Il est maintenant bien établi que la vitamine A et son métabolite actif l’aciderétinoïque (AR), joueraient un rôle important dans les fonctions cognitives du cerveau adulte. La diminution de l’activité de la voie de signalisation des rétinoïdes et l’augmentation de celle des glucocorticoïdes (GC), se manifestent de manière concomitante au cours du vieillissementet participeraient aux altérations de plasticité et à l’étiologie du déclin cognitif lié à l’âge. De plus, certaines données ont mis en évidence des effets antagonistes de la voie des rétinoïdessur celle des glucocorticoïdes.L'objectif de ce travail visait donc à mieux comprendre les interactions entre ces deux voies de signalisation et leur impact sur les processus de plasticité cérébrale et les fonctions mnésiques chez le rongeur. L'approche expérimentale a consisté à étudier les effets d'une supplémentation nutritionnelle en vitamine A ou d'un traitement par l’AR sur le niveau corticostérone plasmatique et hippocampique, sur les mécanismes impliqués dans la biodisponibilité de la corticostérone, sur les processus de plasticité cérébrale (neurogenèse et plasticité synaptique) et sur la mémoire hippocampo-dépendante dans un modèle nutritionnel de carence en vitamine A mais également au cours du vieillissement.Nous avons montré qu’une carence en vitamine A entraînait une hyperactivation de la voie des glucocorticoïdes se traduisant par une hypersécrétion de corticostérone au niveau périphérique et hippocampique qui pourrait être liée à une diminution de capacité de liaison de la CBG mais également à une hyperactivation de la 11β-HSD1 au niveau hippocampique.D’autre part, une supplémentation nutritionnelle en vitamine A chez les rats carencés normalise les effets délétères observés sur la voie des glucocorticoïdes et supprime les altérations de neurogenèse hippocampique ainsi que les déficits de mémoire hippocampodépendante.De plus, un traitement par l’AR permettrait de moduler positivement la voie de signalisation des rétinoïdes chez la souris d’âge intermédiaire afin de diminuer l’amplitude de libération de corticostérone intrahippocampique, s’opposant ainsi aux effets délétères d’un excès de glucocorticoïdes sur les processus neurobiologiques et cognitifs au cours du vieillissement.Ce travail contribue à la démonstration d'une modulation de la biodisponibilité des glucocorticoïdes par le statut en vitamine A observée au cours d'une carence en vitamine A et du vieillissement. Il offre de nouvelles perspectives dans le développement d'une prévention du déclin cognitif lié à l'âge axée sur les facteurs nutritionnels tels que la vitamine A. / It is now established that vitamin A and its active metabolite, retinoic acid (RA), are required for cognitive functions in the adult hood. The hyposignaling of retinoic acid and the hyperactivity of the glucocorticoid (GC) pathway appear concomitantly during aging and both would contribute to the deterioration of hippocampal plasticity and functions. Moreover, recent data have evidenced counteracting effects of retinoids on the GC signaling pathway.The goal of the present study has been to shed more light on the interactions between both signaling pathways and their consequences on cerebral plasticity and memory processes.We have investigated them not only in a well-established nutritional model of vitamin A deficiency but also during aging. Indeed, our experimental approach has consisted inmanipulating the status in vitamin A (deficiency and/or supplementation or RA treatment) inrodents to better understand its impact on plasma and intrahippocampal corticosterone levelsand the mechanisms involved in corticosterone bioavailability. Hippocampus-dependentmemory and plasticity (adult neurogenesis and synaptic plasticity-related gene expression)have also been assessed.We have shown a hyperactivity of the glucocorticoid pathway in vitamin A-deficientrats, leading to elevated peripheral and hippocampal corticosterone levels. This is probably due to a decrease in CBG binding capacity and to the hyperactivity of the hippocampal 11β-HSD1. Furthermore, a vitamin A supplementation normalizes glucocorticoid activity and hippocampal neurogenesis levels and corrects memory deficits.Besides, in middle-aged mice, a RA treatment is able to positively modulate the retinoidsignaling pathway inducing a decreased hypersecretion of intrahippocampal corticosterone. It thus counteracts the deleterious effects of an excess of glucocorticoids on neurobiological and memory processes.Altogether, these results contribute to the demonstration that in vitamin A deficiency and during aging, the status in vitamin A modulates GC activity. This work proposes new preventive perspectives based on nutritional factors such as vitamin A in order to delay agerelated cognitive decline.

