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Protektive MHC II Allele sind sowohl für den Menschen als auch für die Maus beschrieben worden und verhindern die Entstehung von Autoimmunerkrankungen. Hier untersuche ich die differentielle Expression von MHC II Allelen auf den unterschiedlichen Antigen-praesentierenden Zellen als Wirkmechanismus, der das Typ 1-Typ 2 Gleichgewicht der T-Helferzellen beeinflusst. Ich konnte zeigen, dass die als protektiv geltenden murinen I-Ab und I-Ek Molekuele auf fast allen Knochenmark-Makrophagen fuer 5 - 8 Tage stark exprimiert werden und dass die Expression dann langsam abnimmt. Im Gegensatz dazu fanden wir eine etwa 100-fach schwaechere Expression des mit der Kollagen-induzierten Arthritis (CIA) assoziierten I-Aq. Diese Expression war von nur kurzer Dauer und nahm rasch ab. Eine aehnlich differentielle Expression konnten wir weder auf B- noch auf dendritischen Zellen (DZ) nachweisen. Zusätzlich konnte in in vitro Restimulationsexperimenten gezeigt werden, dass Makrophagen durch diese differentielle Expression die T-Zell-Zytokinantwort massgeblich beeinflussen. Unsere Ergebnisse deuten an, dass Makrophagen eines protektiven Haplotyps MHC II Molekuele in hoher Zahl exprimieren und damit bevorzugt Typ 1 Antworten hervorrufen, wohingegen eine niedrige MHC II Expression Typ 2 Antworten beguenstigt. Wir schliessen daraus, dass das Ausmass der MHC II Expression das Signal, welches von den T-Zellen zu den Makrophagen zurückgesendet wird, steuert und damit die Aktivitaet der Makrophagen reguliert. Dieser durch polymorphe, jedoch nicht-kodierende MHC II-Gensegmente hervorgerufene Effekt koennte bei der Empfaenglichkeit fuer Autoimmunerkrankungen sowohl beim Menschen als auch bei der Maus eine Rolle spielen. Tatsaechlich konnten wir auch auf menschlichen Monozyten und B-Zellen eine differentielle Expression von HLA II Genen nachweisen und sie scheint sich hier auf die nur gering-polymorphen DRB4 Gene, die sowohl mit dem Rheumatoide Arthritis (RA) assoziierten DR4 als auch mit dem neutralen DR7 koexprimiert werden, zu beschraenken. In meinem letzten Teil ziele ich darauf ab, das den Verlauf der RA und der CIA begleitende Typ 1 Übergewicht in ein Gleichgewicht mit Typ 2 zu revertieren. Dazu wurde ein Mausmodell etabliert, bei dem bereits polarisierte Typ 2 Th-Effektorzellen als Manipulatoren der für die Entstehung der CIA verantwortlichen, Kollagen-spezifischen Typ 1 Zellen eingesetzt wurden. Tatsaechlich konnte die CIA dann am effektivsten verhindert werden, wenn beide T-Zellpopulationen, die Manipulierer und die Kollagen-spezifischen, im selben Zellcluster aktiviert wurden. Diese Aktivierung im selben Zellcluster konnte dadurch erreicht werden, dass DZ gleichzeitig Kollagen und das fuer die Manipulierer spezifische Epitop praesentieren. / Protective/suppressive MHC class II alleles have been identified in man and mouse where they exert a disease-protective and immunosuppressive effect. As a mode of action we here investigate differential expression of MHC class II genes in different types of antigen-presenting cells impacting on the Type 1-Type 2 balance. We found that the murine I-Ab and I-Ek molecules, both well characterized as protective/suppressive, are expressed at a high level on almost all bone marrow derived macrophages for five to eight days after which expression slowly declines. In contrast, the collagen-induced arthritis (CIA) associated I-Aq-expression is lower, peaks over a shorter period and declines more rapidly. No differential expression could be detected on B cells or dendritic cells (DC). In addition, the differential MHC class II expression found on macrophages skews the cytokine response of T cells as shown by an in vitro restimulation assay. The results indicate that macrophages of the protective/ suppressive haplotypes express MHC class II molecules at a high level and exert Type 1 bias whereas low level expression favors a Type 2 response. We suggest that the extent of expression of the class II gene gates the back-signal from T cells and in this way controls the activity of macrophages. This effect mediated by polymorphic non-exon segments of MHC class II genes may play a role in determining disease susceptibility in mouse and man. Indeed, we also found differential expression of HLA II genes on human antigen presenting cells. However, in humans, differential expression affects both, B cells and monocytes and seems to be restricted to the non-polymorphic DRB4 gene coexpressed with the rheumatoid arthritis (RA) associated DR4 and the neutral DR7. We finally aimed at reverting the Type 1 bias characteristic of RA and CIA. A murine system was developed where polarized Type 2 cells were used to manipulate collagen II-specific type 1 T cells responsible for the development of collagen induced arthritis. The polarized inducer cells indeed exerted their maximum effect when the two T-cell populations were activated within the same cluster, implemented by allowing a single DC to present both their epitopes.

