Les infections graves entraînent une dysrégulation de la réaction inflammatoire associée à une immunodépression complexe associée à la survenue d’infections nosocomiales. Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui régulent ces phénomènes demeurent largement incompris. A l’interface entre système immunitaire inné et adaptatif, les cellules dendritiques et les lymphocytes innés pourraient être impliqués dans l’immunodépression post-infectieuse. Par ailleurs, les récepteurs de type Toll (TLR) déterminent l’amplitude de la réponse inflammatoire initiale, mais leur contribution dans le développement de l’immunodépression post-infectieuse n’a pas été établie. Les objectifs de ce projet de recherche étaient d’investiguer le rôle des cellules dendritiques, des lymphocytes de type innés et des voies de signalisation dépendantes des TLRs dans l’immunodépression induite par le sepsis. Nous avons mené ce programme de recherche en combinant une double approche translationnelle et expérimentale. Nous avons étudié la cinétique des cellules dendritiques circulantes chez le patient septique et montré que leur déplétion était associée à la survenue d’infections nosocomiales. L’analyse des trois souspopulations de lymphocytes T innés (lymphocytes γδ, NKT et MAIT) chez le patient septique a montré que seuls les lymphocytes MAIT présentaient une déplétion associée au sepsis sévère, dont la persistance était également corrélée à la survenue d’infections nosocomiales. Enfin, à l’aide de souris knockout nous avons étudié le rôle de TLR2, TLR4 et TLR5 sur la réponse anti-bactérienne dans un modèle murin de pneumonie secondaire à P. aeruginosa à distance d’un sepsis polymicrobien sublétal. Nous avons montré que les souris déficientes pour TLR2 étaient protégées de l’infection secondaire grâce à une meilleure clairance bactérienne. Ce travail introduit des perspectives nouvelles dans la physiopathologie de l’immunodépression post-infectieuse et suggère des applications thérapeutiques potentielles. / Severe sepsis leads to a dysregulated inflammatory response followed by a complex immunosuppressive state that can favor the emergence of nosocomial infections. The cellular and molecular mechanisms that drive the post-infective immunosuppression remain poorly understood. They may involve immune cells that link innate and adaptive immunity such as dendritic cells or innate-like lymphocytes. Furthermore, Toll-like receptors (TLR) are critical determinants of the inflammatory response but their role to the development of sepsis-induced immune dysfunction are unknown. The aim of this research project was to investigate the role of dendritic cells, innatelike T cells and TLR-dependent signalling pathways in the sepsis-induced immunosuppression process. For this purpose, we combined a translational and experimental approach. We assessed dendritic cells blood count in septic patients and showed that the depletion of dendritic cells was associated with the advent of nosocomial infections. We studied 3 populations of innate-like T-cells (γδ lymphocytes, NKT- and MAIT-cells) in septic patients and demonstrated that only the MAIT-cells presented a significant depletion following severe sepsis, the persistence of which was correlated with the advent of nosocomial infection. Last, using knockout mice, we analyzed the relative contribution of TLR2, TLR4 and TLR5 to the host response in a model of late-onset secondary Pseudomonas aeruginosa pneumonia following a sublethal polymicrobial sepsis. We observed that TLR2 deficient mice were specifically protected against the secondary pneumonia through a better bacterial clearance. Our results provide new insights in the pathophysiology of post-infective immunosuppression and suggest potential therapeutic applications.

Mucosal associated invariant T-cells (MAIT) are a phylogenetically conserved subset of alpha/beta T-cells with natural killer-like (NK) activity. MAIT are defined by the expression of an invariant T-cell receptor alpha (TCRα) chain; in mice and humans this chain uses the orthologous mVα19/hVα7.2-Jα33 genes respectively. Available evidence indicates that MAIT are restricted by MR1, a highly conserved MHC class I-related molecule, and that their development is dependent on B lymphocytes. They appear to constitute part of the innate immune response, but their precise functional role is poorly understood. This study aimed to characterise MAIT and MR1 in ruminants, and to further the knowledge and understanding of these unique cells. Using PCR primers based on partial database sequences, orthologous full-length TCRα chains were identified in circulating bovine and ovine T cells. The germline elements of the respective α chains were identified and their overall frequency of expression within the bovine TCRα repertoire determined. Experiments using the orthologous TCRα chain as a marker for MAIT cells to examine expression in bovine and ovine blood and various tissues showed that spleen and mesenteric lymph nodes contained the highest frequency of MAIT cells. Use of the same technique to study levels of this marker in cattle of different ages revealed very low numbers of MAIT cells in neonatal animals, followed by a marked increase in the first 3 weeks of life. Analyses of MAIT TCRα expression in different T cell subsets showed that, unlike mice and humans in which MAIT cells are predominantly within the CD4-/CD8- T-cell population, MAIT cells in bovine blood are predominantly CD8+. Full-length cDNAs were isolated for bovine and sheep MR1 and their sequences were found to display marked cross-species conservation. Using a specific PCR, MR1 was shown to be expressed in peripheral blood and by different lineages of Theileria-transformed cells. Alternatively-spliced transcripts of MR1 were detected in both cattle and sheep and several of these retained an intact open-reading frame. Constructs of bovine MR1 and an MR1/MHC chimera were prepared in a eukaryotic expression vector but these failed to give detectable cell surface expression following transfection into Cos-7, despite positive intracellular expression.

