Les principaux échecs des greffes de cellules souches allogéniques (HSCT) sont la rechute et les infections, accompagnées ou non de GvHD (Graft versus Host Disease, maladie du greffon contre lhôte), manifestations qui pourraient être partiellement attribuées à un déficit immunitaire (rechute, infections) ou à une réaction immunitaire exacerbée envers le receveur (GvHD) (Baron, Storer et al. 2006). Létude de la reconstitution du système immunitaire, et particulièrement, lymphocytaire, savère dès lors capitale dans le développement des HSCT. Nous avons investigué la reconstitution immune de 50 patients traités par HSCT nonmyéloablative classique vs HSCT nonmyéloablative déplétée en lymphocytes T CD8+. 50 patients ont été randomisés : greffon déplété en CD8 (n=22) vs non manipulé (n=28). Lâge médian était de 57 ans au moment de la greffe (range 36-69). Le régime de conditionnement consistait en une irradiation corporelle totale de 2 Gy avec ou sans ajout de Fludarabine. 20 patients ont reçu une greffe de donneur familial, 14 de donneurs non familiaux HLA identiques, et 16 de donneurs non familiaux présentant une disparité HLA. La reconstitution immunitaire la première année après HCT a été monitorée par cytométrie en flux, analyse de la diversité du répertoire du TCR (spectratyping), quantification de sjTREC (signal joint T cell receptor excision circle, marqueur de la thymopoïèse). La déplétion des CD8 a réduit la reconstitution des taux de CD8 durant les 6 premiers mois postgreffe (P<0.0001) mais na pas présenté dimpact significatif sur la récupération des autres populations cellulaires. Les concentrations de sjTREC et des taux de CD3 ont augmenté parallèlement entre le jour 100 et le jour 365 après greffe (P=0.006 et P=0.022, respectivement), suggérant ainsi la néoproduction de lymphocytes T par le thymus, même chez ces patients âgés. Les facteurs associés à une concentration conséquente de TREC un an après greffe incluent 1° le choix dun donneur non familial HLA-matched (P=0.029), 2° de hautes concentrations de lymphocytes T dans le greffon (P=0.002), et 3° labsence de GVHD chronique (P<0.0001). Nos données suggèrent un modèle biphasique de reconstitution du pool lymphocytaire T: 1) une expansion des T matures du greffon en périphérie durant les 3 premiers mois ;2) une néoproduction active par voie intrathymique assurant la reconstitution du système immunitaire à plus long terme. Combien de temps cette néosynthèse intrathymique perdure-t-elle ? Quels facteurs laffectent ? Est-elle associée à une diversité accrue du répertoire lymphocytaire ? Ces questions nous ont amenés à étudier la reconstitution immunitaire à long terme (entre 1 et 6.5 ans) de 73 patients après minigreffe (211 points au total). Nous avons observé un maintien de la thymopoïèse réenclenchée au cours de la première année postgreffe chez les patients âgés de moins de 50 ans et de 50-60 ans. Cette reprise de la thymopoïèse na pas été mise en évidence au sein du groupe des plus de 60 ans. Ainsi, une application clinique concrète à cette observation pourrait être ladministration de greffons particulièrement riches en lymphocytes T à ce type de patients, puisquils seront plus susceptibles de développer une lymphopénie persistante postgreffe par absence de réenclenchement de la voie thymodépendante. Les facteurs associés à une reconstitution thymodépendante à long terme après minigreffe étaient : 1°labsence de cGvHD (P<0.0001); 2°lâge du receveur (P<0.0001); 3° la concentration en lymphocytes T dans le greffon (P=0. 