Il est maintenant bien établi que la vitamine A et son métabolite actif l'aciderétinoïque (AR), joueraient un rôle important dans les fonctions cognitives du cerveau adulte. La diminution de l'activité de la voie de signalisation des rétinoïdes et l'augmentation de celle des glucocorticoïdes (GC), se manifestent de manière concomitante au cours du vieillissementet participeraient aux altérations de plasticité et à l'étiologie du déclin cognitif lié à l'âge. De plus, certaines données ont mis en évidence des effets antagonistes de la voie des rétinoïdessur celle des glucocorticoïdes.L'objectif de ce travail visait donc à mieux comprendre les interactions entre ces deux voies de signalisation et leur impact sur les processus de plasticité cérébrale et les fonctions mnésiques chez le rongeur. L'approche expérimentale a consisté à étudier les effets d'une supplémentation nutritionnelle en vitamine A ou d'un traitement par l'AR sur le niveau corticostérone plasmatique et hippocampique, sur les mécanismes impliqués dans la biodisponibilité de la corticostérone, sur les processus de plasticité cérébrale (neurogenèse et plasticité synaptique) et sur la mémoire hippocampo-dépendante dans un modèle nutritionnel de carence en vitamine A mais également au cours du vieillissement.Nous avons montré qu'une carence en vitamine A entraînait une hyperactivation de la voie des glucocorticoïdes se traduisant par une hypersécrétion de corticostérone au niveau périphérique et hippocampique qui pourrait être liée à une diminution de capacité de liaison de la CBG mais également à une hyperactivation de la 11β-HSD1 au niveau hippocampique.D'autre part, une supplémentation nutritionnelle en vitamine A chez les rats carencés normalise les effets délétères observés sur la voie des glucocorticoïdes et supprime les altérations de neurogenèse hippocampique ainsi que les déficits de mémoire hippocampodépendante.De plus, un traitement par l'AR permettrait de moduler positivement la voie de signalisation des rétinoïdes chez la souris d'âge intermédiaire afin de diminuer l'amplitude de libération de corticostérone intrahippocampique, s'opposant ainsi aux effets délétères d'un excès de glucocorticoïdes sur les processus neurobiologiques et cognitifs au cours du vieillissement.Ce travail contribue à la démonstration d'une modulation de la biodisponibilité des glucocorticoïdes par le statut en vitamine A observée au cours d'une carence en vitamine A et du vieillissement. Il offre de nouvelles perspectives dans le développement d'une prévention du déclin cognitif lié à l'âge axée sur les facteurs nutritionnels tels que la vitamine A.

La présence d’un récepteur de type RXR a récemment été rapporté chez la pensée de mer, Renilla koellikeri, de même que chez d’autres anthozoaires, et le NO semble jouer des différents rôles physiologiques, chez plusieurs cnidaires. L’acide rétinoïque (AR) et le monoxyde d’azote (NO) sont connus pour leur implication dans l’induction de la croissance des neurites chez les vertébrés ainsi que chez les invertébrés. Mais jusqu’à présent, aucun rôle de ces agents n’a encore été identifié chez ce phylum ancien des invertébrés. Dans le but de montrer que ces agents morphogénétiques ont un rôle dans le développement neuronal chez ces ancêtres des métazoaires bilatéraux, nous avons utilisé des cultures primaires de cellules du cnidaire anthozoaire Renilla koellikeri (pensée de mer), doté d’un système nerveux des plus primitif. Nous avons trouvé que les deux types d’acide rétinoïque, 9-cis et 11-trans, induisent une prolifération cellulaire dose-dépendante en fonction du temps dans les boîtes de pétri enduites de polylysine. Les cultures cellulaires exposées à l’acide rétinoïque dans les boîtes sans polylysine montrent une différenciation en des cellules épithéliales. D’autre part, le NO induit exclusivement une différenciation neuronale dans les boîtes enduites de polylysine. Aucun autre type de cellules subit un différenciation en présence de NO et la densité des cellules dédifférenciées a diminué. Les prolongements des neurones différenciés semblent s’enchevêtrer et former un réseau neuronal assez dense. L’ensemble de ces observations suggère que l’acide rétinoïque, contrairement à NO, est associé à l’activité mitotique, et que l’acide rétinoïque et le NO sont impliqués différemment dans la spécification cellulaire, respectivement épithéliale et neuronale, chez la pensée de mer. Le type d’action déclenchée, qu’il soit la mitogénèse ou la différenciation (épithéliale ou neuronale), varie alors selon l’état d’adhésion des cellules au substrat. Comme les données moléculaires et paléontologiques rapprochent les cnidaires, telle la pensée de mer, des ancêtres des eumétazoaires, nos résultats suggèrent que le rôle morphogénétique de l’acide rétinoïque et du NO est enraciné dans l’ancêtre commun de tous les métazoaires. / Retinoic acid receptors were recently reported in the sea pansy, Renilla koellikeri, and in other anthozoans, and NO seems to play various