The interleukin (IL)-12 family of cytokines plays a key role in the orchestration of cellular immune responses, bridging innate and adaptive immunity. The founding member, IL-12, was discovered in the late 1980s as the first heterodimeric cytokine, composed of a 40 kDa (p40) and 35 kDa (p35) subunit. Years of basic and clinical research on this prototypical T helper type (Th)1 cytokine revealed its importance in immunity to intracellular non-viral infections, as well as in cancer and autoimmune diseases. Since the discovery of IL-23 as another cytokine composed of the p40 subunit of IL-12 in the year 2000, IL-23, rather than IL-12, could be shown to be the key player in rodent models of autoimmune diseases such as multiple sclerosis and rheumatoid arthritis. With accumulating evidence revealing IL-23 as the crucial regulator of a non-classical pathway of cellular immunity which is hallmarked by IL-17 producing T cells it is intriguing to gain understanding of the importance of such findings in immunity to infections. The present work describes a series of in vivo studies investigating the role of endogenous as well as exogenous IL-23 in a murine model of chronic fungal infection, cryptococcosis. To address the role of endogenous IL-23, wild-type (WT), IL-12- (IL-12p35-/-), IL-23- (IL-23p19-/-) deficient, as well as IL-12- and IL-23- double deficient (p40-deficient) mice on a C57BL/6 background were infected with Cryptococcus neoformans (C. neoformans). Following infection, p40-deficient mice demonstrated higher mortality than IL-12p35-/- mice. Reconstitution of p40-deficient mice with recombinant murine IL-23 prolonged their survival to levels similar to IL-12p35-/- mice. IL-23p19-/- mice showed a moderately reduced survival time and delayed fungal clearance in the liver. While interferon (IFN)-γ production was similar in WT and IL-23p19-/- mice, production of IL-17 was strongly impaired in the latter. IL-23p19-/- mice produced fewer hepatic granulomata relative to organ burden and showed defective recruitment of mononuclear cells to the brain. Moreover, activation of microglia cells and expression of IL-1β, IL-6, and MCP-1 in the brain was impaired. SUMMARY - 80 - The second part of the present work explores the mechanisms underlying the IL-23 effects by characterizing the role of exogenous IL-23. C. neoformans-infected C57BL/6 WT mice treated with recombinant murine IL-23 showed significantly prolonged survival time as compared to mock-treated control mice. However, complete survival throughout the observation period (100 days) was only achieved following IL-12 treatment. At day 21 post infection (p.i.) the IL-23-treated mice as well as the IL-12 group had a significantly lower fungal burden in the brain than the control mice. However, while IL-12 treatment was associated with elevated serum levels of the proinflammatory mediators IFN-γ, tumor necrosis factor (TNF)-α and nitric oxide, IL-23-treated animals, although more resistant, developed a Th2 response similar to the control group as measured by serum IgE levels. Further experiments to assess the mechanism of action were based on the finding of reduced fungal burden at the site of infection, the peritoneal cavity, at day 8 p.i. following IL-23 treatment. This microbicidal effect was also seen in p40-deficient as well as in T and B cell deficient (RAG-deficient) mice. Administration of IL-23 led to enhanced recruitment of inflammatory cells, not only of T cells but also cells of the innate immune system such as DCs, natural killer cells and granulocytes to the infected site. Although numbers of macrophages were not altered following IL-23 treatment, co-stimulatory molecules were markedly up-regulated on such cells. The chemokine/cytokine pattern induced by IL-23 treatment was hallmarked by proinflammatory mediators such as MCP-1, IL-1β, IL-6, TNF-α and IL-17, but also the Th2 associated cytokine IL-5. From these results it can be concluded that a non-classical immune pathway induced by IL-23 complements the more dominant role of IL-12 in protection against C. neoformans. This novel immune response is characterized by an enhancement of the inflammatory cell response and the production of a proinflammatory cytokine pattern hallmarked by IL-1β, IL-6, TNF-α and IL-17.