The immune system is essential for keeping the integrity of multicellular organisms. We were able to make a step forward in studying the complex immune reactions in mammals in vivo and/ or in situ using the major histocompatibility complex (MHC) class II/ enhanced green fluorescent protein (EGFP) knock-in mouse model. Due to the EGFP visualization of MHC II expressing cells we were able to observe antigen presenting cells, which are essential for the onset of immune responses, in their natural environment. Thus, we report some original features of the immune system. We have identified MHC II+ cell clusters with unknown, probably unique function, in the intestine. We have also described MHC II+ cell migration to the lactating mammary gland and tested few hypotheses about the role of this phenomenon for the development of the mammary gland, milk secretion or infant immune system establishment. Lastly, we observed residential macrophages in the cornea. The presence of APCs in the cornea is a very contradictory issue due to the fact that cornea is an immunologically privileged tissue and therefore harbors special immune features. key words: antigen presenting cells (APC), major histocompatibility complex class II (MHC II), enhanced green fluorescent protein (EGFP), immune system, knock-in mouse model

Introduction: The epigenetic modifications can significantly affect and alter the gene activity by regulating their expression, having direct impact on various processes in human body. Epigenetic processes are involved in ethiopathogenesis of many diseases. From this point of view, MHC genes are very important as they were linked to many autoimmune disorders, for example type 1 diabetes mellitus. In general autoimmune diseases appear to be connected to certain MHC class II genes. Aims: The aim of this thesis is to determine the relationship between expression levels and histone modifications present in the promoter area of MHC class II gene, DQA1. Moreover, we also analyze and compare the DQA1 gene mRNA expression depending on the QAP promoter allele. Methods: We isolated both nucleic acids (DNA and RNA) and leukocytes from peripheral blood samples collected from voluntary donors. DNA was utilized for genotypization of individuals. RNA was subjected to reverse transcription and the quantitative PCR was performed in order to determine the level of expression. Leukocytes were used for chromatin immunoprecipitation, which was evaluated using quantitative PCR. Results: The expression level of QAP allele 3.1 was found to be higher than for the rest of the alleles Allele 4.1A showed, on the other hand,...

