparaison avec une greffe de moelle osseuse. Par contre, la TSCO comporte un risque plus faible de maladie du greffon contre l’hôte et une incidence comparable de rechute de leucémie. Ces quatre complications impliquent directement les lymphocytes T. Dans le but de mieux comprendre le schéma particulier des évènements qui suivent la TSCO et d’améliorer le pronostic des patients, nous avons étudié le potentiel fonctionnel, la persistance et la reconstitution antivirale des lymphocytes T au sein d’un groupe d’enfants transplantés de sang de cordon ombilical (SCO). Étant donné que le SCO contient une majorité de lymphocytes T naïfs, nous avons étudié les lymphocytes T spécifiques au HLA-A2:Melan-A26-35 A27L; seul répertoire naïf et abondant caractérisé chez l’homme. Nous avons observé que les lymphocytes T du SCO se différencient en populations effectrices, s’oligoclonalisent, produisent de l’IFN-γ et lysent spécifiquement leur cible suite à la stimulation. Néanmoins, ces cellules produisent moins d’IFN-γ et sont moins bifonctionnelles que leurs homologues issus du sang périphérique d’adultes. Chez les patients, les lymphocytes T du SCO s’épuisent après la TSCO : ils s’oligoclonalisent dramatiquement, sont principalement en différenciation terminale, et une importante fréquence exprime PD-1 (« programmed death-1 ») dans les 3 à 6 premiers mois post-greffe. Très peu de patients sont capables de développer des réponses antivirales durant cette période et la fréquence de lymphocytes T qui expriment PD-1 semble aussi avoir un impact sur le risque subséquent de faire une rechute de leucémie. La deuxième vague de lymphocytes T émergeant à 6 mois post-TSCO mène à une population fonctionnelle et diversifiée. En conclusion, la fonctionnalité des lymphocytes T présents dans les 3 à 6 premiers mois post-TSCO doit être rétablie pour améliorer les risques d’infections opportunistes et de rechute de leucémie. / Umbilical cord blood (UCB) is increasingly used as a source of hematopoietic progenitor cells to treat a variety of disorders in children. UCB transplantation (UCBT) is associated with a reduced incidence of graft-versus-host disease, a robust graft-versus-leukemia effect, more frequent graft failures and a higher incidence of opportunistic infections (OI) compared to bone marrow transplantation; four processes in which donor-derived T lymphocytes are known to be predominantly involved. UCB T cells are mostly naïve. To examine the differential functionality of UCB T cells, CD8+ T cells specific for the melanoma-associated HLA-A2-restricted Melan-A26-35 A27L peptide were isolated from UCB and UCBT recipients, as it represents an abundant preimmune repertoire in human. Following in vitro stimulation, UCB T cells proliferated, oligoclonalized, acquired cell surface markers reflective of effector/memory differentiation, expressed cytolytic activity and produced IFN-γ. While functional properties of UCB T cells resembled their counterparts in adult peripheral blood, they were more likely to reach terminal differentiation following stimulation, produced less IFN-γ and were less frequently bifunctional (IFN-γ and cytolysis). Following UCBT, T cells became exhausted: they oligoclonalized dramatically, exhibited a terminal differentiation phenotype and a high frequency also expressed PD-1 (“ programmed death 1 ”) in the first 3-6 months post-UCBT. Moreover, very few patients developed an antiviral response during this period. Finally, the frequency of PD-1+ CD8+ T cells was significantly higher in subjects who subsequently experienced leukemic relapse. A second wave of T cells emerging at 6 months post-UCBT was observed and characterized by an increase in the repertoire diversity till 1 year, the development of a naïve population with polyfunctional potential and the progressive reconstitution of antiviral responses. This study reports to the biological properties of UCB-derived CD8+ T cells and provides a rationale for the characteristics of UCBT in terms of immune reconstitution and OI. These results also suggest that the first wave of CD8+ T cells in the first 3-6 months post-UCBT should be targeted in priority to improve both OI and leukemic relapse risks.