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Une petite population de lymphocytes T exprimant les deux corécepteurs CD4 et CD8 et appelée double positive (DP), a été détectée dans le sang périphérique de donneurs sains et de patients atteints de diverses pathologies dont la sclérose en plaques (SEP). Nous avons émis l’hypothèse qu’il s’agissait de lymphocytes T hautement activés pouvant contribuer à l’inflammation chronique présente dans la SEP. Nous avons comparé les cellules T DP obtenues du sang de donneurs sains et de patients atteints de la SEP et non traités. La fréquence des cellules DP était similaire chez les patients et les donneurs sains. La proportion de lymphocytes T DP qui exprimaient les chaines du récepteur de l’interleukine-15 (IL-15) était plus élevée que pour les autres populations lymphocytaires. Des mesures d’induction de la phosphorylation du STAT5 (signal transducer and activator of transcription) ont démontré que les cellules DP ont répondu à des doses plus faibles et pour de plus longues périodes à l’IL-15 comparativement aux autres lymphocytes T. Le pourcentage de lymphocytes T DP ayant la capacité de produire l’interféron-gamma et des enzymes lytiques était élevé chez les témoins sains mais ces niveaux étaient significativement réduits chez les patients atteints de la SEP. La caractérisation phénotypique de cellules DP a suggéré que ces cellules ont des propriétés similaires aux lymphocytes T activés. Bien qu’il ne s’agisse que d’une caractérisation partielle, il semble que les lymphocytes T DP perdent une partie de leurs propriétés chez les patients atteints de la SEP. / A small population of T lymphocytes expressing both CD4 and CD8 called double positive (DP) T lymphocytes has been detected in the peripheral blood of healthy donors and patients affected by different pathologies such as multiple sclerosis (MS). We hypothesize that these cells represent a highly activated T lymphocyte subset that could contribute to the characteristic inflammation found in MS. Thus, we compared DP T cells from healthy donors to those from untreated MS patients. We found similar frequencies of DP T lymphocytes between both groups. A higher percentage of DP T lymphocytes expressed the IL-15R (interleukin 15 receptor) than other T cell populations. Moreover, IL-15 triggered the phosphorylation of STAT5 in a greater proportion of CD4+CD8+ T lymphocytes compared to other T cells. A greater percentage of CD4+CD8+ T lymphocytes can produce interferon gamma and lytic enzymes compared with other T cell subsets. However, those levels were drastically lower in MS patients. The phenotypic characterization of the DP cells suggests they have similar properties as activated T cells. Even though the characterization process is still in its infancy, it appears that the DP T cells may lose some of their properties in MS patients.

L'inflammasome est complexe protéique intracellulaire de l'immunité innée permettant la reconnaissance de pathogènes intracellulaires. NLRC4, un Nod-like récepteur permettant l'activation de l'inflammasome est impliqué dans la reconnaissance du flagelle ainsi que du système de sécrétion de type 3 (SST3) de Pseudomonas aeruginosa, une bactérie majoritairement extracellulaire. Nous avons donc déterminer l'impact de la reconnaissance de P. aeruginosa par le NLRC4-inflammasome in vivo dans un modèle murin de pneumonie aiguë. De façon surprenante, l'activation du NLRC4-inflammasome par le SST3 de P. aeruginosa contribue à diminuer la survie de l'hôte en diminuant la clairance bactérienne pulmonaire et en augmentant la lésion pulmonaire induite. En effet, la perte de l'activation de l'inflammasome chez les souris NLRC4/- permet d'une part, une réponse précoce méfiée par l'IL-17A. Cette réponse dépendant de l'IL-17A conduit à une expression majeure de peptides antimicrobiens par l'épithélium pulmonaire et diminue la lésion pulmonaire en diminuant le recrutement des cellules immunitaires inflammatoires. L'administration d'IL-18 recombinante murine ou l'inhibition de cette voie par un anticorps anti-IL-17A inhibe cette réponse IL-17A dépendante. Ces résultats mettent en évidence un nouveau rôle du SST3 de P. aeruginosa, qui en plus de son effet cytotoxique et de la translocation d'exotoxines, permet d'activer l'inflammasome pour échapper à la réponse immunitaire innée de l'hôte en inhibant une voie IL-17 dépendante.