Le lupus érythémateux disséminé est une maladie autoimmune systémique déclenchée par une combinaison de facteurs génétiques, hormonaux et environnementaux. Il se caractérise notamment par la présence d’autoanticorps dirigés principalement contre des éléments nucléaires. Les traitements proposés aux patients sont essentiellement palliatifs et non curatifs et engendrent de nombreux effets secondaires indésirables. Des nouvelles stratégies thérapeutiques plus spécifiques sont basées sur l’utilisation de peptides dérivés d’autoantigènes. Le peptide P140, découvert au laboratoire, est un candidat prometteur dans ce domaine. Il correspond à la séquence 131-151 de la protéine splicéosomale U1-70K et est chimiquement phosphorylé sur le résidu sérine 140. Son administration à des souris lupiques MRL/lpr diminue la sévérité des symptômes sans effet immunosuppresseur. Il est actuellement évalué chez l’homme dans un essai clinique de phase III. Le mécanisme d’action du peptide P140 commence à être bien connu chez la souris lupique. Récemment, mon équipe à montré que le peptide P140 affecte directement ou indirectement deux formes d’autophagie, la macroautophagie et l’autophagie médiée par les chaperonnes (CMA). De plus, il réduit l’expression des molécules du CMH-II ce qui conduirait à une baisse de la présentation antigénique et à une diminution de l’activation des LT autoréactifs. Finalement, une baisse de la production des autoanticorps, notamment des anticorps reconnaissant l’ADN double brin est observée suite à l’injection du peptide aux souris. L’objectif de mon projet de thèse a été de consolider ces résultats et également d’étudier le mode d’action du peptide chez l’homme puisque ceci n’avait pas encore été fait. Nous avons démontré que comme chez la souris, le peptide P140 réduit l’expression des molécules du CMH-II à la surface des LB de patients lupiques. De plus, nous avons montré que plus le score d’activité de la maladie est élevé, plus l’effet du peptide sur l’expression du CMH-II est important. En revanche, bien que nous ayons confirmé la dérégulation de la macroautophagie dans les LT CD8+ de patients, le peptide P140 ne semble pas affecter ce processus cellulaire. Nous étudions actuellement l’effet du peptide sur la CMA. Enfin, nous avons montré que chez la souris MRL/lpr et chez l’homme, le peptide P140 réduit le nombre de plasmablastes. Cette altération de la différenciation des LB conduit à une baisse de la production des IgM et des IgG, ce qui explique son effet bénéfique sur la maladie lupique. / Systemic lupus erythematosus (SLE) is a systemic autoimmune disease triggered by genetic, hormonal and environmental factors. It is mainly characterized by the presence of autoantibodies directed against nuclear elements. Most of current treatments proposed to patients are palliative and not curative and lead to numerous side effects. New therapeutical strategies are based on the use of peptides derivated from autoantigens. The P140 peptide discovered in our laboratory is a promising candidate. It corresponds to the 131-151 sequence of the U1-70K spliceosomal protein and is phosphorylated on ser140 residue. Its administration to MRL/lpr lupus-prone mice reduces symptom severity without immunosuppressive effect. It is currently evaluated in phase III of clinical trial. The mechanism of action of P140 peptide has been mostly elucidated in lupus mice. Recently, my team has shown that P140 peptide affects direclty or indireclty macroautophagy and chaperone-mediated autophagy (CMA), two major forms of autophagy. Furthermore, it reduces the expression of MHC class II molecules, which leads to the decrease of antigenic peptide presentation and activation of autoreactive T cells. Finally, a reduction of autoantibodies levels against double stranded DNA is shown after P140 injection in mice. The aim of my thesis project was to consolidate these data and to study the mode of action of P140 in humans since this was not done until now. We have shown that like in lupus-prone mice, P140 peptide reduces expression of MHC-II molecules on the surface of B cells from SLE patients. Furthermore, we have demonstrated that higher the disease activity score was, higher the effect of P140 peptide was. Unfortunately, although we confirmed the dysregulation of macroautophagy in CD8+ T cells from SLE patients, P140 peptide does not seem to affect this cellular process. We are currently studying the effect of the peptide on CMA. Finally, we have shown that in both MRL/lpr mice and humans, P140 peptide reduces the number of plasmabasts. This alteration of B cell differentiation lead to the decrease of IgM and IgG production, thus explaining the P140’ benefical effect on the course of lupus disease.