The C-type lectin CD161 is expressed by a large number of T lymphocytes, with approximately a quarter of both T cell receptor (TCR)αβ+ and TCRγδ+ T cells expressing this marker. Within CD8+ T cells, a large proportion of these are comprised of Mucosal Associated Invariant T (MAIT) cells, a novel innate-like lymphocyte subset characterised by expression of a semi-invariant TCR together with high levels of CD161 (CD161++). These cells display a phenotype reflective of type 17 CD4+ helper T cells (Th17), which are also hallmarked by CD161 expression. Both MAIT and Th17 cells arise from preprogrammed progenitors, identifiable within umbilical cord blood by expression of CD161. Thus, CD161 appears to identify cells of a pre-determined and distinct phenotype. Whether this reflects a common transcriptional programme, developmentally induced within these cells, and further whether this extends to other CD161 positive T cells, was examined here by mRNA microarray analysis. This analysis identified a shared transcriptional signature and common innate-like function of all CD161 expressing T lymphocytes, and independent of TCR expression or lineage. Furthermore, a population of CD8+ T lymphocytes expressing lower levels of CD161 which overlap phenotypically with CD161++CD8+ MAIT cells was identified by both mRNA microarray analysis and mass cytometry (CyTOF); the CD161+CD8+ T cell population. TCR repertoire analysis, flow cytometry and cell culture experiments were utilised to investigate the origin of this subset, and its phenotype and function in both health and disease investigated in depth. This revealed a pre-programmed, tissue-resident memory population with potent effector functions. Both CD161++ MAIT and CD161+CD8+ T cells expressed high levels of the drug efflux pump MDR1, previously described to confer drug resistance to certain malignant cells. The significance of expression of this pump was hence investigated to determine its potential affect on the success of a variety of clinical therapies.

Human CD161 is protein that is expressed by most Natural Killer (NK) cells, of T cells (including both CD4⁺ and CD8⁺ subsets), Natural Killer T (NKT) cells and immature thymocytes. CD161 is expressed on many of the T cell receptor (TCR) expressing cell types that “bridge” both the innate and the adaptive immune systems, including mucosal associated invariant T (MAIT) cells. Changes in expression levels of CD161 in peripheral blood or tissue have been seen in multiple disease states such as: HIV, tuberculosis, multiple sclerosis, rheumatoid arthritis and psoriasis. However, the functional role of CD161 on T cells was unclear. Therefore, this thesis explores the impact of CD161 ligation on CD8⁺ T cells. CD161 surface expression was seen to be significantly downregulated upon ligation with its receptor (LLT1) or cross-linked by anti-CD161 antibodies. Despite this, no clear functional impact of CD161 ligation was seen on resting CD8⁺ Va7.2⁺ cells. In contrast, ligation of CD161 on TCR stimulated CD8+ Va7.2+ cells resulted in increased IFNy and TNFa expression, cell activation and cytotoxicity. The increased cytotoxicity was potentially due to both an increase in the ability of the cells to degranulate and the expression of Granzyme B. Furthermore, ligation of CD161 induced an increase in activated Caspase 3 expression, indicating increased apoptosis. CD161 ligation over a prolonged period resulted in a decrease in proliferation. In total these results suggest that CD161 acts as a co-stimulatory molecule for T cells in the context of TCR activation.

