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

Les lymphocytes T (LT) CD4+ auxiliaires soutiennent l‘action des LT CD8+ cytotoxiques (LTC) au cours des réponses immunitaires anti-tumorales. Des protocoles d‘immunothérapie cellulaire adoptive (ICA) basés sur l‘injection d‘effecteurs T CD4+ ont donc été développés pour traiter les cancers, et ils ont montré une efficacité thérapeutique. Cependant, la difficulté de disposer de cellules présentatrices d‘antigène (CPA) autologues permettant de générer un nombre suffisant de LT CD4+ spécifiques fonctionnels in vitro dans un court délai représente un obstacle majeur au développement de telles approches. Pour contourner cette difficulté, notre groupe a précédemment développé des cellules présentatrices d‘antigène artificielles (CPAA) dérivant de fibroblastes murins NIH/3T3 et exprimant les molécules nécessaires pour activer des LT CD4+ humains : une molécule HLA (Human Leucocyte Antigen) de classe II (ici HLA-DR1), la molécule de costimulation CD80 et les molécules d‘adhérence CD54 et CD58. Dans ce travail, nous avons cherché à optimiser nos CPAA DR1+ (CPAADR1) en permettant une expression endogène et constitutive de l‘antigène d‘intérêt (ici l‘hémagglutinine, HA), sous forme de peptide ou de protéine, au niveau des compartiments cellulaires impliqués dans la présentation des antigènes par les molécules HLA-II. Nous avons montré que les CPAADR1 « endogènes » exprimant le peptide HA au niveau du réticulum endoplasmique (RE) ou la protéine HA à la membrane plasmique, possédaient les meilleures capacités de présentation de l‘antigène. En stimulation primaire, ces deux lignées de CPAADR1 activaient des LT CD4+ spécifiques de HA, mais avec une capacité moindre que des CPA autologues. En revanche, en restimulation, les CPAADR1 exprimant le peptide HA dans le RE étaient même plus efficaces pour amplifier des LT CD4+ spécifiques fonctionnels que des CPAADR1 ou des CPA autologues chargées avec le peptide d‘intérêt. Les LT obtenus étaient des cellules Th1 mémoires exprimant du granzyme B et produisant de l‘IFN-γ et du TNF-α. C‘est la première fois à notre connaissance qu‘un antigène exprimé de façon endogène dans une lignée cellulaire peut-être présenté de façon efficace sur une molécule HLA de classe II. Nos CPAA « endogènes » constituent donc un nouvel outil unique pour générer de façon reproductible et standardisable des réponses T CD4+ spécifiques, et pourraient déboucher sur le développement de nouvelles approches d‘ICA / CD4+ helper T lymphocytes (TLs) sustain CD8+ cytotoxic TL (CTL) activity during anti-tumor immune responses. Adoptive cell immunotherapy (ACI) protocols based on the injection of CD4+ T-effectors have therefore been developed to treat cancers, and they have proven therapeutic efficacy. However, the difficulty of obtaining autologous antigen presenting cells (APCs) for generating a sufficient number of functional specific CD4+ TLs in a short time in vitro is a major obstacle to the development of such approaches. To bypass this difficulty, our group has previously developed artificial antigen presenting cells (AAPCs) derived from NIH/3T3 murine fibroblasts expressing molecules necessary to activate human CD4+ TLs: an HLA (Human Leucocyte Antigen) class II molecule (in this study HLA-DR1), CD80 costimulatory molecule, and CD54 and CD58 adhesion molecules. In this work, we sought to optimize our DR1+ AAPCs (AAPCDR1) by allowing an endogenous and constitutive expression of the antigen of interest (in this study hemagglutinin, HA), as a peptide or a whole protein, in different cell compartments involved in antigen presentation by HLA-II molecules. We have shown that ―endogenous‖ AAPCDR1 expressing HA peptide in the endoplasmic reticulum (ER) or HA protein at the plasma membrane had the best antigen presentation abilities. In a first stimulation, both AAPCDR1cell lines activated HA-specific CD4+ TLs, but to a lower extent than autologous APCs. However, in a second stimulation, AAPCDR1 expressing HA peptide in the ER were even more effective for amplifying functional specific CD4+ TLs than AAPCDR1 or autologous APCs loaded with the peptide of interest. Obtained TLs were memory Th1 cells expressing granzyme B and producing IFN-γ and TNF-α. This is the first time to our knowledge that an antigen expressed endogenously in a cell line can be efficiently presented on an HLA class II molecule. Our ―endogenous‖ AAPCs represent therefore a new and unique tool for reproducible and standardizable generation of specific CD4+ T responses, and could lead to the development of new ACI approaches.

