Clinical and experimental studies have shown that estradiol (E2) can enhance protection against sexually transmitted infections such as HSV-2 and HIV-1. Antigen presenting cells (APCs) such as Dendritic cells (DCs) are critical for generating immune responses against these infections, and it is unclear whether unique factors present in the genital mucosa can influence immune responses by directly modulating the phenotype and function of local APCs. To address this, I hypothesized that sex hormones, such as E2 and innate factors in the local microenvironment can regulate the phenotype and function of vaginal APCs. The work summarized in this thesis addressed this central hypothesis. In the first section of the thesis, I examined whether vaginal APCs were distinct in their phenotype and function compared to those in other mucosal tissues or spleen. The results show that the vagina was enriched in CD11c+ CD11b+ MHCII− DCs. Functionally, vaginal tissue cells (TC) and CD11c+ DCs were more potent inducers of Th17 responses in co-cultures with CD4+ T cells, compared to lung, small intestine or spleen APCs. E2 was critical for the conditioning of vaginal DCs to prime these Th17 responses through an IL-1-dependent pathway, indicating that sex hormones such as E2 can directly influence the function of vaginal APCs. In the next section, I determined whether other co-factors in the genital microenvironment such as microflora and innate lymphocytes could also influence vaginal APC functions. We found that while microflora was not essential, IL-17 produced by innate lymphocytes was critical for the induction of IL-1 from DCs, and consequently for potentiating Th17 responses. Finally, I attempted to develop an in vivo mouse model where the effect of E2 on vaginal APCs could be examined in the context of genital HSV-2 infection. I tested a 7-day injectable E2 and a 21-day E2 pellet delivery model, and found that both regimes had limitations for examining E2-effects on anti-viral responses. Yet, subsequent to the work done in this thesis, we were able to confirm our observations of E2-conditioned Th17 responses in vivo in an intranasal immunization model utilizing E2 pellet delivery, and thereby addressed the mechanism underlying enhanced anti-viral protection following E2-treatment. In conclusion, this is the first study to show the effect of E2 on genital tract APCs and their ability to prime Th17 responses. It provides future avenues to examine whether modulation of this microenvironment can help optimize vaccine-induced immune responses against STIs. On a more fundamental level, it highlights the need to consider the inherent distinctions in APC populations among different mucosal tissues. / Dissertation / Doctor of Philosophy (PhD)

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La fibrose kystique (FK) est la maladie autosomique récessive la plus fréquente chez les individus de race caucasienne. Elle est secondaire à la mutation du gène Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR). Grâce à des traitements plus agressifs, la médiane de l’espérance de vie des individus atteints de la FK a augmenté et cette augmentation est associée à l’émergence du diabète secondaire ou associé à la FK (DAFK), une complication associée à une augmentation du taux de mortalité. La pathophysiologie du DAFK n’est pas parfaitement comprise. Par exemple, la cause de l’accélération de la perte de la fonction pulmonaire, qui débute des années avant l’apparition du DAFK, n'est pas élucidée. Tous les patients atteints de la FK, même ceux sans le DAFK, présentent de l’hyperglycémie et des fluctuations glycémiques. D’ailleurs, une étude a démontré que la réactivité immunitaire est affectée par l’hyperglycémie dans un modèle animal de la FK et il y a des évidences que les lymphocytes sans CFTR fonctionnel ou en présence d’un excès de glucose ont des réactions inflammatoires anormales. Donc, nous avons émis l’hypothèse que les patients atteints de la FK, surtout ceux non-diabétiques et pré-diabétiques, auront une plus grande proportion de lymphocytes Th17 et Treg produisant la cytokine pro-inflammatoire IL-17A comparativement aux sujets sains et que l’augmentation de cette cytokine pourrait influencer la chute accélérée des fonctions pulmonaires avant l’apparition du DAFK. Des niveaux élevés d’IL-17A sont retrouvés dans les poumons des patients atteints de la FK et dans le sang périphérique des patients avec le diabète de type 1 (DT1) et de type 2 (DT2). L’IL-17A peut aussi être produite par les lymphocytes Treg dysfonctionnels. Habituellement, ces lymphocytes atténuent les réponses inflammatoires excessives, mais lorsqu’ils sont dysfonctionnels, ils peuvent produire de l’IL-17A, contribuant ainsi à l’état inflammatoire. De plus, nous avons supposé que les proportions de Th17 et Treg produisant de l’IL-17A seront associées aux fonctions pulmonaires des patients atteints de la FK et que l’alimentation, l’activité physique et la composition corporelle influenceraient ces relations. Les résultats de cette thèse ont montré que, malgré une association entre la proportion de lymphocytes dans le sang périphérique et les indices de fluctuations glycémiques, celles-ci n’influençaient pas les proportions de lymphocytes Th17 et Treg produisant de l’IL-17A lorsqu’ils étaient mis en culture pour 24 ou 48 heures dans des milieux contenant soit 5 mM ou 25 mM de glucose et stimulés par le phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) et le phytohemagglutinine (PHA) ou, encore, non stimulés. De plus, ces proportions étaient semblables entre les patients atteints de la FK et les individus en santé. Toutefois, les proportions de lymphocytes Treg stimulés produisant de l’IL-17A des sujets sains étaient plus élevées que les proportions de lymphocytes Treg non stimulés de tous les participants (patients atteints de la FK et individus en santé). Tout ceci suggérant donc que les Treg des sujets sains et atteints de la FK ne réagissaient pas de la même façon à la stimulation. D’ailleurs, la durée d’incubation affectait les proportions de Th17 produisant de l’IL-17A, mais elle n’avait aucun effet sur les proportions de Treg produisant cette cytokine. Donc, ces types cellulaires réagissaient différemment dans les mêmes milieux de culture. De plus, nous avons observé que seulement l’énergie provenant des glucides affectait modestement les indices de fluctuations glycémiques et que les proportions de Th17 et Treg produisant de l’IL-17A n’étaient pas associées aux fonctions pulmonaires des patients atteints de la FK. En conclusion, les patients atteints de la FK avaient plus d’hyperglycémie et de fluctuations glycémiques, mais elles n’influençaient pas les proportions de lymphocytes Th17 et Treg produisant de l’IL-17A ex vivo. Dans des études futures, il faudrait étudier le rôle de l’IL-17A dans les poumons des patients avec et sans le DAFK et réaliser une étude prospective pour déterminer si une augmentation des niveaux d’IL-17A chez les patients sans le DAFK se traduit par une chute accélérée des fonctions pulmonaires avant l’apparition de cette complication. / Cystic fibrosis (CF) is the most common autosomal recessive genetic disease among Caucasians and it is cause by a mutation in the Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR) gene. With the emergence of more aggressive therapies to treat CF, the median life expectancy of patients with CF has increased and new complications, such as CF-related diabetes (CFRD), have emerged. CFRD is associated with increased mortality. The physiopathology of this complication is not fully understood. For instance, the reason why people with CF have an accelerated decline in lung functions years before the diagnosis of CFRD is not known. Patients with CF, even those without CFRD, have increased hyperglycemia and glucose fluctuations. In addition, a study has reported that hyperglycemia affected immune reactivity in a mouse model of the disease. Furthermore, studies have shown that lymphocytes without a functional CFTR or that have increased uptake of glucose have abnormal immune responses. Therefore, we hypothesized that patients with CF, specifically those with normal and impaired glucose tolerance, would have increased proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing the pro-inflammatory cytokine IL-17A and that the increase in IL-17A levels would contribute to the accelerated decline of lung functions before the onset of CFRD. Increased levels of IL-17A have been found in the lungs of patients with CF and the peripheral blood of patients with type 1 (T1D) and 2 diabetes (T2D). Dysfunctional Treg lymphocytes can also produce IL-17A. These lymphocytes usually attenuate excessive immune responses but, in certain cases, can be dysfunctional and produce the pro-inflammatory cytokine IL-17A. Moreover, we hypothesized that the proportions of these cells producing IL-17A would be associated to lung functions in patients with CF and that nutrition, physical activity and body composition could influence the relationship between inflammation and glucose fluctuations. Although an association between the proportion of lymphocytes in the peripheral blood of participants and glucose fluctuations was observed, glucose fluctuations did not affect the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A stimulated with PHA and PMA or not stimulated in media containing either 5 or 25 mM of glucose for 24 or 48 hours. Furthermore, these proportions were similar between healthy individuals and patients with CF with the exception of the proportion of stimulated Treg lymphocytes producing IL-17A of healthy individuals that was greater than the proportions of non-stimulated Treg lymphocytes producing IL-17A of all participants (patients with CF and healthy individuals). This suggests that Treg lymphocytes of healthy individuals and CF patients do not respond in the same manner to stimulation by phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) and phytohemagglutinin (PHA). Also, the duration of incubation affected the proportions of Th17 cells producing IL-17A but did not affect the proportion of Treg producing this cytokine. Therefore, these two types of lymphocytes are differently affected in the same culture media. Also, only the proportion of calories from carbohydrates affected modestly glucose fluctuations and the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A were not associated to lung functions in CF patients. To conclude, patients with CF had increased hyperglycemia and glucose flucutations when compared to healthy individuals but this glucose variability did not affect the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A ex vivo. Future studies are needed to explore the role of IL-17A in the lungs of patients with CFRD and a prospective study would be important in order to determine if an increase in IL-17A in patients without CFRD is associated to an accelerated decrease in lung functions before the onset of this complication.