roles in several cnidarians. Retinoic acid (RA) and nitric oxide (NO) are known for their implication in inducing neurite outgrowth in both vertebrates and invertebrates. But so far, no role of these agents has been identified in this basal metazoan phylum. In order to show that these agents have a morphogenetic role in neuronal development in the ancestors of bilateral metazoan. We used primary cultures of cells from the cnidarian anthozoan Renilla koellikeri (sea pansy), with the most primary nervous system. We found that both 9-cis and 11-trans retinoic acid induced cell proliferation in dose- and time-dependant manners in petri dishes coated with polylysine. Cell cultures exposed to retinoic acid in dishes devoid of polylysine were observed to differentiate into epithelial cells. On the other hand, NO induced extensive neurite outgrowth in polylysine-coated culture dishes. No other celle type underwent differentiation in the presence of NO, and the density of dedifferentiated cells was reduced. The neurites of the differentiating neurons appeared to intertwine and form a loose nerve net. These observations suggest that retinoic acid, but not NO, has mitogenic activity, and that retinoic acid and NO are differentially involved in nerve cell specification in the sea pansy. The type of action, mitogenesis or cell differenciation (epithelial or neural), depends on the degree of cell adhesion to substrate. As both molecular and paleontological evidence place cnidarians such as the sea pansy closest to the eumetazoan ancestor, our results suggest that the morphogenetic role of retinoic acid and NO was rooted in the commun ancestor of all metazoans.

En l’absence de structures tridimensionnelles expérimentales des cytochromes P450 CYP26A1, CYP26B1 et CYP26C1, la caractérisation de leur substrats et ligands s’est basée sur l’analyse des modèles structuraux obtenus par modélisation par homologie avec la structure expérimentale du cytochrome P450 CYP120. La justesse des modèles a été validée par l’amarrage de l’acide rétinoïque all-trans dans des configurations compatibles avec les métabolites attendus. L’amarrage d’agonistes et d’antagonistes des récepteurs nucléaires RARs prédirent l’acide tazaroténique (TA) et l’adapalène comme des substrats potentiels. Les expériences in vitro confirmèrent la métabolisation de ces 2 médicaments par les CYP26s. L’analyse de la cinétique de sulfoxidation du TA par CYP26A1 and CYP26B1 a permis d’établir le TA comme la référence contrôle de l’activité de ces enzymes. Puis, la comparaison des modèles des CYP26s avec la structure cristalline de CYP2C8 a permis d’identifier des similarités structurales de leurs inhibiteurs. Une corrélation entre l’inhibition de CYP26A1 et de CYP2C8 par des inhibiteurs connus de CYP2C8 a été démontrée après détermination de leurs IC50 pour CYP26A1 et CYP26B1 en utilisant le TA comme substrat de référence. La mesure de l’inhibition in vitro fut ensuite utilisée pour évaluer la possibilité que les CYP26s soient impliquées dans des interactions médicamenteuses observées pour certaines molécules. Cette thèse caractérise et appuie le rôle encore mal connu des CYP26s dans la métabolisation in vivo de certains xénobiotiques ainsi que l’effet potentiel de leur inhibition qui favoriserait la survenue d'effets indésirables. / Without crystal structures to study the CYP26 family of drug metabolizing enzymes, homology models were used to characterize CYP26A1, CYP26B1 and CYP26C1 and to identify substrates and inhibitors of the enzymes. Computational models of each isoform based on structural homology to CYP120 were validated by docking all-trans retinoic acid, an endogenous ligand of CYP26. Docking of retinoic acid receptor agonists and antagonists suggested that tazarotenic acid (TA) and adapalene may be metabolic substrates for CYP26, data which was confirmed using in vitro metabolite identification assays. Phenotyping experiments determined that CYP26s played a major role in the metabolism of these compounds in vitro. The kinetics of TA sulfoxidation by CYP26A1 and CYP26B1 were characterized and the compound was proposed as an in vitro probe of CYP26 activity in single enzyme expression systems. Structural characterization efforts identified similarities between the CYP26 homology models and the known crystal structure of CYP2C8, in agreement with previously published reports. Using TA as a probe, the IC50’s of known CYP2C8 inhibitors was measured against CYP26A1 and CYP26B1, with a statistically significant correlation observed between CYP26A1 and CYP2C8. Additional in vitro and computational experiments were used to characterize the inhibition mechanism for the most potent inhibitors. The observed in vitro inhibition was then used to predict the likelihood of CYP26 inhibition being involved in clinically relevant drug interactions. As a whole, the results presented support the role of the CYP26s in the metabolism of xenobiotic compounds as well as in potential in vivo drug interactions.