Le principal cancer hématologique est le lymphome B non-hodgkinien (LNH) dont la forme la plus courante est le lymphome B diffus à grande cellule (DLBCL). La présence d'un infiltrat lymphocytaire T dans le micro-environnement d'un LNH-B nodal a été clairement associée à un bon pronostic vital des patients. Le LNH-B peut se développer dans divers tissus dont certains organes immunologiquement privilégiés, comme les yeux et le cerveau, où les réponses immunitaires sont inhibées ou retardées. Mon projet de thèse a consisté à étudier les interactions tumeur-micro-environnement immunitaire dans des sites de privilège immunitaire. Nous avons comparé les infiltrats immunitaires de lymphomes B murins à grandes cellules intra-splénique, intra-cérébral et intra-oculaire par cytométrie en flux. Les lymphocytes T (LT), majoritairement CD4+, infiltrent les lymphomes B quelles que soient leurs localisations. Les Th17, une sous-population lymphocytaire CD4+ produisant de l'IL-17, sont présents dans les 3 sites tumoraux et nous avons démontré leur rôle anti-tumoral dans le lymphome intra-oculaire. Cependant, nous avons mis en évidence l'impact suppresseur des Treg sur les LT effecteurs dans les organes immunologiquement privilégiés uniquement, par stimulation ex vivo des LT et déplétion in vivo des Treg. Lorsque cette inhibition est levée, la progression tumorale est ralentie et d'autres sous-populations T CD4+ sont favorisées en fonction de la localisation de la tumeur : les Th2 dans l'œil et les Th17 dans le cerveau. L'ensemble de ces données montre l'importance des LT effecteurs dans le contrôle du développement du lymphome B à grandes cellules y compris dans les sites immunologiquement privilégiés. Une piste importante à explorer serait de stimuler les LT effecteurs en tenant compte de la localisation pour améliorer le traitement des DLBCL.

Summary<p>Immune homeostasis relies on a subtle balance between fight towards pathogens and inhibitory mechanisms that prevent inappropriate responses against self and environmental antigens (allergy). Regulatory T (Treg) cells play a central role in this balance. Optimizing Treg effects represents a promising approach for new stratetiges aiming to induce or restore tolerance against allo or self antigens. The first part of this work demonstrates that CD4+ lymphocytes that secrete IL-17A (Th17) promote allograft rejection in a murin model of skin transplantation with minor antigen disparities. Interestingly, Treg cells strengthen rather than inhibit Th17 effector mechanisms in this model. Indeed, we found that in vivo Treg depletion prevented IL-17 production by recipient T cells. An adoptive cotransfer of Treg with naive monospecific antidonor T cells in lymphopenic hosts biased the immune response towards a dominant Th17 phenotype. Finally, we observed that IL-6 was central for balancing Treg and Th17 cells as demonstrated by the prevention of Th17 differentiation, the enhanced Treg/Th17 ratio, and rejection blockade in the absence of IL-6. In conclusion, the ability of Treg to promote a Th17 pathway of rejection we described should be considered as a potential drawback of Treg-based cell therapy.<p>Based on the hypothesis that Treg promote Th17 immune response, we tested the effect of IL-17A neutralization in a model in which long-term skin allograft survival depends on a transient in vivo Treg expansion induced by exogenous IL-2. As expected, IL-2 administration prevented rejection of MHC class II disparate skin allografts. Surprisingly this treatment was inefficient in IL17A-/- recipients. We attested that IL-17A was not required for IL-2-mediated Treg expansion, recruitment or suppressive capacities. Instead, IL-17A prevented allograft rejection by inhibiting Th1 alloreactivity independently of Treg. Indeed, T-bet expression of naïve alloreactive CD4+ T cells and the subsequent Th1 immune response was significantly enhanced in IL-17A deficient mice. Our results illustrate, to our knowledge, for the first time a protective role of IL-17A in CD4+-mediated allograft rejection process.<p>In the last part of this work, we used the same mouse model of MHC class II-mismatched skin grafts in which long-term acceptance is achieved by a short-term administration of exogenous IL-2. We first confirmed that Tregs play a central role in preventing skin graft rejection as attested by the prompt donor skin destruction occuring after Treg cell depletion.