Abstract : Long-term survival of T lymphocytes in a quiescent state is essential to maintain their cell numbers in secondary lymphoid organs. Interaction of the T cell antigen receptor (TCR) with self-peptide/MHC synergizes with IL-7-induced anti-apoptotic signals to promote T cell survival. These extrinsic stimuli are also implicated in T cell metabolism and survival by regulating several signaling pathways including the phosphatidyl-inositol-3 kinase (PI3K)/Akt pathway. In mice and in rats, loss of functional GTPase of the immune associated nucleotide binding protein 5 (GIMAP5) causes peripheral T lymphopenia due to spontaneous death of T cells. The underlying mechanisms responsible for the pro-survival function of GIMAP5 in T lymphocytes remain largely unknown. Previous work from my laboratory has shown that T cells from GIMAP5-deficient rats show reduced influx of calcium (Ca[superscript 2+]) from the extracellular milieu following stimulation of the TCR complex. In this thesis, I characterized the mechanism by which GIMAP5 regulates Ca[superscript 2+] homeostasis, and elucidated the signaling pathways modulated by GIMAP5 to facilitate the survival of T cells. Firstly, I investigated if GIMAP5 prevents apoptotic death of T lymphocytes by affecting the Ca[superscript 2+] buffering capacity of mitochondria, which is required for sustained Ca[superscript 2+] influx via the plasma membrane channels. I observed that mitochondrial Ca[superscript 2+] accumulation following capacitative Ca[superscript 2+] entry is defective in T cells from Gimap5 deficient rats. Disruption of microtubules, but not the actin cytoskeleton, abrogated Ca[superscript 2+] sequestration by mitochondria in T cells from control but not Gimap5 deficient mice. Similarly, mice lacking functional GIMAP5 displayed defective T cell development and Ca[superscript 2+] influx. Furthermore, I observed that the proximal signaling events following TCR stimulation was reduced and was accompanied by defective proliferation in T cells from Gimap5 deficient mice. Additionally, IL-7-induced STAT5 phosphorylation was decreased in CD4[superscript +] T cells from Gimap5 deficient mice. I also showed that loss of functional Gimap5 results in increased basal activation of mammalian target of rapamycin (mTOR), independent of protein phosphatase 2A (PP2A) or AMP-activated protein kinase (AMPK). Instead, the constitutive activation the PI3K pathway contributed to the spontaneous high mTOR activation. Collectively, my observations suggest that the pro-survival function of GIMAP5 in T-lymphocytes may be linked to the regulation of diverse signaling pathways in a context dependent manner. GIMAP5 also facilitates microtubule-dependent mitochondrial buffering of Ca[superscript 2+] following capacitative entry. GIMAP5 is required to integrate the survival signals generated following activation through TCR and IL-7R. / Résumé : La survie à long terme des lymphocytes T en état de repos est essentielle pour maintenir leurs nombres dans les organes lymphoïdes secondaires. Le récepteur antigénique des cellules T (TCR) en contact avec les peptides du soi / CMH et en synergie avec l'IL-7 induit des signaux anti-apoptotiques pour favoriser la survie des cellules T. Ces stimuli extrinsèques sont également impliqués dans le métabolisme et la survie des cellules T grâce à la régulation de plusieurs voies de signalisation dont la voie phosphatidyl-inositol-3 kinase (PI3K) /AKT. Chez la souris et chez le rat, la perte de l’activité de GIMAP5 (GTPase of Immune Associated Nucleotide Binding Protein 5), provoque une lymphopénie T périphérique en raison de la mort spontanée des cellules T. Le mécanisme sous-jacent responsable de la fonction de survie de GIMAP5 dans les lymphocytes T reste largement inconnu. Nous avons observé que les cellules de rats déficients en GIMAP5, après stimulation par complexe TCR, montrent un afflux de calcium (Ca[indice supérieur 2+]) réduit provenant