0.0038) ; 4°laugmentation de la diversité HLA (P=0.0001). Enfin, une tendance non significative à une augmentation parallèle de la diversité du répertoire TCR et des concentrations en sjTREC a été mise en évidence. Cette analyse doit être confirmée par létude dun plus grand nombre de sujets. Afin déliminer au maximum les influences extrathymiques sur les taux de TREC périphériques, nous comptons mesurer pour chaque patient des TREC précoces (BTREC) et un TREC tardif (sjTREC), et calculer un ratio reflétant exactement le nombre de divisions intrathymiques. Cette méthode a été validée dans notre centre au cours dune expansion de lymphocytes T in vitro au moyen de billes anti-CD3 anti-CD28, expansion durant laquelle nous avons pu observer une diminution des sjTREC et des BTREC, mais pas du ratio sjTREC/BTREC. Lanalyse des ratios de TREC des patients greffés est actuellement à létude. Une troisième étude a été également menée afin déclaircir le lien entre GvHD, thymopoïèse et présence de lymphocytes T régulateurs (TRegs) chez 64 patients après HCT. Lémergence dun nouveau marqueur spécifique des TRegs, le CD127, a permis pour la première fois une isolation sans équivoque des TRegs (Liu, Putnam et al. 2006). Nous navons pas pu mettre en évidence de différence significative entre lapparition dune cGvHD chez les patients présentant après greffe des taux de TRegs supérieurs ou inférieurs à la médiane (P=0.13). Inversement, loccurrence de cGvHD na pas paru significativement affecter les concentrations en TRegs après greffe (P=0.1). Nous avons également mis en évidence une corrélation positive significative entre le taux de sjTREC/ml et le taux de TReg/ul au J100 (R=0.46, P=0.007) et à 1 an R=0.47, P=0.001). Afin de déterminer lorigine précise de ces TReg après greffe (thymus du donneur?), nous réalisons actuellement des mesures de sjTREC et de chimérisme sur les populations cellulaires triées au moyen du triple marquage CD4+CD25+CD127- (cellules T classiques vs régulatrices).

La toxine de pertussis (PTX) est une A-B protéine considérée comme l’un des principaux facteurs de virulence de Bordetella pertussis, l’agent bactérien responsable de la coqueluche. Aujourd’hui, cette maladie représente encore un réel danger pour les nouveaux-nés et les nourrissons non ou partiellement immunisés. Actuellement, la coqueluche provoque encore la mort d’environ 350.000 individus par an. La toxicité de la PTX est liée à l’activité enzymatique de sa sous-unité A capable d’inhiber les voies de signalisation associées aux protéines Gi. La partie B, quant à elle, permet l’entrée de cette sous-unité A dans le cytoplasme des cellules cibles en se liant spécifiquement à son ou ses récepteurs membranaires toujours inconnus de nos jours. Des études réalisées chez la souris et chez l’homme ont montré que les vaccins anticoquelucheux combinés à différents antigènes vaccinaux étaient capables de moduler leurs réponses humorales spécifiques. Par ailleurs, la PTX est couramment qualifiée d’agent immunostimulant. En effet, des modèles murins de vaccination permirent d’identifier des propriétés adjuvantes de la PTX coadministrée avec des antigènes non relevants. Le travail développé dans ce manuscrit étudie les effets de la PTX sur 2 types cellulaires primordiaux sollicités lors d’une vaccination : la cellule dendritique (DC) et le lymphocyte T CD4+ naïf. Les DC sont les seules cellules présentatrices d’antigènes aptes à initier une réponse immune primaire. Dans un premier temps, nous avons montré que la PTX était capable d’activer des DC générées in vitro à partir de monocytes. En effet, elles acquièrent un phénotype mature caractérisé par une augmentation de l’expression membranaire des molécules costimulatrices et du CMH de classe II, démontrant un effet direct et spécifique de la PTX sur les DC myéloïdes. Parallèlement, ces DC produisent