Le métabolisme des cellules immunitaires est assujetti à un contrôle étroit. L’inflammation, la présentation antigénique et l’expansion clonale sont des évènements qui demandent un changement rapide dans le métabolisme des cellules. Notamment, la glutamine est grandement sollicitée lors de la maturation des cellules dendritiques, les macrophages et les lymphocytes B et T pour son rôle dans la synthèse des protéines et son implication dans la phosphorylation oxydative. Au repos, les cellules présentatrices d’antigènes (CPAs) expriment l’ubiquitine ligase E3 MARCH1. MARCH1 est une protéine membranaire qui régule la réponse immunitaire en ubiquitinant, entre autres, le complexe majeur d’histocompatibilité II (CMH II) et CD86. Lors de l’activation des cellules immunitaires, son expression est réprimée, ce qui permet l’accumulation du CMH II et de CD86 sur leur membrane. Nous pensons que MARCH1 régule négativement le métabolisme des cellules immunitaires. Parmi les protéines membranaires sous le contrôle de MARCH1 pourraient se trouver des transporteurs de glutamine. La baisse rapide de MARCH1 serait nécessaire pour permettre aux cellules de modifier leur métabolisme en augmentant le transport de la glutamine. Dans le mémoire présent, nous nous sommes intéressés à l’interactôme de MARCH1. Afin de découvrir de nouvelles cibles de MARCH1, nous avons utilisé la méthode du BioID dans des cellules HEK293T. Le BioID est une méthode innovatrice permettant l’identification d’interactions interprotéines. La protéine de fusion BioID2 permet la biotinylation et l’isolation des protéines adjacentes in vivo. Ces essais de proximité nous ont permis d’identifier 41 cibles potentielles de MARCH1. Nous avons analysé l’expression de 13 de ces protéines par cytométrie en flux. Nos résultats démontrent que MARCH1 induit la dégradation de NKCC1, CD147 et SNAT2. L’expression de MARCH1 dans les cellules HEK293T engendre une diminution de SNAT2 en surface. S’il avère que MARCH1 régule le métabolisme de la glutamine dans les cellules immunitaires, il s’agirait alors d’un nouveau mécanisme par lequel cette ubiquitine ligase E3 module la réponse immunitaire. SNAT2 est nécessaire dans l’adaptation des cellules pour leurs besoins en glutamine. Nous discuterons du rôle que joue cette protéine dans l’adaptation du métabolisme et la glutaminolyse. / Immune cell metabolism is subjected to a tight control. Inflammation, antigen presentation and clonal expansion are all events that comes with a rapid change in metabolism. Glutamine is highly solicited during dendritic cells, macrophages and B and T lymphocytes maturation, due to its role in protein synthesis and oxidative phosphorylation. At steady-state, antigen presenting cells express the ubiquitin ligase E3 MARCH1. MARCH1 is a membrane protein involved in the immune response through major histocompatibility II and CD86 ubiquitination and degradation. During their activation, MARCH1 expression is repressed. This allows for accumulation of MHC II and CD86 on the cell surface, but other membrane-bound receptors and transporters are also increased during that time. Among those, proteins involved in glutamine transport are increased and thus help immune cells to adjust their intracellular nutrient pool for their new metabolic needs. We propose that MARCH1 negatively regulates immune cell metabolism through the regulation of nutrient transporters. The rapid stop in the transcription of MARCH1 induces an increase in receptors on the cytoplasmic membrane. Here, we aimed to identify the MARCH1 interactome. In order to identify new MARCH1 targets, we used the BioID proximity assays in HEK293T cells. BioID is an innovative method for the identification of protein interactions. BioID2 protein fusion can be used for in vivo biotinylation and isolation of promiscuous proteins. These proximity assays allowed us to identify 41 potential MARCH1 targets. We analyzed the expression of 13 of these proteins and found that 3 were affected by MARCH1 expression. Our results show that MARCH1 induces the degradation of NKCC1, CD147 and SNAT2. More specifically, MARCH1 expression in HEK293T induces the internalisation of the glutamine transporter SNAT2. If MARCH1 proves to regulate glutamine transport in immune cells, this would be a novel mechanism by which this ubiquitin ligase regulates adaptive immune system. Indeed, SNAT2 is required for the cellular adaption of amino acids during maturation, including glutamine. We will discuss the implications of MARCH1 as a metabolic switch and the role this would have in glutaminolysis and antigen presentation.