du milieu extracellulaire. Dans cette thèse, J’ai caractérisé le mécanisme d’action de GIMAP5 dans la régulation de l'homéostasie du Ca[indice supérieur 2+], ainsi que les voies de signalisation modulées par GIMAP5 pour faciliter la survie des cellules T. Tout d'abord, j’ai étudié si GIMAP5 empêche l’apoptose des lymphocytes T en affectant la capacité des mitochondries à réguler la concentration du Ca[indice supérieur 2+], ce qui est nécessaire pour soutenir l’influx de Ca[indice supérieur 2+]. J’ai trouvé que l’accumulation du Ca[indice supérieur 2+] mitochondrial après l’entrée capacitive de Ca[indice supérieur 2+] est défectueuse dans les cellules T de rat déficientes en Gimap5. La disruption des microtubules, mais pas du cytosquelette d'actine, abroge la séquestration du Ca[indice supérieur 2+] mitochondrial dans les cellules T primaires de rat, mais pas dans les cellules T déficientes en Gimap5. J’ai observé que les cellules T provenant de souris déficientes en Gimap5 démontrent une diminution de l’entrée de Ca[indice supérieur 2+]. De plus, la prolifération des cellules T déficientes en Gimap5 est diminuée suite à la stimulation du TCR. En outre, la phosphorylation de STAT5 induit par l'IL-7 est diminuée dans les cellules T CD4[indice supérieur +] de souris déficientes en Gimap5. Également, la perte de Gimap5 aboutit à une activation accrue de la cible mammalienne de la rapamycine (mTOR), indépendamment de la protéine phosphatase 2A (PP2A) ou de la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK). Au lieu de cela, l'activation constitutive de la voie PI3K contribue à une forte activation spontanée de mTOR. Collectivement, la fonction de survie de GIMAP5 dans les lymphocytes T peut être liée à la régulation de différentes voies de signalisation. GIMAP5 facilite la fonction, microtubule dépendant, des mitochondries dans leurs actions de régulation du Ca[indice supérieur 2+] après l’entrée capacitive de Ca[indice supérieur 2+]. GIMAP5 est nécessaire pour intégrer les signaux de survie produits suite à l'activation du TCR et de l’IL-7R, qui pourrait être associée à la régulation de l'activité PI3K / AKT / mTOR.

Notre travail montre la prédominance du clone « Lyon » parmi les souches de Staphylococcus aureus responsables d’infections invasives (i.e. bactériémies). Il est caractérisé par la présence du gène codant la «staphylococcal enterotoxin » (SE) A. Afin de mieux comprendre le lien éventuel entre la prédominance de la SEA et la gravité des infections induites, nous avons orienté nos travaux sur le versant immuno‐inflammatoire des SE. L’étude des répertoires Vβ induits par l’ensemble des SE s’est révélée peu discriminante. A l’aide d’approches génomiques et protéiques réalisées sur des lymphocytes et monocytes humains, nous avons observé le puissant potentiel inflammatoire de la SEA en particulier par rapport à la SEG (SE appartenant à l’opéron egc retrouvé dans les infections de faible sévérité) et la prédominance de la réponse lymphocytaire T. Enfin, afin de mieux comprendre la spécificité des effets observés, nous avons conduit des expériences sur lymphocytes purifiés en ciblant les Ly T effecteurs (CD4+CD25‐) et Ly T régulateurs (CD4+CD25+FOXP3+). Nos travaux ont confirmé l’induction par la SEA d’une forte réponse inflammatoire, associant une synthèse de cytokines de type Th1 et Th17 dans les deux lignées lymphocytaires. De plus, nos résultats suggèrent que les SE provoquent une perte des fonctions suppressives des Ly T régulateurs ouvrant de nouvelles perspectives quant à l’implication des SAgs dans de nombreuses situations cliniques en particulier le choc septique, et les infections chroniques / Our work shows the prevalence of the “Lyon” clone among Staphylococcus aureus strains responsible for severe systemic infections (i.e. bacteremia). This clone is characterized by the presence of the staphylococcal enterotoxin (SE) A coding gene. To better understand the possible link between the