<p>In the context of IL-2-mediated anti-rejection therapy, concomitant costimulatory blockade with CTLA4-Ig paradoxically restored skin allograft rejection and Th1 alloreactivity indicating that Treg-mediated suppresion absolutely required CD28-B7 or CTLA4/B7 interactions. Further experiments showed that CTLA4-Ig inhibited IL-2-driven Treg expansion, and prevented in particular the occurrence of ICOS+ Treg endowed with potent suppressive capacities. Restoring CD28 signaling was sufficient to counteract the deleterious effect of CTLA4-Ig on Treg expansion and functionality, in keeping with the hypothesis that costimulatory blockade inhibits Treg expansion and function by limiting the delivery of essential CD28-dependent signals. Inhibition of regulatory T cell function should therefore be taken into account when designing tolerance protocols based on costimulatory blockade.<p> <p>RÉSUMÉ<p>Le bon fonctionnement du système immunitaire résulte d’un équilibre entre les réponses immunes « effectrices » qui luttent contre les pathogènes et des mécanismes « régulateurs » permettant de les contrôler. Parmi ces mécanismes inhibiteurs, les lymphocytes T régulateurs (Treg) jouent un rôle crucial. En empêchant le débordement des réponses effectrices, ils préviennent l’apparition des allergies et des maladies auto-immunes ou inflammatoires. Dès lors, il est aisé d’imaginer le potentiel thérapeutique de ces cellules pour contrecarrer les phénomènes autoimmuns ou les réponses allogéniques responsables du rejet en transplantation. C’est donc l’étude des Treg chez la souris qui se trouve au centre des nos préoccupations dans ce travail.<p>Dans la première partie, nous avons démontré le rôle des lymphocytes CD4+ sécréteurs d’IL-17A (Th17) dans le rejet de greffe de peau présentant une disparité d’antigène mineur de transplantation. Dans ce modèle de rejet « Th17 », les données indiquent que, contrairement aux lignées Th1 et Th2, la réponse Th17 est favorisée par les Treg renversant ainsi le paradigme absolu du « Treg inhibiteur ». En effet, la déplétion des Treg dans notre modèle abolit l’expression des gènes caractéristiques de la voie Th17. De plus, dans un système de transfert adoptif chez la souris lymphopénique, l’ajout de Treg à une population T CD4+ effectrice naïve favorise leur différenciation en Th17. Enfin, en invalidant le gène de l’IL-6 dans notre combinaison allogénique mineure, nous avons mis en évidence la place importante de cette cytokine dans le rejet Th17 ainsi que dans la balance Th17/Treg en alloimmunité. <p>En partant du postulat que les Treg favorisent les réponses Th17, nous avons étudié l’impact de la déficience en IL-17A dans un modèle de greffe de peau réalisée en présence de quatités acrues de Treg. Pour cela, nous avons utilisé un modèle de rejet induit par une disparité isolée du CMH II au cours duquel les Treg sont amplifiés par l’injection d’IL-2 exogène durant les trois premiers jours de greffe. Dans ce système, l’expansion transitoire des Treg chez le receveur « sauvage » bloque le rejet dans 75% des cas jusqu’au jour 60 après la greffe sans le moindre traitement immunosuppresseur. Contre toute attente, l’absence d’IL-17A dans ce système restaure le rejet (receveurs IL-17A-/-). Nous avons démontré que l’IL-17A n’est pas requise pour l’expansion, la migration ou la fonction des Treg amplifiés par l’IL-2. En fait, les résultats suggèrent que l’IL-17A bloque le rejet en inhibant la réponse Th1 indépendamment des Treg. Ce point est appuyé par l’exacerbation de la voie Th1 chez le receveur IL-17A-/- et l’inhibition de l’expression de T-bet sous l’influence de l’IL-17A en culture mixte lymphocytaire. Paradoxalement, cette partie du travail rapporte donc un effet protecteur de l’IL-17A illustrant toute la complexité des rôles joués par cette cytokine. <p>La dernière partie du travail utilise le même modèle de greffe de peau allogénique (disparité du CMH II) dans lequel le rejet aigu est bloqué par l’expansion in vivo des Treg induite par l’IL-2 exogène. Nous avons confirmé que l’acceptation à long terme des greffons repose sur les propriétés inhibitrices des Treg amplifiés. Cette inhibition du rejet nécessite impérativement l’intégrité des interactions survenant entre les Treg et les cellules présentatrices d’antigènes du receveur via les molécules B7/CD28. L’ajout de CTLA4-Ig, un immunosuppresseur bloquant les interactions de ces molécules, conduit invariablement à l’accélération paradoxale du rejet. Cet effet pro-inflammatoire du CTLA4-Ig, s’explique par une action délétère sur la survie et la qualité des Treg. En conclusion, les données expérimentales obtenues dans ce dernier volet démontrent l’effet délétère potentiel de ce type de traitement dans les protocoles d’induction de tolérance basé sur l’emploi des Treg.<p> / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