Introduction: L’activation des cellules stellaires hépatiques (CSHs) est un point clé du processus de fibrose hépatique. Les lymphocytes T CD4+ intra-hépatiques sont une source majeure de cytokines anti-inflammatoires comme l’IL-10 et pro-inflammatoire (IL-17A), hépatoprotectrice (IL-22) produites par les Th17. Les Th17 sont impliqués dans de nombreuses pathologies inflammatoires mais l’effet de ces cellules sur les CSHs n’est pas encore élucidé. Objectif: Comprendre le rôle des cytokines de type Th17 dans le processus d’activation des CSHs. Méthodes: La lignée de CSHs humaine LX2 a été stimulée par l’IL-17A ou l’IL-22 puis comparée à des cellules traitées par le TGF-b et le tampon phosphate salin (PBS). L’activation des CSHs a été évaluée en examinant les molécules profibrotique alpha-smooth muscle actin (a-SMA), collagène de type I (COL1A1) et inhibiteur produits par les tissus des métalloprotéases matricielles I (TIMP-I) par q-PCR. L’expression protéique a été validée par immunobuvardage ou coloration au rouge de picro Sirius. L’expression membranaire de l’IL-10Rb, du TGF-b-RII et de l’IL-17RA a été mesurée par cytométrie en flux. Résultats: L’IL-17A et l’IL-22 n’activent pas les cellules LX2, car aucune induction d’a-SMA, de COL1A1 et de TIMP-I n’a été observée. Cependant, l’IL-17A et l’IL-22 sensibilisent les CSHs à l’action du TGF-b, tel que démontré par une forte expression et production d’a-SMA, collagène type I et TIMP-I. L’IL-17A, mais pas l’IL-22, induit la surexpression à la surface cellulaire du TGF-b-RII et inhibe partiellement la baisse d’expression du TGF--RII après stimulation au TGF-b. Conclusion: Nos résultats démontrent une fonction pro-fibrotique de l’IL-17A et de l’IL-22, car les deux cytokines sensibilisent les CSHs à l’action du TGF-b. L’IL-17A agit via la surexpression et la stabilisation du TGF-b-RII tandis que l’IL-22 agit probablement par des mécanismes intracellulaires. / Background: Activated hepatic stellate cells (HSCs) are key initiators of the fibrogenic process. Intrahepatic CD4+ T cells are major producers of hepatoprotective cytokines such as IL-10 produced by regulatory T cells (Tregs) or inflammatory and regulatory cytokines like IL-17 and IL-22 produced by Th17 cells. Th17 cells have been implicated in various conditions or liver damage but the mechanism of action of Th17 cytokines on HSC is still poorly understood. Aims: To understand the role of the different Th17 cytokines (IL17-A and IL-22) in modulating HSC activation. Methods: The HSC line LX2 was stimulated with increasing doses of IL-17A or IL-22, and compared to TGF-b and PBS-treated cells. Activation of HSCs was evaluated by examining the expression of the pro-fibrotic molecules alpha-smooth muscle actin (a-SMA), collagen type I (COL1A1) and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase I (TIMP-I) by q-PCR. Protein expression was validated by either western blot or picro Sirius red stain. Cell surface expression of the cytokine receptors IL-10Rb, TGF-b-RII and IL-17RA was evaluated by flow cytometry. Results: IL-17A and IL-22 alone did not induce LX2 activation, as no induction of a-SMA, COL1A1 and TIMP-I was observed. However, both IL-17A and IL-22 sensitized HSCs to the action of suboptimal doses of TGF-b, confirmed by strong a-SMA, collagen type I and TIMP-I gene expression and protein production. IL-17A but not IL-22 upregulated TGF-b-RII cell surface expression and partially inhibited TGF-b-RII downmodulation upon TGF-b stimulation. Conclusion: Our results demonstrated a pro-fibrotic function for IL-17A and IL-22, as both cytokines sensitize HSC to the action of TGF-b. IL-17A acts through upregulation and stabilization of the TGF-b-RII while IL-22 probably acts through an intracellular mechanism.