L’inflammation de bas grade est un trait commun aux maladies cardiométaboliques (CMDs). Dans l’obésité et le diabète de type-2 (DT2) en particulier, l’insulino-résistance a été associée à une inflammation dans plusieurs tissus. L’objectif de ce travail est d’évaluer les interactions entre les altérations des cellules immunitaires et les perturbations du métabolisme dans les CMDs. Dans une première étude, nous avons étudié l’immunité intestinale et la production cytokinique des lymphocytes T (LT) jéjunaux de sujets minces et obèses et évalué la relation fonctionnelle entre LT et entérocytes. Nous montrons que la densité des LT est augmentée dans la muqueuse dans l’obésité et que l’augmentation de la production de cytokines par les LT de sujets obèses induit une résistance à l’insuline sur les entérocytes in vitro. Dans une deuxième étude, nous avons caractérisé les cellules MAIT (mucosal-associated invariant T cells), une sous-population de LT qui reconnait des métabolites bactériens dérivés de la vitamine B, dans le sang de 5 groupes de patients présentant différentes CMDs par rapport à des sujets contrôles. Dans tous les groupes de patients, nous observons une diminution des cellules MAIT circulantes qui est corrélée avec l’HbA1c. Nous montrons ex vivo que cette diminution pourrait être liée à une plus forte apoptose provoquée par une glucotoxicité. Nos résultats indiquent que l’environnement immunitaire intestinal pourrait participer aux perturbations métaboliques locales et systémiques dans l’obésité humaine. De plus, l’abondance de certaines cellules immunitaires, comme les MAIT, pourrait servir de marqueur précoce de la dysfonction cardiométabolique. / A common feature between cardiometabolic diseases (CMDs) is a state of chronic low-grade inflammation. In obesity and type-2-diabetes (T2D) notably, insulin resistance has been linked to inflammation in several tissues. The objective of this project is to evaluate the interactions between immune cell alterations and metabolic perturbations in CMDs. In a first study, we investigated intestinal immunity and cytokine production of intestinal T cells in a cohort of lean and obese subjects and evaluated the functional relationship between T cells and enterocytes. We demonstrated that T cell density and cytokine production was increased in the jejunal mucosa of obese subjects and promoted insulin resistance in enterocytes in vitro. In a second study, we characterized mucosal-associated invariant T (MAIT) cells, a subset of T cells recognizing bacterial vitamin B derivatives, in 5 groups of patients with different forms CMDs (metabolic syndrome, obesity, T2D, coronary artery disease with or without heart failure) compared to healthy subjects. We demonstrated that MAIT cell decrease is correlated with HbA1c and is a common feature in all CMD groups. In an ex vivo study, we show that their depletion in the blood could be explained by a higher propensity to apoptosis under high glucose concentrations. Altogether, our findings suggest that the jejunal immune microenvironment could participate in local and systemic metabolic perturbations in human obesity. We also demonstrate that the abundance immune cells, such as circulating MAIT cells could serve as an early marker of cardiometabolic dysfunction.

Les cellules Invariant Natural Killer T (iNKT) représentent une sous-population particulière de cellules T qui se distingue par son développement, ses fonctions et les ligands qu'elle reconnaît. Chez l'homme, les cellules iNKT expriment le réarrangement Vα24-Jα18/Vβ11 et reconnaissent des glycosphingolipides présentés par la molécule monomorphe du CMH de classe I CD1d. De plus, elles produisent rapidement de grandes quantités de cytokines, et sont ainsi considérées comme des cellules T ayant des caractéristiques innées. Les mécanismes moléculaires qui régulent l'homéostasie descellules iNKT ne sont pas complètement compris. La protéine XIAP (X-linked Inhibitor of Apoptosis) est un inhibiteur physiologique des caspases 3, 7 et 9. Des mutations du gène XIAP sont à l'origine du syndrome lymphoprolifératif lié à l'X de type 2 (XLP-2), un déficit immunitaire primitif (DIP) caractérisé par une susceptibilité accrue à l'infection par le virus Epstein Barr (EBV). Les patients souffrant du XLP-2 présentent une forte réduction de leur nombre de cellules iNKT dans le sang. Au cours de mon travail de thèse, j'ai montré que XIAP est requis pour la survie des cellules iNKT humaines. Cette fonction de XIAP corrèle avec un phénotype pro-apoptotique des cellules iNKT qui n'est pas retrouvé dans les cellules T conventionnelles. La susceptibilité accrue à l'apoptose des cellules iNKT est observée en utilisant des stimuli de la voie intrinsèque ou extrinsèque de l'apoptose. Les cellules iNKT, contrairement aux cellules T conventionnelles expriment des quantités élevées de protéines pro-apoptotiques comme les caspases 3 ou 7 ou Bid. Ce phénotype proapoptotique est acquis de manière précoce, puisqu'il est déjà présent dans des cellules iNKT de thymus ou de sang de cordon. L'extinction de XIAP dans des cellules iNKT et l'analyse de patients déficients en XIAP indiquent que XIAP est un inhibiteur efficace de l'apoptose dans les cellules iNKT alors qu'il n'a qu'un effet modéré dans les cellules T conventionnelles. J'ai ensuite montré que le phénotype pro-apoptotique des cellules iNKT est dépendant de l'expression du facteur de transcription PLZF. Celui-ci est déjà connu comme étant nécessaire à l'acquisition des fonctions effectrices de cescellules. De manière concordante, la surexpression de PLZF dans des cellules T conventionnelles conduit à un phénotype pro-apoptotique et à une augmentation de l'expression de la caspase 3. Récemment, une deuxième population de cellules T invariantes, les cellules MAIT (Mucosal Associated Invariant T) a été décrite. Ces cellules expriment un TCR semi-invariant Vα7.2-Jα33 et partagent avec les cellules iNKT certaines caractéristiques qui en font des cellules T innées comme les cellules iNKT. De la même manière que les cellules iNKT, les cellules MAIT ont un phénotype proapoptotiqueet sont diminuées dans le sang des patients déficients en XIAP. Ce phénotype proapoptotique est aussi dépendant de PLZF. De manière intéressante, un patient déficient en XIAP et ayant un nombre normal de cellules iNKT a été identifié. Ce patient n'a pas encore rencontré l'EBV, suggérant que la diminution des cellules iNKT chez les patients déficients en XIAP est due à une apoptose augmentée dans un contexte d'infection par l'EBV. Enfin, j'ai obtenu des données préliminaires suggérant que l'EBV utilise un mécanisme d'échappement aux cellules iNKT en diminuant l'expression de CD1d à la surface des cellules B. Mon travail de thèse a donc permis d'identifier une voie de régulation inconnue des lymphocytes T innés qui dépend de XIAP et de PLZF. PLZF est donc un facteur clé pour la différentiation et l'homéostasie des cellules T innées en régulant l'acquisition de leurs fonctions effectrices et en limitant leur survie. Ces observations ont aussi permis d'identifier le premier DIP associé à un déficit en cellules MAIT. Enfin, ces résultats suggèrent un rôle des cellules iNKT dans le contrôle de l'infection par l'EBV.