du TNF-a, de l’IL-12p40 et de l’IL-12p70 et activent NF-kappaB, un facteur de transcription essentiel au processus de maturation. Nous avons obtenu des résultats similaires avec une toxine génétiquement modifiée qui est enzymatiquement inactive. A partir de sang total incubé avec la PTX, nous avons par ailleurs observé que les DC circulantes du nouveau-né étaient déficientes dans leur maturation et leur sécrétion d’IL-12p70 comparées aux DC de l’adulte. D’autre part, il a été décrit précédemment que la PTX exerçait des effets mitogènes sur les lymphocytes T humains et murins. Cependant, le rôle qu’elle joue sur la population des lymphocytes T CD4 naïfs reste peu connu. A l’issue de notre second travail, nous pouvons dès lors affirmer que la PTX est également capable d’activer des lymphocytes T CD4+CD45RA+ naïfs isolés à partir des cellules mononuclées du sang périphérique, et ce indépendamment de son activité enzymatique. En effet, ces lymphocytes T CD4+ naïfs stimulés par la PTX prolifèrent, synthétisent des quantités non négligeables d'ARN messagers codant pour l’IL-2 et le TNF-a, augmentent l’expression membranaire des molécules CD40L, CD69 et CD25 et expriment la protéine Foxp3. Cette activation s’accompagne de la translocation nucléaire de NF-kappaB et NFAT. Parallèlement à l’adulte, la PTX active les lymphocytes T CD4 néonataux. Néanmoins, ceux-ci prolifèrent moins bien et expriment plus faiblement le CD40L à leur surface. Enfin, la PTX induit la sécrétion de taux importants d’IFN-g par des T CD4+CD45RA+ naïfs adultes mis en présence de DC autologues. Nous terminerons en proposant l’hypothèse suivante : La PTX pourrait exercer ses propriétés adjuvantes par l’intermédiaire de différents mécanismes comprenant notamment la maturation des DC d’origine myéloïde et l’activation des lymphocytes T CD4+CD45RA+ naïfs. Ces 2 populations cellulaires sont en effet les principaux protagonistes impliqués dans la réponse immune primaire.

One main hurdle to xenotransplantation, i.e. transplantation between different species, is the immunological barrier that the organ meets in the recipient. The aim of this thesis was to characterise xenogeneic rejection mechanisms by using the concordant mouse-to-rat heart transplantation model. Graft-infiltrating immune cells could be isolated from both rejecting and non-rejecting grafts using ex vivo propagation, a technique based on incubation of graft biopsies in culture medium for 48 hours. The numbers of recovered T lymphocytes were considerably higher in grafts undergoing cell-mediated rejection than in grafts undergoing acute vascular rejection (AVR) or in non-rejecting transplants. Thus, ex vivo propagation should be a valuable tool for further studies of cell-mediated rejection. Cytokine patterns in the grafts, as measured by a quantitative real-time RT-PCR method, showed that AVR and cell-mediated rejection are associated with an increase of both pro-inflammatory cytokines (IL-1β and TNF-α) and more specific cytokines (IL-2, IL-10, IL-12p40 and IFN-γ). These data differed considerably from the patterns seen in the spleens of the recipients. Cell-mediated xenograft rejection was also found to be associated with a local accumulation of hyaluronan. Oral administration of xenogeneic cells stimulated a production of antibodies that could induce hyperacute rejection of cardiac xenografts when passively transferred to graft recipients. This is in contrast to several models for autoimmune diseases and allogeneic transplantation where oral administration of antigens is an effective way to induce unresponsiveness. Hence, future attempts to induce oral tolerance in xenotransplantation should be done with caution.