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La barrière hémo-encéphalique (BHE) est formée des cellules endothéliales microvasculaires cérébrales reliées entre elles par des jonctions serrées. Grâce à sa perméabilité restreinte et sélective, la BHE entrave le passage des molécules et cellules du sang vers le système nerveux central (SNC). Chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), une maladie inflammatoire du SNC, la rupture de la BHE permet aux cellules immunes actives d'infiltrer le tissu cérébral. Il s'ensuit une réaction inflammatoire excessive au cours de laquelle d'autres leucocytes sont recrutés dans le cerveau et qui culmine par la formation des plaques de démyélinisation caractéristiques de la SEP. On dénote au niveau de ces lésions une présence importante de lymphocytes T CD4⁺ activés et de cytokines pro-inflammatoires propres à une réponse de type TH1, tels l’IFN-γ et l’IL-1. Curieusement cependant, l’inhibition de la voie TH1 n’empêche pas l’apparition de la maladie dans le modèle murin de la SEP et en aggrave même les symptômes. On attribue maintenant aux lymphocytes TH17, nommées en raison de leur capacité à produire de l’IL-17, un rôle clé dans le développement de la maladie. L’objectif de ce travail de thèse visait à caractériser les lymphocytes TH17 chez l’humain et définir leur contribution exacte dans la fragilisation de la BHE, une étape décisive dans la formation des lésions de SEP. Pour ce faire, nous avons mis au point une méthode expérimentale permettant l’expansion in vitro de populations de lymphocytes TH17 à partir de cellules mononuclées du sang de donneurs sains. Nos travaux démontrent que l’IL-23 induit la production d’IL-17, d’IL-22 et de granzyme B par les lymphocytes T CD4⁺CD45RO⁺ mémoires humains et qu’une proportion des cellules exprime de manière concomitante de l’IL-17 et de l’IFN-γ. La fréquence des lymphocytes T CD4⁺ IL17⁺, IL-22⁺ et des doubles positifs IL-17⁺IFN-γ⁺ est significativement plus élevée dans les lignées de lymphocytes TH17 provenant de patientes en poussée que dans celles de contrôles. Nos analyses démontrent que les cellules endothéliales de la BHE expriment de faibles niveaux des récepteurs de l’IL-17 et de l’IL-22 à l’état basal mais que leur présence est accrue dans le cerveau de patients atteints de SEP. L’activation du récepteur de l’IL-17 entraîne une augmentation de la perméabilité de la BHE et une perturbation de l’organisation des protéines de jonction occludine et ZO-1. Finalement, nous démontrons que la migration des lymphocytes TH17 à travers la BHE est régie en grande partie par la molécule d’adhérence ICAM-1 et que les lymphocytes qui co-expriment l’IL-17 et l’IFN-γ sont plus aptes à franchir la BHE que ceux qui produisent uniquement l’une ou l’autre de ces cytokines. Nous retrouvons d’ailleurs des cellules qui expriment simultanément les facteurs de transcription T-bet et RORC, associés respectivement aux lymphocytes TH1 et aux TH17, au sein des infiltrats péri-vasculaires des lésions actives de SEP. Les travaux présentés dans cette thèse auront permis d’affiner nos connaissances sur les mécanismes d’entrée des lymphocytes TH17 dans le SNC et les propriétés délétères des cytokines qu’ils sécrètent, notamment dans l’activation et la déstabilisation de l’endothélium cérébral. / The blood-brain barrier (BBB) plays a crucial role in protecting the central nervous system (CNS) by restricting entry of cells and molecules into the brain. In the CNS disorder multiple sclerosis (MS), breakdown of the BBB allows activated leukocytes to infiltrate the brain parenchyma, leading to the formation of the characteristic demyelinated lesions. For decades, MS was viewed as a TH1-mediated disease, a notion that was largely supported by studies in its animal model and by the abundance of prototypical TH1-associated cytokines within active MS lesions. However, over the years, accumulating evidence has highlighted the involvement of another subset of CD4⁺ T cells that express IL-17, therefore named TH17 lymphocytes, in the pathology of the disease. The goal of the work presented herein was to characterize the human TH17 lymphocyte population and define their contribution to the disruption of the BBB and leukocyte infiltration into the CNS, both important early events in the formation of MS lesions. To do so, we developed and optimized a method to successfully generate human TH17 lines in vitro from peripheral blood mononuclear cells of healthy donors. We demonstrate that in response to IL-23, human memory CD4⁺CD45RO⁺ but not naïve CD4⁺CD45RA⁺ T lymphocytes produce IL-17, IL-22, and granzyme B, with a subset of cells simultaneously expressing IL-17 and IFN-γ. Interestingly, we measure a significant increase in the percentage of T CD4⁺ IL17⁺, of IL-22⁺, and of IL-17⁺IFN-γ⁺ dual producers in TH17 cell lines expanded from the peripheral blood of acutely relapsing MS women as compared to those generated from healthy controls and remitting MS patients. We show that both IL-17 and IL-22 receptors are upregulated on BBB endothelial cells in situ during inflammation and that IL-17 enhances BBB permeability by disrupting the integrity of tight junction proteins occludin and ZO-1. Finally, we provide evidence that TH17 lymphocytes transmigrate efficiently across human brain endothelial cells via the adhesion molecule ICAM-1 and show that IL-17⁺IFN-γ⁺ double producers have an increased propensity to do so. Accordingly, we detect lymphocytes that display immunoreactivity against both the TH1- and TH17-associated transcription factors T-bet and RORC within perivascular infiltrates of active MS lesions. The work presented in this thesis has refined our understanding of the mechanisms that drive TH17 lymphocyte recruitment into the CNS and shed light on the deleterious effect of TH17-secreted cytokines, specifically in the activation and breakdown of the BBB.