Ce projet a accompagné le développement pré-clinique de l'hormone humaine Relaxine-2 (Rln2) ayant induit des anticorps durant des essais cliniques, il est axée autour de 2 problématiques : (1) comprendre son immunogénicité, (2) étudier l’impact de modifications chimiques sur l’immunogénicité afin d'augmenter sa stabilité.Compte tenu du rôle des lymphocytes T CD4 dans les réponses immunitaires, la fréquence de cellules T spécifiques de la Rln2 dans un large panel de donneurs sains a été estimée et a permis d’expliquer le développement d’anticorps anti-Rln2. La cartographie des épitopes T a ensuite identifié les zones portant son immunogénicité. Puis, 6 modifications chimiques (acide aminé D, acide aminé isobutyrique, peptoïde, N-méthylation, C-méthylation et réduction de la liaison peptidique) utilisées pour augmenter la demi-vie ont été introduites à la plupart des positions d’un peptide hautement immunogène. La reconnaissance par des cellules T, la liaison aux molécules de présentation et la capacité à induire des lymphocytes T CD4 ont été étudiées pour les peptides analogues modifiés. La plupart des modifications se sont révélées être très efficaces pour minimiser les propriétés immunogéniques.Ce projet de thèse se situe donc à la croisée des chemins entre l’acquisition de connaissances nouvelles en immunologie et leur application dans des processus de conception et de gestion des risques de peptides thérapeutiques. / This project has accompanied the pre-clinical development of the human hormone Relaxin-2 (Rln2) that induced antibodies during clinical trials, it focuses on two issues: (1) to understand its immunogenicity, (2) to study the impact of unnatural modifications on immunogenicity to increase its stability.Given the role of CD4 T-cells in immune responses, the frequency of Rln2-specific T-cells in a large panel of healthy donors was estimated, and explained the development of anti-Rln2 antibodies. The T epitope mapping then identified the areas responsible for its immunogenicity. Then, 6 unnatural modifications (D amino acid, amino isobutyric acid, peptoid, N-methylation, C-methylation & reduced peptide bond) used to increase the half-life were introduced at most positions of a highly immunogenic peptide. T-cell recognition, binding to HLA molecules and the ability to induce CD4 T-cells were studied for modified analog peptides. Most of the modifications were very effective in minimizing immunogenic properties.This thesis project is at the crossroads between the acquisition of new knowledge in immunology and its application in the process of design & risk management of therapeutic peptides.

Les cytokines jouent un rôle fondamental dans la régulation des processus biologiques via la cascade de signalisation JAK-STAT. Les « Suppressors of Cytokine Signalling » (SOCS), protéines intracellulaires, inhibent la voie JAK-STAT. Plusieurs études supportent leur implication dans des maladies immunitaires, mais peu d’informations sont disponibles sur leur expression par les lymphocytes T humains. Nous postulons que les cytokines Interféron-β(IFN-β) et Interleukine-27 (IL-27), dotées d’un potentiel immuno-régulateur, ont des rôles bénéfiques via l’induction des SOCS. L’impact de l’IFN-β et l’IL-27 sur l’expression des SOCS-1 et SOCS-3 par des cellules T CD8 et CD4 humaines a été étudié en utilisant des cellules sanguines de donneurs sains. L’expression de ces régulateurs a été évaluée aux niveaux de l’ARNm par qRT-PCR et protéique par immunocytochimie. Les SOCS-1 et SOCS-3 ont été rapidement induits en ARNm dans les deux types cellulaires en réponse à l’IFN-β ou l’IL-27 et une augmentation de l’expression a été confirmée au niveau protéique. Afin de mimer les thérapies à base d’IFN-β, les cellules T ont été exposées chroniquement à l’IFN-β. Après chaque ajout de cytokine les cellules T ont augmenté l’expression du SOCS-1, sans moduler le SOCS-3. L’IL-27 a induit les SOCS-1 et SOCS-3 préférentiellement dans les cellules T CD8 ; ceci corrèle avec des résultats du laboratoire démontrant une plus petite expression des récepteurs à l’IL-27 par les lymphocytes T CD4 que les CD8. Notre projet a permis d’élucider l’expression des SOCS dans deux populations de cellules T et de clarifier les mécanismes d’actions de l’IFN-β et l’IL-27. / Cytokines regulate fundamental biological processes via the JAK-STAT signaling pathway. Suppressors of Cytokine Signaling proteins (SOCS), intracellular proteins, inhibit the JAK-STAT pathway. Emerging evidence supports the involvement of SOCS in diseases of the immune system but no data is available regarding their expression in human T cells. We postulate that the cytokines Interferon-β (IFN-β) and Interleukin-27 (IL-27), both potential immuno-regulators, have beneficial roles through the induction of SOCS proteins. The impact of IFN-β and IL-27 on the SOCS-1 and SOCS-3 expression by human CD4 and CD8 T cells was assessed using peripheral blood mononuclear cells from healthy donors. We evaluated the expression of SOCS-1 and SOCS-3 at the mRNA level by qRTPCR and at the protein level by immunocytochemistry. A rapid increase of SOCS-1 and SOCS-3 mRNA levels was observed upon cytokine addition, and such upregulation was confirmed at the protein level. To mimic patients under IFN-β treatment, both T cell subsets were chronically exposed to IFN-β. We observed an increase of SOCS-1 after each stimulation but not for SOCS-3. IL-27 stimulation increased SOCS-1 and SOCS-3 mRNA levels in CD8 T cells but only slightly in CD4 T cells; these observations correlate with previous observations in our laboratory showing less IL-27 receptors on CD4 T cells than CD8 counterparts. Our project determined the distinct expression of SOCS proteins in different human T cells subsets. This study could highlight the mechanism of action of cytokines such as IFN-β and IL-27.