Les récepteurs nucléaires de l’acide rétinoïque (AR) appelés RAR, se comportent comme des facteurs de transcription inductibles par le ligand. La transcription des gènes cibles induite par l’AR, nécessite la fixation des RAR au niveau de séquences spécifiques des promoteurs et met en jeu des changements conformationnels des récepteurs qui contrôlent l’association/dissociation de toute une panoplie de corégulateurs. Cependant, en plus de ce modèle génomique et nucléaire bien établi, l’équipe du Dr Cécile Rochette-Egly a montré récemment que l’AR a aussi des effets non-génomiques et induit rapidement la voie de signalisation p38MAPK/MSK1 qui ensuite cible les RAR pour des cascades de phosphorylations et module la transcription des gènes cibles. Pendant mon travail de thèse, j’ai mis en exergue trois nouveaux concepts originaux du mécanisme d’action du sous-type RARα. J’ai montré qu’une sous-population de RARα est présente dans des microdomaines membranaires, les radeaux lipiques ou “lipid rafts”où elle interagit avec les protéines Gαq. Cette interaction est le signal des effets non génomiques de l’AR, l’activation de la voie de la p38MAPK. Ces effets ont été corrélés à l’activité des gènes cibles de l’AR, prouvant ainsi leur nécessité. J’ai identifié un nouveau partenaire de RARα, la profiline IIA. J’ai analysé le mécanisme moléculaire de l’interaction et démontré qu’elle a lieu dans le noyau. La profiline IIA s’est révélée être un régulateur des effects génomiques de RARα et est recrutée avec RARα au niveau des promoteurs des gènes cibles. Finalement j’ai mis en évidence une nouvelle fonction de RARα dans le contrôle de l’adhésion et de l’étalement des cellules. D’où l’hypothèse de nouveaux effets génomiques de RARα avec la profiline IIA dans le contrôle de l‘expression des protéines d’adhésion. Cependant, de manière inattendue, j ‘ai identifié une nouvelle population de RARα dans le cytoplasme de ces cellules. D’où l’hypothèse de nouveaux effets non génomiques dans le cytoplasme, via l’interaction de RARα avec des protéines d’adhésion. / Nuclear retinoic acid (RA) receptors (RARs) are ligand-dependent regulators of transcription. Their transcriptional activity relies mainly on their recruitment to specific DNA response elements and on their interactions with several coregulators at the ligand-binding domain. In addition to these classical genomic effects, the team of C. Rochette-Egly demonstrated that RA also induces the rapid activation of the p38MAPK/MSK1 pathway with characteristic downstream consequences on thephosphorylation of RARs and the expression of their target genes. Here I highlighted three novel paradigms in the field of the RARα subtype. I found that a fraction of the cellular RARα pool is present in membrane lipid rafts, where it interacts with G protein alpha Q in response to RA. This interaction is the signal for nongenomic effects, i.e. the activation of p38MAPK and of the downstream kinase MSK1. These effects have been correlated to the activation of RA-target genes, highlighting its physiological relevance. I identified a new binding partner of RARα, profilin IIA. I deciphered the mechanism of the interaction and found that it occurs in nuclei. Remarkably, profilin IIA modulates positively the genomic effects of RARα and is recruited with RARα to target genes promoters. Finally, in an attempt to decipher the relevance of the RARα interaction with profilin IIA, I found that RARα controls cell adhesion and spreading. This might suggest a novel genomic functionof RARα and profiling in the control of the expression of genes involved in adhesion. However, preliminary experiments indicate that a pool of RARα is present in the cytosol, suggesting also novel nongenomic effects. Whether RARα controls adhesion via its interaction in the cytosol proteins involved in adhesion will require further investigations.