La sclérose en plaques (SP) est une maladie neuro-inflammatoire caractérisée par l’invasion de cellules immunitaires périphériques dans le système nerveux central (SNC), entraînant une perte de myéline à des endroits bien délimités appelés « plaques » ou lésions. Les processus neuroinflammatoires sont associés au dommage des neurones et oligodendrocytes (OLs) en SP. Les mécanismes sous-tendant cette dégradation des OLs par les cellules immunitaires en SP sont toutefois encore mal compris. Les lymphocytes T CD4 activés, notamment les sous-types proinflammatoires Th1 et Th17, jouent un rôle clé dans la pathobiologie de la SP et de son modèle murin l’encéphalite auto-immune expérimentale (EAE). Nous avons donc choisi d’investiguer leur contribution à l’endommagement des OLs en neuroinflammation. Pour ce faire, nous avons premièrement caractérisé les interactions entre les lymphocytes Th17 et les OLs matures in vivo à l’aide de l’imagerie intravitale chez la souris EAE (microscopie deux photons) et in vitro en utilisant des cultures primaires humaines. Ceci nous a permis de mettre en évidence que les lymphocytes pro-inflammatoires Th17 adhèrent de façon prolongée aux OLs et leur causent plus de dommage que les lymphocytes anti-inflammatoires Th2. Après avoir établi que le contact avec les lymphocytes Th17 entraîne tout d’abord la perte des prolongements cellulaires puis la mort des OLs, nous avons identifié deux mécanismes à l’origine de ces dommages. En effet, tandis que la sécrétion de glutamate par les lymphocytes Th17 à proximité des OLs entraîne une perte des prolongements cellulaires de ces derniers et une diminution de leur capacité à myéliniser, la sécrétion de granzyme B mène à la mort des OLs. Dans le but de comprendre comment prévenir les dommages causés par les lymphocytes Th17 aux OLs en SP, nous avons par la suite étudié les mécanismes sous-tendant le contact entre les deux types cellulaires. Comme nous avons confirmé que les OLs matures n’expriment pas le MHC II au niveau protéique, nous avons caractérisé l’expression par les OLs de molécules d’adhérence cellulaire (CAMs) qui seraient susceptibles de sous-tendre l’adhérence des lymphocytes Th17. Nous avons découvert que cette interaction est notamment médiée par ALCAM, et que bloquer cette molécule permet de diminuer le dommage aux OLs médié par les Th17 in vitro. A l’inverse, l’expression et/ou la sécrétion d’ICAM-1 par les OLs semble avoir un effet protecteur face aux lymphocytes Th17. En résumé, nous avons distingué de nouveaux mécanismes impliqués dans le dommage aux OLs en neuroinflammation et identifié de nouvelles cibles thérapeutiques prometteuses pour la protection des OLs en SP. / Multiple Sclerosis (MS) is a neuroinflammatory disease characterized by infiltration of immune cells into the central nervous system (CNS), demyelination in multifocal areas called “plaques” or lesions, and damage to neurons and oligodendrocytes (OLs). The mechanisms underlying immune-mediated injury to OLs in MS remains only partially understood. Activated CD4 T cells, in particular pro-inflammatory subsets Th1 and Th17, play an important role in the pathobiology of MS and its animal model experimental autoimmune encephalitis (EAE). We set out to investigate their contribution to immune-mediated oligodendrocytic damage in neuroinflammation. We first characterized the interactions between Th17 cells and mature OLs in vivo using live imaging of EAE mice (two photon microscopy) and in vitro using human primary cell cultures. We found that pro-inflammatory Th17 cells form prolonged contacts with OLs and cause greater harm compared to anti-inflammatory Th2 cells. After demonstrating that contact with Th17 cells leads first to destruction of cell processes and then death of OLs, we identified two mechanisms underlying these deleterious impacts. Indeed, while secretion of glutamate by Th17 cells in contact with OLs is associated with damage to OLs cell processes and impairment of their myelinating capacity, secretion of granzyme B leads to OLs death. To better understand how to prevent Th17-mediated OLs injury in MS, we next studied mechanisms involved in the interaction between these two cell types. As we confirmed that mature OLs do not express MHC II at the protein level, we characterized expression of cell adhesion molecules (CAMs) by OLs that could mediate Th17 cell adhesion. We discovered that ALCAM contributes to OLs and Th17 cells interactions, and that blocking this olecule reduces Th17-mediated OL damage in vitro. Inversely, ICAM-1 expression and/or secretion by OLs seems to have a protective effect in neuroinflammatory conditions. In summary, we have uncovered new mechanisms implicated in OLs njury in neuroinflammation and have identified potential novel therapeutic targets for neuroprotection in MS.