Une résidence à long terme de lymphocytes T (LTs) au sein de la plupart des tissus non lymphoïdes a été récemment décrite, notamment à la suite d’infections. Ces cellules confèreraient à l’hôte une meilleure protection en cas de réinfection. À l'aide de deux approches expérimentales différentes, l'injection d'anticorps bloquant l’entrée des LTs dans les ganglions lymphatiques (LNs) et la génération de parabioses par chirurgie, nous avons pu mettre en évidence, à l’état basal, la résidence d’une proportion significative des LTs αβ mémoires CD4+, des LTs αβ régulateurs CD4+ et d’une sous-population des LTs γδ dans les organes lymphoïdes secondaires. Les LTs CD4+ régulateurs et mémoires résidents ont en commun de nombreuses caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles, et partagent avec leurs homologues issus de tissus non lymphoïdes une signature transcriptionnelle commune de résidence. Les LTs γδ résidents, quant à eux, arborent des caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles proches de celles des cellules du système immunitaire inné. Si le microbiote semble jouer un rôle important dans la résidence des LTs αβ CD4+ des plaques de Peyer (PPs), son rôle ne semble pas être prépondérant dans la résidence de ces cellules au sein des LNs. Comme dans de nombreux tissus non lymphoïdes, la sous-expression de S1PR1 pourrait en partie expliquer la résidence des LTs αβ CD4+. Par contre, les LTs γδ seraient, eux, retenus dans les tissus lymphoïdes de par des interactions étroites avec les macrophages. Enfin, la résidence des LTs αβ augmente avec l'âge au point que la majorité des LTs CD4+ régulateurs et mémoires des LNs et des PPs sont en fait résidents chez des souris âgées. Nos résultats montrent que la résidence des cellules T n'est pas seulement une caractéristique des tissus non lymphoïdes mais qu’elle peut être étendue aux organes lymphoïdes secondaires. Le rôle respectif de ces différentes populations de LTs devra être exploré. / In the last decade, numerous data have demonstrated the existence of T cells residing in non-lymphoid tissues, mostly after infectious diseases. These resident memory T cells may represent a first line of defense against pathogens at front-line sites of microbial exposure upon reinfection. Using two different experimental approaches such as the injection of integrin-neutralizing antibodies that inhibits the entry of circulating lymphocytes into lymph nodes and long-term parabiosis experiments, we have highlighted the long-term residence of a substantial proportion of regulatory and memory CD4 αβ T cells and γδ T cells within the secondary lymphoid organs of specific pathogen free mice. Resident γδ T cells display innate-like characteristics. Lymph node-resident regulatory and memory CD4 αβ T cells share many phenotypic and functional characteristics, including a core transcriptional profile, with their cell-counterparts from non-lymphoid tissues. Microbiota plays an important role in αβ T-cell residence in Peyer’s patches but only a small one if any in lymph nodes. Like in many non-lymphoid tissues, S1PR1 down-regulation may account forαβ T-cell residency within secondary lymphoid organs although other mechanisms may account for this especially in the case of lymph node memory CD4 T cells. Specific in vivo cell-depletion strategies have allowed us to demonstrate that macrophages are the main actors involved in the long-term retention of γδ T cells in secondary lymphoid organs. Strikingly, T-cell residence increases with age to the point that the majority of regulatory and memory CD4 αβ T cells from LNs and Peyer’s patches are in fact resident T cells in old mice. Altogether, our results show that T-cell residence is not only a hallmark of non-lymphoid tissues but can be extended to secondary lymphoid organs.