L’acide rétinoïque (AR), dérivé actif de la vitamine A (rétinol) circulante, est une petite molécule lipophile contrôlant divers aspects de la mise en place du système nerveux central des vertébrés. L'AR influence notamment le développement précoce du cerveau antérieur, où il contrôle la prolifération et la survie des cellules progénitrices dans l'épithélium neural prosencéphalique. Le développement neural est un processus qui s'articule en trois grandes étapes : la phase d'expansion latérale (E9,5-E10,5 chez la souris), la phase de neurogenèse (E11,5-stades périnataux) et la phase de gliogenèse (stades périnataux-adulte). Nous avons montré que l'AR produit par les méninges à partir de E13 influence la spécification et la migration neuronale au cours de la phase de neurogenèse. De plus, nos travaux suggèrent un rôle plus précoce de l'AR pour la formation et la prolifération des populations progénitrices et neuronales avant et au début de la phase de neurogenèse. Une combinaison de signaux intrinsèques et extrinsèques contrôle divers aspects du développement neural cortical. Nos travaux placent l'AR parmi ces facteurs modulateurs de la neurogenèse corticale. / Retinoic acid (RA), an active vitamin A (retinol) metabolite, is a small lipophilic molecule controlling numerous events during central nervous system development in vertebrates. RA is involved in early forebrain development by controlling cell proliferation and survival in the prosencephalic neuroepithelium. Neural development is a process progressing through three key steps: a phase of lateral expansion (E9.5-E10.5 in the mouse), a phase of neurogenesis (E11.5-perinatal stages) and a gliogenic phase (perinatal stages-adult). My work has shown that RA produced by the developing meninges from E13 influences neuronal specification and migration during the phase of neurogenesis. Moreover, our data suggest an earlier role of RA during the production and proliferation of progenitor and neuronal populations, before and at the onset of the neurogenic phase. A combination of extrinsic and intrinsic signals is required to orchestrate the various aspects of cortical development. RA is likely to be one of such extrinsic factors modulating cortical neurogenesis.

Les cellules souches cancéreuses (CSC) représentent une sous-population de cellules tumorales à l’origine de l’hétérogénéité et de la croissance tumorale. Les CSC sont plus résistantes aux traitements, et à l’origine de la rechute et des métastases. L’identification des CSC constitue actuellement un enjeu majeur dans le développement de nouvelles thérapies ciblées pour inhiber la croissance tumorale et éradiquer le cancer. Dans ce travail, nous avons cherché à identifier, caractériser, et cibler les CSC dans l’adénocarcinome gastrique. Des modèles murins de xénogreffe de tumeurs primaires de patients atteints d'adénocarcinome gastrique hors cardia de types intestinal et diffus ont été développés, ainsi qu’un modèle de tumorsphere in vitro afin d’évaluer les capacités tumorigéniques de sous-populations tumorales. Nous avons identifié CD44 et l'aldéhyde déshydrogénase (ALDH) comme marqueurs d’enrichissement des CSC dans les 2 types d’adénocarcinomes gastriques, l’ALDH représentant un marqueur plus spécifique que CD44. Nous avons ensuite étudié l'effet de l’acide rétinoïque tout trans (ATRA), et nous avons montré que l'ATRA inhibe la formation et la croissance des tumorspheres in vitro ainsi que la croissance tumorale in vivo. Cet effet de l’ATRA passe par l’inhibition de l’expression des marqueurs souches et des capacités d'auto-renouvèlement des CSC. En conclusion, CD44 et ALDH sont des marqueurs de CSC dans les adénocarcinomes gastriques hors cardia de types intestinal et diffus, et le traitement par l’ATRA constituerait une stratégie commune de traitement pour cibler spécifiquement les CSC et inhiber la croissance tumorale dans ces deux types de cancer gastrique. / Cancer stem cells (CSCs) are a subpopulation of tumor cells at the origin of the heterogeneity and growth of tumors. CSCs are more resistant to treatment, and are responsible for relapse and metastasis. The identification of CSCs is a major challenge for the development of new targeted therapies to inhibit tumor growth and eradicate cancer. In this work, we aimed to identify, characterize, and target CSCs in gastric adenocarcinoma. Mouse models of primary tumor xenografts from intestinal and diffuse type non-cardia gastric adenocarcinomas from patients were developed, as well as an in vitro tumorsphere assay, to assess the tumorigenic capacity of subpopulations of tumor cells. We identified CD44 and aldehyde dehydrogenase (ALDH) as CSC enrichment markers in the two types of gastric adenocarcinoma, ALDH representing a more specific marker than CD44. We then studied the effect of All-trans retinoic acid (ATRA), and showed that it inhibited the formation and growth of tumorspheres in vitro and tumor growth in vivo. This effect of ATRA is due to the inhibition of stem marker expression and the self-renewal capacity of CSCs. In conclusion, CD44 and ALDH are effective CSC markers in intestinal and diffuse type non-cardia gastric adenocarcinomas, and treatment with ATRA provides a common treatment strategy to specifically target CSCs and inhibit tumor growth in both subtypes of this gastric cancer.