Glioblastoma multiforme (GBM), the most common and malignant brain tumor, is characterized by high molecular and cellular heterogeneity within and among tumors. Parameters such as invasive growth, infiltration of immune cells and endothelial proliferation contribute in a systemic manner to maintain the malignancy. Studies in this thesis show that the expression of Sox2 is correlated with Sox21 in human gliomas. We demonstrate that an upregulation of Sox21 induces loss of proliferation, apoptosis and differentiation in glioma cells in vitro and in vivo and seems to correlate with decreased Sox2 expression. Induced expression of Sox21 in vivo significantly reduces the tumor size and increase the survival extensively, suggesting that Sox21 can act as a tumor suppressor Our studies indicate that the balance of Sox21-Sox2 in glioma cells is decisive of either a proliferative or a non-proliferative state. Several TGFß family members have an important role in glioma development. TGFß promotes proliferation and tumorigenicity whereas BMPs mostly inhibit proliferation. We demonstrate that BMP7 can induce the transcription factor Snail in glioma cells and that this reduces the tumorigenicity with a concomitant increase in invasiveness. Thus, we have identified a mechanism to the double-edged sword of proliferation versus invasiveness in GBM, the latter contributing to relapse in patients. Experimental gliomas were induced with the Sleeping Beauty (SB) model in mice with different immunological status of their T cells. The tumors that developed were either GBMs or highly diffuse in their growth, reminiscent of gliomatosis cerebri (GC). GC is a highly uncommon form of glioma characterized by extensive infiltrative growth in large parts of the brain. It is an orphan disease and today there is practically a total lack of relevant experimental models. The SB system would constitute a novel experimental model to study the mechanisms behind the development of diffusely growing tumors like GC. The presence or absence of T cells did not affect tumor development. The work in this thesis demonstrates that the proliferative and the invasive capacities of glioma cells can be dissociated and that the SB model constitutes an excellent model to study the highly proliferative cells in GBMs versus the highly invasive cells in diffuse tumors like .GC.

Endocannabinoid and immune system alterations at moderate (18 m/min) and endurance (32 m/min) exercise intensities were assessed and compared to controls. Rats were exercised for 60 minutes/day, 5 days/week for 16 weeks. Immune effector cell proportions (T cell subtypes, B cells, NK cells, and neutrophils) and endocannabinoid serum levels were determined. Anandamide (ANA) and 2 arachidonyl-glycerol (2-AG) serum levels increased with endurance type of exercise. mRNA expression of the CB1 receptor increased together with ANA in the same group. Apoptotic index increased while immune effector cells responded divergently. B lymphocyte percentage decreased while T lymphocyte and NK cell percentage increased in blood. CD8+ subtypes increased whereas CD11b+ cell and CD25+ cell numbers decreased in the spleen in the endurance type of exercise group. Rats were grouped as the control, the endurance type of exercise, the AM281 (CB1 receptor antagonist) and the AM281+AM630 (CB2 receptor antagonist) groups in the second part of the study. Flow cytometry and microarray analyses of the spleen and the thymus were conducted. Endurance type of exercise associated significantly to immunological changes particularly to that of the T lymphocytes. T lymphocytes increased whereas cytolytic T lymphocytes decreased in blood. T cell and double positive T cell percentages significantly increased in the spleen. Activated T cells and NK like T cells furthermore decreased in the spleen. AM281 and/or AM630 could partially reverse the effect of exercise in blood but not in the spleen. Alterations in the thymus were not observed. Exercise altered 302 genes, some of them related with the immune system. Up-regulation of heat-shock protein coding genes was the most significant ones.

Human T cells may be genetically modified to express targeted chimeric antigen receptors (CARs). We have previously demonstrated that T cells modified to express a CAR specific to the B cell tumor antigen CD19, termed 19-28z, successfully eradicate systemic human CD19+ tumors in SCID-Beige mice. While these results are encouraging, this xenogeneic tumor model fails to address potential limitations of this therapeutic approach in the clinical setting wherein these modified T cells encounter a hostile tumor microenvironment. Specifically, these models fail to address potential effector T cell inhibition mediated by endogenous regulatory T cells (Tregs). To investigate the role of inhibitory Tregs, we initially assessed the in vitro function of CAR-modified T cells in the context of Tregs. We found that CD19-targeted T cell proliferation and cytotoxicity were inhibited by purified natural Tregs. To further assess the role of these Tregs in vivo, we isolated and genetically modified Tregs to express the CD19-targeted 19z1 CAR. We verified specific trafficking of targeted Tregs to CD19+ tumors in vivo, and demonstrate that 19z1 Tregs wholly inhibit anti-tumor function of subsequently injected 19-28z effector T cells even at low Treg to effector T cell ratios (1:8). In order to overcome this limitation, we assessed whether the addition of a pro-inflammatory cytokine in vitro could overcome Treg inhibition. Indeed, the addition of exogenous IL-12 mediated resistance of 19-28z T cells to Treg inhibition. In light of this data we generated a bicistronic retroviral vector containing both the 19-28z CAR as well as the murine IL-12 fusion gene (19-28z IRES IL-12). Significantly, we found that 19-28z/IL-12+ T cells when compared to 19-28z+ T cells exhibited enhanced proliferation in vitro as well as resistance to Treg mediated inhibition. Finally, we demonstrate that 19-28z/IL-12+ T cells overcome Treg inhibition in vivo in our SCID-Beige Treg tumor model. In conclusion, tumor targeted T cells modified to express IL-12 demonstrate significantly enhanced in vivo anti-tumor efficacy in the presence of Tregs that are similarly targeted to the site of tumor. These results validate utilization of IL-12 secreting tumor targeted T cells in future clinical trials.