Abstract : Activation of the antigen presentation mechanisms by cancer cells is one of the main pathways used by the immune system for tumor detection and suppression. Induction of the expression of molecules of the Major Histocompatibility complex class II (MHC-II) by the interferon- (IFN) is important for the efficient presentation of tumor antigens. Nevertheless, it has been observed that expression of these molecules is supressed in tissular contexts where the concentration of estradiol (E2) is high. In this work we attempted to explain if the down-regulation exerted by estradiol on the expression of the MHC-II molecules in breast cancer cells was mediated by a silencing effect of the estrogen receptor- (ER) through a possible estrogen receptor binding site (ERBS) in the locus of promoter IV (pIV) of the master regulator of MHC-II expression, the class II transactivator (CIITA). The breast cancer cell line MDA-MB-231 (ER-/ERβ-) and its stable transfectants MC2 (ER+) and VC5 (empty vector) were used as model cell lines. Expression of the MCH-II molecules is controlled by CIITA, and stimulation with IFN activates the transcription of the pIV of CIITA. Stimulation of these cell lines with IFN induced expression of the MCH-II molecules and addition of E2 repressed such expression only in the MC2 cell line, as observed by flow cytometry analysis. Six other breast cancer cell lines were tested, with only the MCF7 cell line showing a significant inhibition. Then we analyzed if the inhibition of the MHC-II expression was due to a down-regulation of CIITA. Protein analysis performed by western blot and mRNA quantification by RT-qPCR both revealed down-regulation of CIITA in the cells exposed to IFN+E2 compared to those treated only with IFN. However, reporter gene analysis did not demonstrate any influence of our candidate ERBS in the inhibition of the activation of CIITA-pIV. ChIP-seq analysis of the VC5 and MC2 cell lines for ER also failed to demonstrate any binding of the receptor anywhere in the vicinity of the CIITA locus. However gene ontology and disease ontology analysis of the sequencing data showed a higher activation of tumorigenic cellular pathways in the cells treated with IFN + E2 than in the cells treated only with E2. These results suggest that activation of the inflammatory pathways by IFN could exert a detrimental effect on the cancer development. / Résumé : L’activation des mécanismes de présentation antigénique par les cellules cancéreuses est l’une des voies principales employées par le système immunitaire pour la détection et la suppression des tumeurs. L’induction de l’expression de molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMH-II) par l’interféron- (IFN) est importante pour la présentation efficace des antigènes tumoraux. Cependant, il a été observé que l’expression de ces molécules est supprimée dans certains tissus dans lesquels la concentration d’estradiol (E2) est élevée. Dans ce travail, nous avons tenté de déterminer si l’inhibition exercée par l’estrogène (E2) sur l'expression des molécules du CMH-II dans des cellules de cancer du sein est médiée par un effet de silençage du récepteur de l’estrogène- (ER) à travers d’un possible site de liaison de récepteur d'estrogène (ERBS) dans le locus du promoteur IV du régulateur clé de l’expression du CMH-II, CIITA. La lignée cancéreuse mammaire cellulaire de cancer de sein MDA-MB-231 (ER-/ERβ-) et ses transfectants stables MC2 (ER+) et VC5 (vecteur vide) ont été utilisés comme des lignées cellulaires modèles. L'expression des molécules du CMH-II est contrôlée par CIITA, et la stimulation avec l’IFN active la transcription du pIV de CIITA. La stimulation de ces lignées cellulaires avec l’IFN induit l'expression des molécules du CMH-II et l'addition d’E2 réprime de cette expression seulement dans la lignée cellulaire MC2, telle qu'elle est observée par analyse de cytométrie de flux. Six autres lignées de cancer de sein ont été testées et seulement la lignée cellulaire MCF7 montrait une inhibition significative. Ensuite, nous avons analysé si l'inhibition de l'expression du CMH-II était due à une régulation de CIITA. L'analyse des protéines effectuée par Western blot et la quantification de l'ARNm par RT-qPCR quantitative ont révélé une inhibition de CIITA dans les cellules exposées à l’IFN + E2 par rapport à celles traitées seulement avec l’IFN. Cependant, des analyses