Au cours du développement tumoral, le système immunitaire est constamment exposé aux antigènes tumoraux, mais le plus souvent dans un contexte non-inflammatoire qui favorise l'induction d'une tolérance envers ces antigènes. La tolérance peut être médiée par des mécanismes passifs (ignorance, anergie ou délétion des clones spécifiques de la tumeur) ou actifs, pour lesquels les lymphocytes T régulateurs (Tregs) jouent un rôle prépondérant. Les lymphocytes T (LT) CD4+ sont la source principale des Tregs mais présentent également des fonctions antitumorales directes et indirectes. Les connaissances actuelles sur le rôle des LT CD4+ au cours du développement tumoral proviennent en grande partie d'études de modèles murins de tumeurs transplantées. Cependant, l'inflammation initiée lors de l'inoculation de ces tumeurs due à une mort cellulaire importante favorise la présentation persistante par le MHC-II des antigènes tumoraux dans un environnement inflammatoire artificiel. Nous tentons ici de contourner ce problème en utilisant deux modèles murins différents: le premier est un modèle de tumeur transplantée dans lequel un néoantigène de classe II (DBY) est induit à distance du moment de l'inoculation de la tumeur. Le deuxième est un modèle d'adénocarcinome pulmonaire induit génétiquement exprimant l’epitope DBY, dans lequel la tumorigenèse est initiée par l'expression d’un oncogène associée à la délétion d’un gène suppresseur de tumeurs. La réponse antitumorale des LT CD4+ est suivie par le transfert de LT CD4+ spécifiques de DBY "Marilyn". Dans le modèle de tumeur transplantée, nous montrons que l'apparition d'un néoantigène dans une tumeur bien établie n'est pas ignorée par le système immunitaire. Bien au contraire, le néoantigène arrive au ganglion drainant la tumeur et induit une activation efficace des cellules Marilyn, qui prolifèrent, produisent de l'IFN-γ et recirculent jusqu'à la tumeur. En revanche, malgré une activation efficace des LT CD4+, les tumeurs ne sont pas rejetées. Dans le modèle génétiquement induit, nous montrons que des néoantigènes exprimés dès le début du développement tumoral, arrivent jusqu'au ganglion drainant la tumeur en quantité suffisante pour induire l'activation et la prolifération des LT CD4+, mais que cette activation est non-optimale et ne permet qu'une faible migration vers le site de la tumeur. En revanche, une partie des cellules Marilyn acquièrent l'expression de FOXP3 ainsi qu'une signature transcriptomique de Tregs et ce dès les stades précoces du développement tumoral, tandis que le reste des cellules Marilyn présentent un phénotype anergique (CD44hiCD73hiFR4hi). L'administration de CpG n'empêche pas la conversion en Treg des cellules Marilyn, malgré l'augmentation de la maturation des cellules dendritiques dans le poumon et le ganglion drainant la tumeur. La déplétion des Tregs de l'hôte en revanche inhibe cette conversion et favorise l'activation des cellules Marilyn en cellules effectrices compétentes, capables de migrer jusqu'au site tumoral. Enfin, les cellules Marilyn, lorsqu'elles sont activées hors du ganglion drainant la tumeur échappent à l'inhibition induite par la tumeur et deviennent des cellules effectrices compétentes. Ainsi, dans un modèle tumoral reproduisant le développement naturel progressif des tumeurs humaines, un état de tolérance est induit par la tumeur. Cette tolérance est dépendante des Tregs présents dans le ganglion drainant la tumeur, qui confèrent une tolérance aux LT CD4+ naïfs arrivant dans le ganglion. / During tumor development, the immune system is persistently exposed to tumor-associated antigens, frequently in a non-inflammatory context, favoring the establishment of tolerance. Passive (ignorance, anergy or deletion of tumor-specific T cells) or active mechanisms mediated by regulatory T cells (Tregs) may be involved in tolerance. CD4+ T cells are the main source of Tregs but they also display indirect and direct antitumor activity. So far, the contribution of CD4+ T cells during tumor development has been mainly addressed in murine transplanted tumor models. However, in these models the artificial inflammation associated with the presence of dying tumor cells at the time of tumor inoculation favors a long-lasting MHC-II-restricted tumor antigen presentation in an artificial inflammatory context. Here, we addressed this issue using two different models: a transplanted one in which the MHC-II neoantigen (DBY) is induced long after tumor implantation and a genetically engineered mouse (GEM) model of lung adenocarcinoma also expressing the DBY epitope, in which malignant transformation results from both the expression of an oncogene and the deletion of a tumor suppressor gene. Tumor-specific CD4+ T cell response was followed by transfer of naive DBY-specific Marilyn CD4+ T cells. In the transplanted tumor model, we found that the appearance of a neoantigen in established tumors was not ignored by the immune system. On the contrary, the neoantigen reached the tumor-draining lymph node (TdLN) and induced efficient priming of Marilyn cells that proliferated, produced IFN-γ, and recirculated to the tumor site. However, despite efficient induction of a tumor-specific CD4+ T cell response, tumors were not rejected. In the GEM model, we found that starting at the early tumor stages, neoantigens