IL-1 is a pro-inflammatory cytokine which play an important role in the activation and regulation of host defence and immune responses to inflammation or injury. IL-1 is able to bind and activate IL1-RI and IL1-RII, which are found on many cells types. The role of the IL-1 signalling in the deployment of Th cell subsets, especially Th17 cells is well known. However, the specific cells which are responsible for the expression of IL-1 signalling in the immune defense and in the development of the Th cell lineage in response to infection, is still largely unclear. Therefore in this thesis, IL1-RI conditional knockout mice specifically in hematopoietic cells (IL1-RI vaviCre+) were generated. Using IL1-RI vaviCre+ mice in comparison with IL1-RI global knockout mice (IL1-RI-/-) would determine whether the expression IL-1 signalling from hematopoietic cells is responsible for the immune defense and in the development of the Th1, Th2 and Th17 cells against gastrointestinal helminth Trichuris muris (T.muris) infections. The generation of IL1-RI vaviCre+ mice have been investigated at the genomic and proteomic level in order to confirm that the Il1-rI gene is inactivated in hematopoietic cells. The characterisation of IL1-RI vaviCre + mice at the genomic level confirmed that the Il1-rI gene was obliterated successfully. At protein level the characterisation of IL1- RI vaviCre + mice confirmed that IL1-RI was dysfunctional in hematopoietic cells. Additionally, the development of the immune cells was investigated in IL1-RI vaviCre + and IL1-RI-/- mice. Our findings demonstrated that the lymphocyte development was not affected by the deletion of the IL1- RI gene. This data indicated that IL1- RI vaviCre + and IL1-RI-/- mice are vital in vivo models. In high dose infection, both IL1-RI vaviCre + and IL1-RI -/- mice were able to clear the infections due to their ability to generate a Th2 response. Both IL1-RI vaviCre + and IL1-RI -/- mice infected with low dose of T.muris were susceptible to infections and showed high levels of Th1 cytokines. Thus, we hypothesised that IL1-RI signalling in hematopoietic cells was not required for worm expulsion and the generation of Th2 and Th1 response. Interestingly, low dose T.muris infection showed a clear reduction in the Th17 cytokines IL22 and IL17 in both IL1-RI vaviCre + and IL1-RI -/- mice, suggesting that IL-1 signalling expressed from hematopoietic cells is responsible for the development of Th17 cells and secretion of IL17 and IL22. IL1- RI vaviCre + and IL1-RI -/- mice infected with low dose of T.muris also showed an increase in inflammation in the colon and decreased of goblet cell hyperplasia. It is well known that IL22 plays an important role in preventing tissue damage and repair. Thus, in this study IL22 global knockout mice (IL22 -/-) were used to determine if the change in crypt lengths and goblet cell hyperplasia in IL1-RI vaviCre + and IL1-RI -/- was due to an absence of IL22. Our finding showed that IL22 -/- mice infected with low dose of T.muris had increased crypt length and a reduction in goblet cells. The similar phenotype in crypt length and goblet cell hyperplasia between IL22 -/-, IL1-RI vaviCre + and IL1-RI -/- mice suggested that a lack of IL22 in IL1-RI vaviCre + and IL1-RI -/- mice is responsible for the change in mice phenotype. It also provides more evidence for the role of IL-1 signaling in hematopoietic cells in the generation of Th17 cells and in the production of its cytokine IL22.IL1-RII is an inhibitor of IL1-RI, thus, in this study IL1-RII global knockout mice (IL1-RII -/-) mice was used in comparison with IL1-RI -/- mice to verify the role of IL-1 signaling in the development of Th17 cells. Our finding showed an overexpression of IL17 and IL22 in IL1-RII -/- compared with IL1-RI -/- mice and a higher level of IL17 in IL1-RII -/- mice compared with IL1-RII flox/flox mice. This data confirmed that IL-1 signaling is important for the development of Th17 cells and the production of its cytokine IL17 and IL22.

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