Objectifs: Chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), des lymphocytes pro-inflammatoires utilisent des molécules d’adhérence afin de parvenir à traverser la barrière hémo-encéphalique (BHE) et former des lésions multifocales dans le système nerveux central (SNC). Dans le contexte de la SEP, les lymphocytes CD4 auto-agressifs polarisés en TH17 (sécrétant de l’IL-17) sont reconnus comme contribuant à la formation des lésions. Le rôle des lymphocytes CD8 TC17 est quant à lui encore mal défini. L’identification de marqueurs de surface spécifiquement exprimés par les lymphocytes TH17 et TC17 faciliterait la caractérisation de ces sous-populations pathogéniques et fournirait de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter la SEP. Méthodologie: Nous avons identifié MCAM lors d’analyses protéomiques de cellules endothéliales de la BHE humaine et de lymphocytes T humains. Nous avons caractérisé le phénotype et la fonction de ces cellules exprimant MCAM ex vivo, in vitro, in situ et in vivo, à partir de matériel obtenu de témoins (contrôles), de patients atteints de SEP et d’animaux atteints d’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Résultats: MCAM est exprimé à la fois par les cellules endothéliales de la BHE humaine et par une sous-population de lymphocytes T effecteurs mémoire CD161+ et CCR6+. Les lymphocytes CD4 et CD8 MCAM+ expriment plus d’IL-17, IL-22, GM-CSF et granzyme B (Gz B) que les lymphocytes MCAMneg. De plus, l’expression de MCAM est fortement augmentée à la surface des lymphocytes T CD4+ et CD8+ lors des poussées de SEP, alors que les traitements immunomodulateurs en diminuent l’expression. In situ, l’expression de MCAM par les cellules endothéliales de la BHE est plus marquée au site des lésions de SEP et d’EAE, et on retrouve des lymphocytes CD4 et CD8 MCAM+ au sein de ces infiltrats périvasculaires du SNC. In vitro, les lymphocytes CD8 MCAM+ causent plus de mort oligodendrocytaire et bloquer MCAM diminue la transmigration des CD8 TC17 et des CD4 TH17 à travers les cellules endothéliales de la BHE humaine. In vivo, dépléter les lymphocytes CD4 ou CD8 MCAM+ améliore les signes cliniques de l’EAE par transfert. Par ailleurs, l’expression de MCAM est régulée à la hausse à la surface des lymphocytes CD4 et CD8 de la souris transgénique TCR1640, un modèle animal d’EAE spontanée. Finalement, bloquer MCAM atténue les déficits neurologiques chroniques aussi bien du modèle d’EAE induite avec le MOG35-55 que du modèle d’EAE spontanée. Conclusion: Nos données démontrent que les lymphocytes encéphalitogéniques produisant de l’IL-17 et présentant une capacité effectrice et migratoire marquée expriment MCAM. MCAM pourrait servir de biomarqueur en SEP et constituer une cible thérapeutique valable pour traiter les conditions neuroinflammatoires. / Objective: In multiple sclerosis (MS), pro-inflammatory lymphocytes use adhesion molecules to cross the blood-brain barrier (BBB) and accumulate in central nervous system (CNS) lesions. CD4 T lymphocytes polarized into auto-aggressive encephalitogenic TH17 (IL-17 secreting) are known to partake in MS lesion formation. Much less is known about the role of CD8 TC17. Identification of specific surface markers and adhesion molecules expressed by TH17 and TC17 lymphocytes would allow further characterization of these pathogenic subsets and would provide new therapeutic targets in MS. Methodology: We identified MCAM in a proteomic screen of human BBB endothelial cells (ECs) and on a subset of T lymphocytes. We characterized the phenotype and function of MCAM-expressing cells ex vivo, in vitro and in situ using human and mouse material obtained from controls, MS subjects and Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) animals. Results: MCAM is expressed by human BBB-ECs and by human effector memory CD161+ and CCR6+ T lymphocytes. Both CD4 and CD8 MCAM+ lymphocytes express more IL-17, IL-22, GM-CSF and Gz B than MCAMneg lymphocytes. Moreover, MCAM is strikingly up-regulated in human on CD4+ and CD8+ T lymphocytes during MS relapses, while treatment decreases MCAM expression. In situ, MCAM+ CD8 and CD4 T lymphocytes are present in perivascular infiltrates of MS and EAE CNS specimens, while MCAM expression is up-regulated on BBB-ECs within lesions. In vitro, MCAM+ CD8 T lymphocytes display higher killing capacity of oligodendrocytes, and MCAM blockade reduces CD8 TC17 and CD4 TH17 transmigration across human BBB-ECs. In vivo, depletion of MCAM+ cells from reactivated CD4 T lymphocytes and from CD8 T lymphocytes decreases clinical symptoms in adoptive transfer EAE. Furthermore, expression of MCAM is up-regulated on CD4 and CD8 T lymphocytes in the TCR1640 transgenic mice, a model of spontaneous EAE. Finally, blocking MCAM in both MOG35-55-induced and spontaneous primary progressive EAE attenuates chronic neurological deficits. Conclusions: Our data demonstrate that encephalitogenic IL-17-producing lymphocytes with high effector and migratory capacity express MCAM, and that MCAM could serve as a biomarker for MS and a valuable target for the treatment neuroinflammatory conditions.