Plusieurs méthodes de capture antigénique ont été décrites dans l’intestin grêle, surtout en cas d’infection: échantillonnage direct par les cellules dendritiques (DC), capture par les macrophages qui délivrent ensuite l’antigène aux DC du stroma, passage des antigènes à travers les cellules caliciformes. Des travaux antérieurs in vitro dans le laboratoire ont montré l’importance de la myosine IIA dans la coordination de la migration des DC avec la capture et de l’apprêtement antigénique. L’objectif de ma thèse était de combiner plusieurs méthodes d’imagerie telle que la microscopie intravitale, la microscopie confocale ex vivo et l’immunofluorescence sur tissus à la cytométrie en flux pour déterminer l’impact de la myosine IIA sur la capture antigénique in vivo. Cette étude montre que les DC patrouillent en permanence dans l’épithélium de l’intestin grêle, y compris hors conditions infectieuses. Elles sont recrutées dans la lamina propria (LP) et pénètrent dans l’épithélium par transmigration à travers la membrane basale qui sépare ces deux compartiments. La myosine IIA est indispensable à la transmigration de CD103+CD11b+DC. Ces événements de transmigration surviennent plus fréquemment dans les parties proximales de l’intestin grêle, duodénum and jéjunum, que dans l’iléon. Chez les souris adultes, ces DC ne sont pas recrutées sous l’influence du microbiote mais sont sensibles au rétinal, un métabolite de la vitamine A qu’elles transforment en une molécule active l’acide trans-rétinoïque (AtRA). D’après notre analyse transcriptomique, les DC intra-épithéliales constituent une population homogène dont le profil est distinct de celui de leurs homologues de la LP. Elles sont enrichies en ARN des voies liées à l’apprêtement antigénique, l’autophagie et les lysosomes. Ces résultats suggèrent qu’elles ont une fonction différente des CD103+CD11b+DC de la LP: elles n’agissent pas sur la prolifération ni la différenciation des lymphocytes T mais contrôlent spécifiquement l’effectif des lymphocytes intra-épithéliaux CD8+αβ. Ces découvertes reflètent l’importance de l’épithélium comme première ligne de défense contre les pathogènes. Elles soulèvent également de nouvelles questions concernant la régulation de la réponse immune dans l’épithélium et les interactions mutuelles entre la lumière intestinale, l’épithélium et le stroma des villosités. / Several routes for antigen capture have been described in the small intestine, mainly upon pathogenic infection: direct sampling by Dendritic Cells (DCs), sampling by macrophages that deliver antigens to DCs in the stroma, antigenic passage through goblet cells. Previous in vitro work in the lab showed that myosin IIA is essential to coordinate antigen uptake and processing with DC migration. The objective of my thesis was to combine several imaging methods including intravital microscopy, ex vivo confocal microscopy and immunofluorescence on gut tissue to flow cytometry in order to unravel the impact of myosin IIA on DC physiology in vivo. My work shows that CD103+CD11b+ DCs, which are unique to the gut, constantly patrol the epithelium of the small intestine at steady state: they are recruited from the lamina propria (LP) and penetrate into the epithelium by transmigrating through the basal membrane that separates these two compartments. DC transmigration requires myosin IIA in vivo. Remarkably, we found that DC transmigration into the epithelium occurs mainly in the upper parts of the small intestine, the duodenum and the jejunum, but is not observed in the ileum. DC transmigration does not require the gut microbiota but relies on retinal, a vitamin A metabolite of that they convert into its active form all-trans retinoic acid (AtRA). Strikingly, single cell RNA-seq showed that intra-epithelial CD103+CD11b+ DCs constitute a homogenous cell population with a distinct transcriptomic signature from their LP counterpart. They are enriched with RNA related to antigen presentation, autophagy and lysosome pathways. Our results further suggest that these cells have a different function from LP CD103+CD11b+ DCs, as they do not significantly impact proliferation or differentiation of T helper lymphocytes but control the CD8+αβ intraepithelial lymphocytes (IELs) pool. These findings highlight the importance of the epithelial tissue as a first line of defense against pathogens in the upper parts of the small intestine. They also raise new questions about the regulation of the immune response in the epithelium and the mutual influences between lumen, epithelium and intestinal lamina propria.