were expressed and reached the TdLN in sufficient amount to induce activation and proliferation of naive Marilyn T cells. However, this priming was suboptimal and resulted in a weak migration to the tumor site. Instead, some of the activated Marilyn cells acquired the expression of FOXP3 and a Treg gene signature while the remaining FOXP3- cells displayed a CD44hiCD73hiFR4hi anergic phenotype. CpG administration did not revert the Marilyn Treg conversion despite reinforcing dendritic cell maturation in the lung and the TdLN. Depletion of the host Treg compartment however, inhibited this conversion and favored Marilyn cell activation into full-blown effector cells able to migrate to the tumor site. Finally, Marilyn cells that were primed at distance of the TdLN, escaped tumor induced inhibition and became full effectors. Thus, in a tumor model reproducing the natural development of slowly growing human tumors, a tumor-associated dominant tolerance is established in the lymph node draining the tumor. This state of unresponsiveness is highly dependent on the presence of Treg cells in the TdLN, conferring tolerance to incoming tumor-specific naive CD4+ T cells.

La NAFLD (non alcoholic fatty liver disease) ou stéatopathie dysmétabolique est la manifestation hépatique du syndrome métabolique. Elle regroupe l’ensemble des lésions hépatiques liées à l’obésité en dehors de toute consommation d’alcool : la stéatose, la NASH (non alcoholic steatohepatitis), la fibrose, la cirrhose et le carcinome hépatocellulaire. Les systèmes immunitaires inné et adaptatif participent activement à la pathologie. J’ai étudié deux axes : l’axe du récepteur des glucocorticoïdes-GILZ dans les cellules de Kupffer et CXCR4-CXCL12 dans les lymphocytes T CD4+.Les cellules de Kupffer (CK) jouent un rôle clé dans la pathologie de la NASH. GILZ (glucocorticoid induced leucine zipper) est exprimé par les monocytes/macrophages et est sous le contrôle du récepteur aux glucocorticoïdes (GR). De plus, GILZ intervient dans l’inhibition des processus inflammatoires. J’ai montré que l’obésité entraîne une diminution de l’expression du GR et de GILZ dans les CK. En utilisant du RU486, un antagoniste spécifique du GR, j’ai prouvé que la diminution de l’expression du GR entraîne la diminution de l’expression de GILZ et sensibilise les CK au LPS. Ce mécanisme joue un rôle déterminant dans le développement de l’inflammation hépatique au cours de l’obésité, en modulant la réponse inflammatoire des CK. Le recrutement de cellules inflammatoires dans le foie est un élément clé de la progression de la NASH. Les lymphocytes T CD4+ issus de souris obèses ont des propriétés chimiotactiques accrues dépendantes de CXCR4. J’ai montré que la NASH augmente les propriétés migratoires dépendantes de CXCR4 des lymphocytes T CD4+ chez l’homme et la souris dans trois modèles murins de NASH. Le traitement de souris obèses par de l’AMD3100, un antagoniste de CXCR4, permet de diminuer le recrutement hépatique de lymphocytes. L’augmentation du chimiotactisme des lymphocytes T CD4+ n’était pas dû, ni à une augmentation de l’expression de CXCR4 et CXCR7, ni même de CXCL12 au niveau du foie. J’ai montré que ce mécanisme dépendait de l’augmentation de l’affinité de CXCR4 pour CXCL12.Ainsi, j’ai mis en évidence deux axes participant à l’inflammation hépatique au cours de l’obésité. Ces axes représentent de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. / NAFLD (non alcoholic fatty liver disease) is the hepatic manifestation of metabolic syndrome. It encompasses the entire spectrum of obesity-related liver lesions : steatosis, NASH (non alcoholic steatohepatitis), fibrosis, cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Innate and adaptative immune systems participate actively to the pathophysiology.I studied two axis : the glucocorticoid receptor-GILZ axis in Kupffer cells and CXCR4-CXCL12 in CD4+ T lymphocytes.Kupffer cells (KC) play a key role in pathophysiology of NASH. GILZ (glucocorticoid induced leucine zipper) is expressed by monocytes/macrophages and is under the control of glucocorticoid receptor (GR). Moreover, GILZ takes part in inhibition of inflammatory processes. I showed that obesity induces a decreased expression of GR and GILZ in KC. Using RU486, a GR antagonist, I proved that decreased expression of GR induces the decreased expression of GILZ and sensitize KC to LPS. This mechanism plays a decisive role in initiation of liver inflammation in obesity, modulating inflammatory response of KC. In obese mice, recruitment of inflammatory cells into the liver is a key element in the progression of NASH. CD4+ T lymphocytes from obese mice have enhanced CXCR4-dependent chemotactic properties. I showed that NASH enhances CXCR4-dependent chemotactic properties of CD4+ T lymphocytes in patients and in three mouse models of NASH. Obese mice treatment with AMD3100, a CXCR4 antagonist, decreases lymphocytes recruitement into the liver. Enhanced chemotactic properties of CD4+ T lymphocytes were not due to increased expressions of nor CXCR4 and CXCR7, neither CXCL12 in the liver. I showed that this mechanism was dependent of an increased affinity of CXCR4 to CXCL12.Therefore, I highlighted two axis participating to obesity-related liver inflammation. These axis represent new potential therapeutic targets.