La candidose oro-pharyngée (COP) est l’infection fongique opportuniste la plus commune chez les individus infectés par le VIH-1. La production des cytokines Il-17 et Il-22 par les lymphocytes Th17 est importante lors de la résolution de la COP, puisque ces cytokines induisent la production de peptides antifongiques et le recrutement des neutrophiles polymorphonucléaires. Toutefois, les lymphocytes Th17 sont préférentiellement déplétés chez les individus infectés par le VIH-1. Le modèle de COP chez la souris transgénique (Tg) CD4C/HIVMutA, exprimant les gènes nef, env et rev du VIH-1, permettra de déterminer si des altérations quantitatives et/ou fonctionnelles des sous-populations de lymphocytes T CD4+ causent la sensibilité à la candidose. Les sous-populations Th1, Th2, Th1Th17, Th17 et Treg, ainsi que leurs précurseurs, les lymphocytes T CD4+ naïfs, sont sévèrement déplétées dans les ganglions cervicaux de la souris Tg. Cependant, les lymphocytes T CD4+ naïfs conservent la capacité à se différencier in vitro en présence de cytokines polarisantes et à produire les cytokines typiques des diverses sous-populations. De plus, les cytokines requises pour la polarisation des lymphocytes T CD4+ naïfs n’étaient pas réduites dans les ganglions cervicaux des souris Tg, 7 jours après le début de l’infection. Les gènes S100a8, Ccl20, Il17 et Il22 étaient surexprimés en réponse à la COP chez la souris non-Tg, mais pas chez la souris Tg. Le traitement de souris Tg infectées à l’aide de la combinaison des cytokines Il-17 et Il-22 réduit significativement la charge fongique buccale de C. albicans et le nombre d’hyphes dans l’épithélium de la langue et restaure la capacité à surexprimer des gènes S100a8, Ccl20 et Il22. Ces résultats démontrent que la perturbation de l’induction de l’immunité innée par l’Il-17 et l’Il-22 augmente la susceptibilité à la COP chez la souris Tg. / Oropharyngeal candidiasis (OPC) is the most common opportunistic fungal infection in HIV-infected individuals. OPC resolution involves Il-17 and Il-22 production by Th17 cells through oral antifungal peptide production and polymorphonuclear neutrophil recruitment. Conversely, Th17 cells are preferentially depleted in HIV-infected individuals. The OPC model in transgenic (Tg) mice expressing nef, env and rev from the HIV-1 genome enables the study of the quantitative and functional defects of the CD4+ T-cell subpopulations. The Th1, Th2, Th1Th17, Th17 and Treg subpopulations, as well as naïve CD4+ T-cell precursors, are severely depleted in the cervical lymph nodes (CLNs) of Tg mice. However, the differentiation capacity of naïve CD4+ T-cells in response to polarizing cytokines was maintained in vitro in Tg mice, as well as their ability to produce the signature cytokines of the various subpopulations. Moreover, the polarizing cytokines were not reduced in the CLNs of Tg mice, 7 days after infection. The S100a8, Ccl20, Il17 and Il22 genes were up-regulated in response to OPC in non-Tg mice, but not in Tg mice. Treatment of infected Tg mice with a combination of Il-17 and Il-22 cytokines significantly reduced the oral fungal burdens of C. albicans as well as the number of hyphae in the tongue epithelium. Treatment also restored S100a8, Ccl20 and Il22 up-regulation in Tg mice. These results show that defective induction of innate immunity, normally mediated by Il-17 and Il-22, increases the susceptibility to OPC in these Tg mice.

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) altère les fonctions du système immunitaire pour promouvoir sa persistance. Les composantes de l’immunité ciblées par le VIH-1 incluent les lymphocytes Th17 et les cellules dendritiques dérivées des monocytes (CDDMs). Deux sous-populations de lymphocytes Th17, nommées Th17 et Th1Th17, ont précédemment été décrites avec des propriétés transcriptionnelles et des spécificités antigéniques distinctes. Les cellules Th17 et Th1Th17 sont hautement permissives à l’infection par le VIH et leur fréquence est diminuée chez les sujets chroniquement infectés sous trithérapie antirétrovirale. Toutefois, seulement une fraction des lymphocytes Th17 est infectée par le VIH, indiquant l’existence de Th17 résistants à la réplication virale. Également, il est connu que l’infection à VIH induit une altération de la fréquence des monocytes reflétée par l’expansion de la population monocytaire exprimant le récepteur Fcγ de type III/CD16. Les monocytes sont des précurseurs de cellules dendritiques et une altération de ratio entre les monocytes CD16+ et CD16- pourrait avoir des conséquences délétères sur la qualité des réponses immunitaires. Le rôle fonctionnel des CDDM exprimant ou non CD16 dans le contexte de la pathogénèse à VIH-1 demeure inconnu. Ce projet de thèse est divisé en 2 parties: 1) l’étude de l’hétérogénéité des cellules Th17 et 2) la caractérisation approfondie des CDDM CD16+ et CD16- dans le contexte d’homéostasie et de la pathogénèse de l’infection à VIH. Dans la première partie, nous avons fonctionnellement caractérisé deux nouvelles sous-populations de lymphocytes Th17 avec une