avec un gène rapporteur n'ont pas démontré une influence quelconque de notre site de liaison de récepteur d'estrogène candidat dans l'inhibition de l'activation de CIITA-pIV. Des analyses de ChIP-seq dans les lignées cellulaires MC2 et VC5 pour l’ER n’ont également pas démontré la présence d’une liaison du récepteur dans le voisinage du locus de CIITA. Cependant, des analyses sur l'ontologie des gènes et des maladies sur les données de séquençage ont montré une activation accrue des voies cellulaires cancéreuses dans les cellules traitées avec IFN + E2 comparé avec les cellules traitées uniquement avec E2. Ces résultats suggèrent que l'activation des voies inflammatoires par l’IFN pourrait exercer un effet plus négatif qu’anticipé sur le développement du cancer. [Symboles non conformes]

Les molécules classiques du CMH de classe II présentent des peptides antigéniques aux lymphocytes T CD4+. Cette présentation est régulée par deux molécules non classiques : HLA-DM catalyse la relâche de CLIP et le chargement de peptides et HLA-DO module l’activité de DM. Une expression insuffisante en cellules d’insectes empêche les expériences de cristallisation de DO, probablement en raison de sa conformation, rendant DO instable et inapte à sortir du réticulum endoplasmique (RE). DM corrige la conformation de DO et permet sa sortie du RE. Aussi, par ses ponts disulfures uniques, DM adopte une conformation stable et peut sortir du RE sans lier d’autre molécule. Nous avons tenté de corriger la conformation de DO en introduisant des cystéines pour établir des ponts homologues à ceux de DM. La conformation de DO ne fut pas corrigée. Par ailleurs, nous avons augmenté l’expression de DO en introduisant une séquence partielle de Kozak. Nous avons aussi étudié l’effet de DM sur l’expression de DO. DM a favorisé l’expression de DO, probablement en diminuant sa dégradation. Chaque chaîne du dimère DMαβ est impliquée dans l’oxydation de sa chaîne partenaire. La conformation non-optimale de DO pourrait traduire une incapacité des chaînes α ou β à favoriser l’oxydation de sa partenaire; DM corrigerait ce problème. Notre analyse d’immunobuvardage de type Western a toutefois démontré que DM ne modifie pas l’état d’oxydation de DOα et DOβ. Finalement, nous avons étudié l’interaction DO-DM. L’acide aminé DOαE41 est impliqué dans cette liaison. Certains des acides aminés entre α80 et α84 pourraient être impliqués. Nous avons muté des acides aminés de cette région de DOα. Les résidus testés ne semblent pas impliqués dans la liaison DO-DM. L’obtention de la structure tridimensionnelle de DO et la caractérisation de son état oxydatif et de sa liaison à DM permettront de mieux comprendre son rôle. / Classical MHC class II molecules present antigenic peptides to CD4+ T cells. This presentation is regulated by two non-classical molecules: HLA-DM catalyzes CLIP release and peptide loading and HLA-DO mediates the DM activity. An insufficient expression in insect cells did not allow DO crystal production experiments, probably because of its conformation, rendering DO unstable and unable to leave the endoplasmic reticulum (ER). DM corrects the conformation of DO and allows its egress from the ER. Also, because of its unique disulfide bonds, DM has a stable conformation and can egress from the ER without binding another molecule. We tried to correct the conformation of DO by introducing cysteines to create disulfide bonds homologous to those of DM. However, its conformation was not corrected. Also, we increased DO expression by inserting a partial Kozak sequence. We also studied the effect of DM on DO expression. DM favoured DO expression, probably by reducing its degradation. Each chain of the DMαβ dimer plays a role in the oxidation of its partner chain. The non-optimal conformation of DO might result from an incapacity of its α and β chains to direct each other’s oxidation; DM would correct this problem. Our Western blot analysis showed, however, that DM does not modify the oxidation state of DOα and DOβ. Finally, we studied the DO-DM interaction. The DOαE41 amino acid is involved in this interaction, as some of the α80 to α84 might be. We mutated amino acids in this region of DO. Tested amino acids did not seem involved in DO-DM binding. The tridimensional structure of DO and the characterization of its oxidative state and its DM binding will allow a better understanding of its function.