De nombreux antigènes de tumeur ont été identifiés depuis la découverte du premier antigène de tumeur humain il y a une vingtaine d’années, et plusieurs d’entre eux ont été utilisés comme antigène cible pour l’élaboration de vaccins thérapeutiques anti-Cancer. Cependant, les résultats des essais cliniques visant à évaluer l’efficacité de ces vaccins se sont la plupart du temps révélés décevants. Aussi, il reste indispensable d’identifier de nouveaux antigènes de tumeur cibles capables d’induire des réponses anti-Tumorales fortes et durables. Parmi les antigènes de tumeur considérés comme cibles potentielles pour un vaccin anti-Tumoral se trouve la Cycline B1, une protéine endogène impliquée dans la régulation du cycle cellulaire. Normalement exprimée de façon transitoire dans les cellules saines en division, cette protéine est surexprimée dans diverses tumeurs et est indispensable au développement tumoral. De plus, des réponses immunitaires spontanées spécifiques de cette protéine ont été observées chez des patients atteints de cancer. L’objectif de ma thèse était de caractériser la réponse en lymphocytes T CD4+, qui jouent un rôle capital dans la réponse immunitaire anti-Tumorale, spécifique de la Cycline B1 humaine chez des sujets sains et chez des patients atteints de cancer. Nous avons mis en évidence l’existence, chez des individus sains, de deux populations de lymphocytes T CD4+ préexistants spécifiques de cette protéine, à savoir des lymphocytes T CD4+ naïfs et des lymphocytes T CD4+ mémoires, cette seconde population lymphocytaire se retrouvant également chez des patients atteints de cancer. De multiples épitopes T CD4+ ont été identifiés dans cette protéine, et étaient différemment reconnus par ces deux populations de lymphocytes T CD4+. En outre, des anticorps IgG anti-Cycline B1 ont été détectés chez des patients atteints de cancer comme chez des individus sains, sans différence significative dans les taux d’anticorps entre ces deux catégories de sujets. Ainsi, cette étude montre que la Cycline B1 est un antigène de tumeur caractérisé par un profil singulier de réponses immunitaires, et confirme le potentiel vaccinal de cette protéine pour l’élaboration d’un vaccin anti-Cancer. / Many tumor antigens have been identified since the discovery of the first human antigen about twenty years ago, and some of them have been used as targets for the development of therapeutic cancer vaccines. However, most of the time, the results of clinical trials designed to assess the efficacy of these vaccines proved to be disappointing. Thus, it is still necessary to identify new tumor antigens able to induce strong and long-Lasting anti-Tumor responses that could be used as targets for cancer vaccine. Cyclin B1, an endogenous protein involved in cell cycle regulation, is one of the tumor antigens which are currently considered as potential targets for a cancer vaccine. Usually expressed transiently in healthy dividing cells, this protein is overexpressed in numerous tumors and is necessary for tumor development. Moreover, Cyclin B1 specific spontaneaous immune responses have been observed in cancer patients. My PhD work aimed at characterizing the response of CD4+ T cells, which play a major role in anti-Tumor immune responses, specific to human Cyclin B1 both in healthy individuals and cancer patients. We showed that, in healthy individuals, there exists two pre-Existing Cyclin B1 specific CD4+ T cell populations, namely naive CD4+ T cells and memory CD4+ T cells, the latter lymphocyte population being also found in cancer patients. Multiple CD4+ T cell epitopes have been identified in this protein, and were differently recognized by these two CD4+ T cell populations. Besides, anti-Cyclin B1 IgG antibodies have been detected both in healthy individuals and in cancer patients, without significant differences in antibody levels between these two groups of donors. Therefore, this work shows that Cyclin B1 is a tumor antigen characterized by a singular pattern of immune responses, and confirms the potential of this protein as a target for a cancer vaccine.