prevalence of SEA and the severity of infections, we focused our work on the immuno inflammatory responses of SE. By using genomic and protein studies, in human lymphocytes and monocytes, we observed the potent inflammatory property of SEA (especially in comparison with SEG ‐ belonging to the egc cluster mainly found in less severe infections) mainly targeting T cell response over monocytes. Finally, to better understand the specificity of these effects, we performed experiments on purified lymphocytes and targeted effectors (CD4+CD25‐) and regulatory T lymphocytes (CD4+CD25+FOXP3+). Our works confirmed the induction by SEA of a strong inflammatory response, characterized by the release of Th1 and Th17 cytokines in both lymphocyte lineages. Furthermore, our results also showed the loss of the regulatory T cell suppressive functions after SE stimulation. Collectively, these results offer new perspectives for the implication of the SAgs in numerous clinical situations in particular toxic shock and the chronic infections.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’immunosuppression optimale après greffe d’organe solide est une balance délicate et propre à chaque individu entre le risque de rejet et les risques liés à une surexposition au traitement immunosuppresseur. L’évaluation de la fonction résiduelle des lymphocytes T après stimulation par un mitogène (pharmacodynamie effective) devrait permettre de mesurer l’effet direct des médicaments immunosuppresseurs sur leur cible. Nous avons étudié différents paramètres de pharmacodynamie effective chez 34 receveurs pédiatriques de greffe d’organes solides traités par tacrolimus et mycophénolate. Les tests proposés dans ce travail sont adaptés au milieu pédiatrique et à une réalisation en temps réel. La quantification du CD25 parmi les CD4 activés par l’OKT3 permet de distinguer deux groupes de patients selon leur degré d’immunosuppression. L’âge médian est plus bas et la concentration plasmatique médiane en MPA plus élevée dans le groupe de patients plus fortement immunosupprimés. L’étude des paramètres immunologiques pouvant influencer la réponse (sécrétion des interleukines, proportion des sous-populations lymphocytaires CD4, CD8, T naïfs et Trég) ainsi que l’étude du pouvoir de restauration de la fonction lymphocytaire par l’Il-2, la guanosine ou la xanthosine, ne permettent pas de mieux comprendre les variabilités interindividuelles observées. Ces résultats devront être confirmés sur une cohorte plus grande de patients afin de juger de leur intérêt en pratique clinique. / Optimal immunosuppression following solid organ transplantation is unique to each individual and requires a balance between risks of rejection and overexposure to immunosuppressive therapy. The evaluation of residual function of T lymphocytes after mitogen stimulation (effective pharmacodynamic monitoring) should allow measurement of the direct effect of immunosuppressive drugs on their target. We studied various parameters of effective pharmacodynamic monitoring in 34 paediatric patients receiving solid organ transplants and treated with tacrolimus and mycophenolate (MPA). The tests proposed in this work are adapted to the paediatric setting in real time. Quantification of CD25 among CD4 cells activated by OKT3 can differentiate two groups of patients according to their degree of immunosuppression. Median values for age and MPA plasma concentration are lower and higher, respectively, in the patient group most heavily immunosuppressed. Neither study of the parameters that may influence the response (secretion of interleukins, proportion of lymphocyte subpopulations CD4, CD8, naive and regulatory T cells) nor study of the restoration of basal cell function brought about by Il2, guanosine or xanthosine, helped to explain the observed inter-individual variability. These results should be confirmed in a larger cohort of patients in order to test their relevance in clinical practice.