Tc17 cells and the semi-invariant human mucosal associated invariant T (MAIT) cells are important CD8+ tissue-homing cell populations. Both are characterized by high expression of CD161 (++) and type-17 differentiation, yet their origins and relationships remain poorly defined. By transcriptional and functional analyses it is demonstrated that a pool of polyclonal, pre-committed type-17 CD161++CD8αβ+ T cells exists in cord blood, from which a prominent MAIT cell (TCR Vα7.2+/Vβ2 or 13.2) population emerges post-natally. During this expansion, CD8αα T-cells appear exclusively within CD161++CD8+/MAIT subset, sharing cytokine production (IL17, IL-22 and IFN-γ), chemokine-receptor expression (CCR2, CCR6 and CXCR6), TCR-usage and transcriptional profiles with their CD161++CD8αβ+ counterparts. These data demonstrate the origin and differentiation pathway of MAIT cells from a naïve type-17 pre-committed CD161++CD8+ T cell pool and the distinct phenotype and function of CD8αα cells in man. The CD161++CD8αβ and CD8αα T cell subsets are reduced in the peripheral circulation in chronic hepatitis B and C and are enriched in the liver in chronic hepatitis C. Their potential role in immunity to chronic viral hepatitis B and C is demonstrated by their expression of activation/exhaustion markers CD69, CD25, HLA-DR and PD-1. In addition a substantial distinct CD161-CD8β^low population is demonstrated in chronic hepatitis B, co-characterised by a CD28^low, HLA-DR^high phenotype and high expression of IFN-γ, with important implications for the development of immunotherapy and vaccination.

Mucosal associated invariant T (MAIT) cells are a population of innate-like lymphocytes, with an emerging role in tuberculosis (TB). They are characterised by the expression of high levels of CD161 and IL-18Rα, possession of a Vα7.2⁺ T cell receptor (TCR), and restriction by the MHC class I-related protein (MR1). MAIT cells can be activated by MR1 presenting microbe-derived riboflavin metabolites; or, by the cytokines IL-12 and IL-18 in a TCR-independent fashion. How human MAIT cells integrate these signals for their activation in response to Mtb is unclear. Lymphatic TB (LNTB) is a common extra-pulmonary manifestation of TB; however, little is known about the status of MAIT cells in LNTB - or in other granulomatous diseases, such as sarcoidosis. In this study, an in vitro approach was used to probe MAIT cell activation by Mtb, and the roles of IL-12/-18, the TCR, cell-cell contact and the immunological synapse (IS). Following TCR ligation, TNFα expression was rapid and transient, and was enhanced following sustained IL-12/-18 exposure. IFNγ expression occurred following sustained exposure to ng/ml concentrations of IL-12/-18; however, alongside TCR stimulation, pg/ml concentrations were sufficient. Using an artificial bilayer system, CD161 was excluded from the central regions of the MAIT cell IS, whilst the distribution of IL-18Rα remained unaffected. In response to Mtb and BCG, MR1 was necessary for rapid activation and TNFα expression, IL-12/-18 were necessary for robust and sustained IFNy expression, whilst an anti-Mtb effect was indicated in an intracellular infection model. Assessment of patients with TB or sarcoid lymphadenopathy revealed a depletion of MAIT cells in the blood in sarcoidosis, but not LNTB. In both groups, MAIT cells could be detected within a proportion of sampled lymph nodes. Overall, these findings indicate the importance of inflammatory cytokine signals in the induction of high-intensity and sustained MAIT cell effector function, including in response to Mtb. The observation of a numerical deficiency of MAIT cells in sarcoidosis requires further investigation.