Le virus de l'hépatite C (VHC) établit généralement une infection chronique. Néanmoins, environ 20% des sujets vont résoudre spontanément l’infection. Il existe des preuves solides que les cellules T CD8 sont essentielles au contrôle du VHC. Dans la première partie de ma thèse, nous avons identifié un nouveau marqueur de la dysfonction des lymphocytes T, CD39, comme étant régulé positivement au cours de l'infection chronique par le VHC, le VIH et dans un modèle d’infection chronique par LCMV. Dans une deuxième partie, nous avons utilisé une approche d'analyse intégrative pour étudier la régulation transcriptionnelle des cellules T CD8 au cours de la phase aiguë de l'infection par le VHC. Nous avons identifié des changements précoces dans la régulation transcriptionelle d’importantes fonctions effectrices, de voies métaboliques et du nucléosome par les cellules T CD8 des patients souffrant d'une infection persistante. Certains de ces changements corrèlent avec l’absence des cellules T CD4 spécifiques du VHC et sont associés avec l’âge et le sexe du sujet infecté. Nos résultats suggèrent que la dysfonction des lymphocytes T CD8 au cours de l'infection par le VHC est liée à des événements précoces dans la régulation des gènes, non seulement amplifiés par une inflammation chronique et une absence des cellules T CD4 auxiliaires, mais qui pourraient également être influencés par des facteurs de l’hôte tels que l’âge et le sexe. / Infection with Hepatitis C virus typically establishes chronic infection, but about 20% of subjects clear HCV spontaneously. There is strong evidence that functional CD8 T cells are critical for HCV control. In the first part of my thesis we identified a new marker for exhausted T cells, CD39, that we showed to be upregulated in chronic HCV infection, progressive HIV infection and in chronic infection with LCMV. In the second part we used an integrative analysis approach to study transcriptional regulation of CD8 T cells in the acute phase of HCV infection with different outcomes. We found early transcriptional changes in key immune effector pathways as well as metabolic and nucleosomal processes in CD8 T cells from patients with persistent infection. Some of these changes track with a lack of HCV-specific CD4 T cells exhibit associations with subject age and sex. Our findings suggest that CD8 T cell exhaustion in HCV infection is linked to early gene regulatory events that are not only amplified by chronic inflammation and a lack of CD4 help, but might also be influenced by disease-relevant host factors such as patient age and sex.

Chez les vertébrés adultes, le nombre de cellules T périphériques est soumis à un contrôle strict. Bien qu'un grand nombre de cellules T soient produites chaque jour, le nombre de cellules T à la périphérie reste constant. Chaque nouveau lymphocyte T produit ne pourra donc s'établir à la périphérie qu'après la mort d'un lymphocyte déjà établi. Dans cette optique, la sélection du répertoire des cellules T périphériques n'est pas uniquement dépendant des interactions entre une cellule et son antigène, mais elle est également dépendante d'interactions entre différentes sous-populations cellulaires (Freitas and Rocha, 2000). Dans le but de comprendre comment l'homéostasie des cellules T périphériques est atteinte, et afin de comprendre pourquoi l'homéostasie parvient à un certain niveau d'équilibre, il est important de déterminer chaque facteur intervenant dans ce processus et la contribution de chacun d'entre eux.<br /> Les cellules T sont générées dans le thymus. La production thymique de cellules T est responsable, chaque jour, de l'export de nouvelles cellules T. Cependant la taille du thymus n'est pas constante, puisque le thymus involue avec l'âge, ce qui peut avoir des conséquences sur l'homéostasie des cellules T périphériques. Il faut donc tenir compte du compartiment T central, le thymus, lorsque l'on étudie l'homéostasie des compartiments périphériques. <br /> Le compartiment T périphérique est composé d'un certain nombre de sous-compartiments, puisque chaque cellule T n'est pas identique, et de nombreuses cellules vont se différencier à la périphérie en des sous-populations spécifiques, possédant des fonctions et des propriétés différentes. Par exemple, les sous-populations CD4+ et CD8+ devront être considérées séparément puisqu'elles sont impliquées dans différents types de réponses immunitaires et ont des mécanismes d'action différents. De la même façon, les compartiments naïfs, effecteurs et mémoires contribuent différemment à l'immuno-compétence de chaque individu. Les mécanismes impliqués dans le contrôle du nombre de chacune de ces sous-populations sont également importants pour la compréhension de l'homéostasie cellulaire T totale.