expression différentielle des récepteurs de chimiokines CXCR3 et CCR4 : nommés CCR6+DN et CCR6+DP, exprimant toutes les deux CCR6, marqueur de lymphocytes Th17. Nous avons démontré que les cellules CCR6+DN et CCR6+DP partagent des caractéristiques biologiques communes avec les cellules Th17 et Th1Th17 incluant la permissivité au VIH. Nos résultats indiquent que les cellules CCR6+DN représentent un stade précoce de différentiation des lymphocytes Th17 et expriment des marqueurs de cellules T folliculaires. De plus, comparativement aux sous-populations Th17, Th1Th17 et CCR6+DP, la fréquence et le compte des CCR6+DN sont préservés au sein des sujets chroniquement infectés sous thérapie antirétrovirale. Nous proposons un modèle dans lequel les cellules CCR6+DN représentent des lymphocytes Th17 résistantes à l’effet cytopatique du virus qui contribuent à la persistance virale par leur capacité de porter un virus compétent en matière de réplication. Dans la deuxième partie, nos résultats révèlent que les CDDMs CD16+ et CD16- représentent deux populations uniques avec des propriétés transcriptionelles et fonctionnelles distinctes. Les CDDMs CD16- détiennent un potentiel immunogène supérieur tandis que les CDDMs CD16+ ont une meilleure capacité de transmettre le virus aux cellules T CD4+ au repos. Également, nous confirmons l’effet néfaste du VIH sur les fonctions immunologiques des cellules DC à stimuler la prolifération et la polarisation des cellules Th17 spécifiques à C. albicans et à S. aureus. En conclusion, les résultats inclus dans cette thèse fournissent une compréhension détaillée sur l’hétérogénéité présente au sein des lymphocytes Th17 et des CDDMs et révèlent de nouveaux déterminants moléculaires de l’immunité exploités par le VIH au profit de sa persistance. / The ultimate aim of immunity is to restrict the emergence of exogenous pathogens while providing immune tolerance to self-antigens. The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) disrupts the functions of the immune system to promote its own dissemination and persistence. The components of the host immunity targeted by HIV-1 include the Th17 lineage and the monocytes. The Th17 lineage was previously reported to include two different populations referred to as the Th17 and Th1Th17 cells exhibiting different transcriptional profiles and antigenic specificities. Both Th17 and Th1Th17 cells are permissive to HIV and their frequency is reduced in the blood and gut mucosa of chronically HIV-infected subjects. Nevertheless, HIV-1 infects only a fraction of the Th17 pool, suggesting the existence of Th17 cells resistant to HIV. In addition, it well documented that HIV-1 infection alters the pool of peripheral blood monocytes and induces the expansion of a monocytic population expressing the Fcγ receptor III/CD16. Monocytes are precursors for dendritic cells (DCs) and an altered CD16+/CD16- monocyte ratio may have deleterious consequences on the quality of immune responses. The functional features of CD16+ versus CD16- monocyte-derived DCs (MDDCs) in the context of HIV infection remain to be elucidated. This thesis is divided in two parts: 1) the study of Th17 cell heterogeneity and 2) the in depth characterization of CD16+ and CD16- monocytes-derived DCs (MDDCs) at homeostasis and during HIV-1 infection. In the first part, we have identified and functionally characterized two new previously uncharacterized subsets of CCR6+ T-cells with differential expression of CXCR3 and CCR4, double negative CCR4-CXCR3- (CCR6+DN) and double positive CCR4+CXCR3+ (CCR6+DP) subsets. We demonstrated CCR6+DN and CCR6+DP share cytokine production, antigenic specificity, lineage plasticity and HIV permissiveness with the previously characterized Th17 (CCR6+CCR4+CXCR3-) and Th1Th17 (CCR6+CCR4-CXCR3+) subsets. Among these four Th17 subsets, CCR6+DN cells were found to represent an early stage of Th17 differentiation and expressed features of T follicular helper T-cells. Moreover, in contrast to Th17, Th1Th17 and CCR6+DP subsets, the frequency and counts of CCR6+DN cells was preserved in chronically HIV-infected subjects under antiretroviral treatments compared to uninfected controls. Our results suggest that CCR6+DN represent long-lived Th17 cells contributing to HIV persistence by carrying replication-competent virus. In the second part, our results reveal that CD16+ and CD16- MDDCs represent two distinct populations with unique transcriptional programs and immunological functions. CD16- MDDCs displayed a superior immunogenic potential, whereas CD16+ MDDCs exhibited a higher capacity to induce HIV replication in resting CD4+ T-cells. Also, we confirmed the negative effect of HIV on DCs immunogenic function involving the stimulation of T-cell proliferation and Th17 polarization in response to pathogens such as C. albicans and S. aureus. Overall, in this thesis we provide a better understanding on Th17 and MDDC heterogeneity and reveal new molecular determinants of pathogenicity in immune cells that are exploited by HIV-1 to insure its persistence in the infected host.