The location of the immunologic response to an allograft is not known with certainty. However, organized collections of T cells, B cells and antigen presenting cells have been found in peripheral tissue, in close proximity to organs undergoing rejection. It is hypothesized that this tertiary lymphoid tissue may be a location in which activation of lymphocytes can occur, leading to rejection of an allograft. We report here that in a splenectomized aly/aly mouse, which is devoid of secondary lymphoid organs and will normally fail to reject an allograft, the presence of tertiary lymphoid organs is associated with graft rejection. We additionally find that tertiary lymphoid organs can act as lymph nodes, and can support effector and memory allograft rejection responses. It is demonstrated that ectopic lymphoid tissue in aly/aly mice will support the multiplication and transformation of transferred naïve CD4 and CD8 T cells into cells that display phenotypic markers characteristic of effector and memory lymphocytes. These results demonstrate that ectopic lymphoid tissue is associated with the loss of immunologic ignorance and is sufficient to enable graft rejection. This suggests that allograft rejection may take place within ectopic lymphoid tissue, and suggests that techniques to interfere with the development of this tissue might offer a therapeutic approach to preserving organ allografts.

Chronic inflammation is associated with carcinoma development in several clinical settings, and we sought to investigate the role of T cells in this phenomenon using the DMBA/TPA two-stage chemical carcinogenesis protocol. We demonstrate that, paradoxical to models of immunosurveillance, wild-type (WT) mice have a markedly higher rate of tumor formation relative to strains lacking CD8+ T cells. Adoptive transfers of antibody-coated magnetic bead-enriched peripheral CD8+ T cells into TCRáâ-/- mice confirmed that the increased mean tumor area and progression to carcinoma was attributable to the presence of CD8+ T cells. All analyzed strains of mice in which the CD8 compartment was intact (WT, CD4-/-) showed significant increases in tumor susceptibility. Putative tumor-promoting (T-pro) cells (TCRáâ+CD8+CD44+CD62L- tumor infiltrating lymphocytes, TILs) were directly compared to their phenotypic equivalents in peripheral blood lymphocytes (PBLs). In WT and CD4-deficient mice, CD8+ TILs consistently revealed a markedly higher relative expression, by RT-PCR, of IFNã, TNFá and COX-2, and a striking decrease in expression of perforin. Cytokine-bead analysis (CBA) comparison of CD8+ and CD4+ TIL in tumors from WT mice confirmed the increased expression by the CD8+ TIL of IFNã and TNFá. To our knowledge, this is the first demonstration of increased carcinogenesis attributable to CD8+ TILs, characterized by their high IFNã, TNFá, and COX-2 production and defective perforin production relative to phenotypically equivalent PBLs. These studies may have mechanistic implications for the role of T cells in inflammation-associated carcinogenesis.

Thesis (Ph. D.)--University of Chicago, Faculty of the Division of the Biological Sciences and the Pritzker School of Medicine, Commitee on Immunology, June 2001. / Includes bibliographical references. Also available on the Internet.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2003. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 128-159).