Introduction: Les cadres de lectures alternatifs (CLA) sont utilisés par de multiples virus afin de générer plusieurs protéines à partir d'une seule séquence nucléotidique. Les épitopes dits « cryptiques », c’est-à-dire les épitopes dérivés de protéines codées dans des CLAs, ont étés dernièrement l’objet de différentes études portant sur la réponse immunitaire antivirale et les lymphocytes T cytotoxiques. Méthodologie: Afin de vérifier le potentiel immunogène d'épitopes encodés dans des CLAs programmés, trois cassettes ont été construites pour mener à l'expression de trois épitopes bien caractérisés (épitope GAG77–85 du virus de l'immunodéficience humaine de type 1; épitope NS31406-1415 du virus de l'hépatite C; épitope core18-27 du virus de l'hépatite B) à partir de trois cadres de lectures superposés. La première cassette permet une initiation alternative de la traduction, la deuxième comprend deux signaux bipartites en tandem permettant un frameshift ribosomique et la troisième est une cassette contrôle. Ces éléments ont été introduits dans des vecteurs adénoviraux. Les virions générés ont servi à immuniser des souris C57BL/6 transgéniques pour HLA-A*0201 et HLA-DR1. La réponse immunitaire induite une semaine post-immunisation a été mesurée par essai ELISpot IFN . Résultats: Dans le contexte de cassettes vaccinales, les peptides dérivés d'une initiation alternative de traduction et de changement de cadre de lecture ribosomique ribosomal peuvent être exprimés et détectés par le système immunitaire dans un modèle animal. Conclusion: Ces expériences suggèrent la possibilité de développer de nouvelles stratégies vaccinales dans le but de prévenir ou de guérir certaines maladies associées aux infections virales chroniques telles que celles causées par le virus de l’immunodéficience humaine et le virus de l’hépatite C. / Introduction: Alternative reading frames (ARFs) are used by multiple viruses in order to generate different proteins from a single nucleotide sequence. Cryptic epitopes, which comprise antigens derived from proteins encoded in ARFs, have recently been the focus of studies pertaining to antiviral immunity and cytotoxic T lymphocytes. Methodology: In order to verify the immunological potential of epitopes encoded in programmed ARFs, three cassettes were constructed to permit the expression of three welldescribed epitopes (GAG77–85 epitope of human immunodeficiency virus type 1; NS31406-1415 epitope of hepatitis C virus; core18-27 epitope of hepatitis B virus) from three overlapping reading frames. The first cassette permits alternative translation initiation, the second cassette includes signals inducing ribosomal frameshifting and the third cassette serves as a control. These elements were introduced into adenoviral vectors. Recombinant adenoviruses were used to immunize C57BL/6 transgenic mice expressing HLA-A*0201 and HLA-DR1. The immune response induced was measured one week following immunization using IFN ELISpot assays. Results: In the context of vaccine cassettes, peptides derived from alternative translation initiation and ribosomal frameshifting can be expressed and detected by the immune system in an animal model. Conclusion: These findings suggest the possibility of designing vaccination strategies in the hope of preventing or curing certain diseases associated with chronic viral infections, such as those caused by human immunodeficiency virus and hepatitis C virus.

Despite recent advances in stem cell biology, immunotherapy and transplantation, substantial barriers still exist in the large-scale specific separation of a discrete population of human therapeutic cells from a cell suspension. The ideal purification technique should combine high cell purity, yield and function, with fast processing and affordability. Currently, fluorescence-activated cell sorting with flow cytometry (FACS) and magnetic activated cell sorting (MACS®) are the most used methods for cell separation and purification and have been employed extensively in molecular biology, diagnostic and cell sorting applications, because they are considered to be gentle, fast and scalable. However, these methods have several key disadvantages; they are invariably expensive, yield low log cell reduction (LCR) rates, and suffer from drawbacks when applied to niche cell populations, such as those requiring multiple tandem separation steps and/or involving combined positive and negative cell selection steps. To address this challenge, a new cell affinity selection system was developed. The selectivity is based on the reversible monomeric avidin biotin interaction and it is primary designed for positive selection. The initial studies were performed on flat, nonporous, glass coverslips and the technology was then successfully transferred on high grade smooth non-porous glass beads (with a diameter of 79.12 to 118.59 μm). The multi-step layer-by-layer deposition procedure culminating in dextran-coated supports bearing monomeric avidin was rigorously characterized and subsequently employed in packed bed chromatography experiments with human erythrocytes isolated from cord blood and B lymphocytes from cell lines. The developed affinity selection platform was highly selective, efficient and, most importantly, resulted in high yields, cell purity and viability comparable with MACS® technology. Additionally scale up is possible and could be easily transferred to another chromatographic matrix with the appropriate structure.