Le diabète de type 1 (T1D) est une maladie auto-immune caractérisée par la destruction des cellules β du pancréas par les lymphocytes T auto-réactifs. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés au rôle des cellules de l'immunité innée dans le T1D à l'aide d'un modèle murin de la maladie : la souris NOD. Au contraire des cellules du système adaptatif (lymphocytes T et B), les cellules de l'immunité innée constituent la première ligne de défense de l'organisme lors d'une infection. Cette population est constituée entre autre de neutrophiles, cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC), macrophages, mais aussi de lymphocytes T et B non conventionnels tel que les cellules iNKT et B-1a. Précédemment, notre laboratoire a mis en lumière le rôle des lymphocytes iNKT dans le développement du T1D. Durant la première partie de ma thèse, nous avons démontré que les lymphocytes iNKT17, une sous-population des lymphocytes iNKT, ont un rôle délétère dans le T1D chez la souris NOD. Ces cellules infiltrent le pancréas et y produisent de l'IL-17, une cytokine pro-inflammatoire. Grâce à des expériences de transferts, nous avons mis en évidence que les lymphocytes iNKT17 exacerbent la maladie via la production d'IL-17. Dans la deuxième partie de ma thèse, nous nous sommes intéressés aux mécanismes qui induisent l'activation des lymphocytes T auto-réactifs. Nous avons observé chez la souris NOD, que la mort physiologique des cellules β conduit à l'activation de cellules de l'immunité innée : les neutrophiles, les lymphocytes B-1a et les pDC. La coopération entre ces cellules conduit à l'activation des pDC qui produisent de l'IFNα. Cette cytokine active les lymphocytes T auto-réactifs qui vont détruire les cellules β du pancréas. Nos résultats montrent que l'immunité innée est un acteur important dans la physiopathologie du diabète sucré.

Les infections graves entraînent une dysrégulation de la réaction inflammatoire associée à une immunodépression complexe associée à la survenue d'infections nosocomiales. Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui régulent ces phénomènes demeurent largement incompris. A l'interface entre système immunitaire inné et adaptatif, les cellules dendritiques et les lymphocytes innés pourraient être impliqués dans l'immunodépression post-infectieuse. Par ailleurs, les récepteurs de type Toll (TLR) déterminent l'amplitude de la réponse inflammatoire initiale, mais leur contribution dans le développement de l'immunodépression post-infectieuse n'a pas été établie. Les objectifs de ce projet de recherche étaient d'investiguer le rôle des cellules dendritiques, des lymphocytes de type innés et des voies de signalisation dépendantes des TLRs dans l'immunodépression induite par le sepsis. Nous avons mené ce programme de recherche en combinant une double approche translationnelle et expérimentale. Nous avons étudié la cinétique des cellules dendritiques circulantes chez le patient septique et montré que leur déplétion était associée à la survenue d'infections nosocomiales. L'analyse des trois souspopulations de lymphocytes T innés (lymphocytes γδ, NKT et MAIT) chez le patient septique a montré que seuls les lymphocytes MAIT présentaient une déplétion associée au sepsis sévère, dont la persistance était également corrélée à la survenue d'infections nosocomiales. Enfin, à l'aide de souris knockout nous avons étudié le rôle de TLR2, TLR4 et TLR5 sur la réponse anti-bactérienne dans un modèle murin de pneumonie secondaire à P. aeruginosa à distance d'un sepsis polymicrobien sublétal. Nous avons montré que les souris déficientes pour TLR2 étaient protégées de l'infection secondaire grâce à une meilleure clairance bactérienne. Ce travail introduit des perspectives nouvelles dans la physiopathologie de l'immunodépression post-infectieuse et suggère des applications thérapeutiques potentielles.