<br /> L'objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes responsables de l'homéostasie périphérique T en général, et de l'homéostasie des cellules T CD4+ périphériques en particulier. Ce travail a été divisé en trois parties.<br /> Dans la première partie de cette thèse, nous avons évalué le rôle du thymus dans la maintenance du nombre de cellules T. Nous avons développé un nouveau système expérimental nous permettant d'obtenir une estimation quantitative de la fraction des cellules précurseures pré-T compétentes, nécessaire pour assurer la fonction thymique mais aussi d'évaluer la contribution thymique à l'établissement du compartiment T périphérique. Nous avons montré qu'il n'existe pas de mécanismes homéostatiques compensatoires au cours du développement thymique. Ce résultat nous a ensuite conduit à évaluer l'effet d'un export thymique réduit sur l'établissement du compartiment T périphérique. Nous avons montré que la taille du compartiment T périphérique est indépendante du thymus, suggérant que des mécanismes compensatoires se mettent en place à la périphérie. Lorsque nous avons étudié les compartiments naïfs et activées/mémoires séparément, nous avons observé que les mécanismes compensatoires sont plus efficaces pour les sous-populations activées/mémoires.<br /> Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des interactions entre les cellules T périphériques dans l'établissement de l'homéostasie T périphérique. Nous avons analysé l'interaction entre les cellules T CD4+CD25+CD45RBlow (également appelées cellules T CD4+ régulatrices) et les cellules CD4+CD25-CD45RBhigh, dans des expériences de transfert chez la souris. Nous avons observé que le ratio entre les cellules CD4+CD25+CD45RBlow et les cellules CD4+CD25-CD45RBhigh transférées était déterminant pour le nombre de cellules recouvrées suggérant donc que l'interaction entre ces deux populations pourrait être déterminante pour l'homéostasie périphérique T. Nous avons testé cette hypothèse en transférant des cellules T CD4+CD25+ dans un modèle murin (les chimères de moelle osseuse CD25-/-) où l'homéostasie périphérique est perturbée et où cette sous-population CD25+ est absente. Nous avons observé que la présence de ces cellules T CD4+CD25+ dans ces chimères de moelle osseuse a pour conséquence la normalisation du compartiment T périphérique. Nous avons montré donc que l'homéostasie des cellules T périphériques est atteinte aussi grâce à la structure des sous-populations qui la constitue.<br />Dans la troisiéme partie de cette thèse, nous avons étudié l'importance des ressources pour la maintenance de la structure des sous-populations T périphériques. Il a été montré que le nombre de cellules T CD4+CD25+ est réduit chez les souris invalidées pour le gène de l'IL-2. Il a aussi été montré que ces souris développent des maladies auto-immunes avec des caractéristiques communes à celles développées par les souris CD25-/-. Nous avons fait l'hypothèse que le manque d'IL-2 serait responsable de la diminution de la survie des cellules T régulatrices CD4+CD25+ dans le compartiment T périphérique, et que donc les manifestations auto-immunes seraient la conséquence de la perturbation de la structure des sous-populations périphériques, puisque ces animaux ne contiennent pas cette sous-population spécifique. Nous avons testé cette hypothèse en triant les quelques cellules T CD4+CD25+ présentes chez les animaux IL2-/- et en testant leur fonction de cellules suppressives in vivo. Ces cellules ont montré leur capacité à exercer une fonction suppressive, suggérant que les souris IL-2-/- sont capable de produire des cellules régulatrices T CD4+CD25+. Nous avons confirmé ces résultats en établissant des chimères de moelle osseuse, avec des cellules provenant de la moelle osseuse d'animaux IL-2-/- et d'animaux CD25-/-. Ces animaux chimériques ne développent pas de maladies auto-immunes et le compartiment T périphérique est constitué d'une proportion normale des différentes sous-populations CD4+, notamment les CD4+CD25+. Les précurseurs issus de la moelle osseuse des animaux IL-2-/- ont donc été capables de générer une population viable de cellules T régulatrices, capable d'utiliser pour leur survie l'IL-2 produite de façon paracrine. Ces résultats illustrent bien le rôle des cytokines comme ressources majeures, notamment pour l'établissement de la structure des populations périphériques.<br /> L'ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse nous a conduit à formuler que l'homéostasie des cellules T périphériques est le résultat, non seulement de l'impact thymique, mais aussi de mécanismes périphériques. Les populations sous représentées, comme la population de cellules T régulatrices CD4+CD25+, pourraient exercer un rôle important dans la maintenance de l'homéostasie des cellules T à la périphérie.