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Depuis sa découverte en 1983, la recherche sur le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) a connu un essor exemplaire, permettant la mise en place de tests de dépistage sensibles et de traitements antirétroviraux (TARs) efficaces. Malgré ces traitements qui contrôlent la réplication virale à des niveaux plasmatiques indétectables, l’éradication du VIH n’est pas atteinte. L’ADN intégré du VIH persiste dans des sous-populations cellulaires et la réplication virale reprend après l’arrêt du traitement. Alors que la persistance des réservoirs du VIH dans les lymphocytes T CD4+ est bien documentée, la contribution des cellules myéloïdes n’est pas bien définie. De plus, les TAR ne bloquent pas la transcription du VIH, permettant ainsi une réplication virale résiduelle dans certains tissus tels que la muqueuse intestinale. Cette réplication résiduelle est une source d‘activation immunitaire chronique et une barrière contre la guérison. La survie des lymphocytes T CD4+ mémoires portant les réservoirs du VIH est dépendante, en partie, de l’interaction avec les cellules dendritiques (DCs), dans le cadre du processus de présentation antigénique. L’identification des signaux fournis par les DCs et menant à la réactivation transcriptionnelle des réservoirs du VIH reste un axe de recherche prioritaire afin d’identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques. Mes études doctorales ont eu pour but de comprendre la contribution directe et indirecte des cellules myéloïdes à la persistance du VIH-1 sous TAR. Dans la première partie de mon doctorat, je me suis intéressée à la contribution directe de différentes sous-population myéloïdes à la persistance des réservoirs du VIH sous TAR dans le sang et le colon des personnes vivant avec le VIH (PLWH). Nous avons démontré que la présence des réservoirs du VIH dans ces cellules myéloïdes était un évènement rare. En parallèle, j’ai réalisé des travaux dans un modèle de souris humanisées pour explorer l’existence et la contribution des cellules myéloïdes d’origine embryonnaire de longue durée de vie et capables d’autorenouvèlement à la persistance des réservoirs viraux sous TAR. Nous avons démontré que, contrairement aux lymphocytes T CD4+, les cellules myéloïdes résidant dans le foie et les poumons portent de l’ADN viral intégré avant, mais pas après la TAR, ce qui est un indicateur de leur faible contribution à la persistance du VIH sous TAR. Dans la deuxième partie de mon doctorat, je me suis intéressée à la contribution indirecte des cellules myéloïdes, et en particulier celle des DCs dérivées des monocytes (MDDCs) classiques CD16- versus intermédiaires/non-classiques CD16+. Nous avons démontré que les MDDCs CD16+ se distinguent des MDDC CD16- par l’activité élevée de leur enzyme RALDH métabolisant la vitamine A en acide rétinoïque et leur capacité supérieure à transmettre le VIH aux lymphocytes T CD4+ spécifiques/réactives au Staphylococcus aureus (S. aureus). De plus, nous avons démontré que les MDDC RALDH+ contribuent à l'établissement et à la réactivation des réservoirs du VIH dans les cellules T spécifiques à certains pathogènes non-VIH, tels que S. aureus, via un mécanisme dépendant de la production de l’acide rétinoïque par les MDDC en réponse à des ligands du recepteur de type Toll (TLR) 2. Ensemble, mes études doctorales démontrent que, bien que les cellules myéloïdes contribuent rarement de façon directe à la persistance des réservoirs du VIH, leur rôle indirect est important dans ce processus via l’interaction avec les lymphocytes T CD4+. De plus, les résultats que j’ai générés élargissent les connaissances sur la spécificité antigénique des lymphocytes T CD4+ mémoires portant les réservoirs du VIH et identifient l’enzyme RALDH comme une potentielle cible thérapeutique pour limiter la dissémination du virus et la persistance des réservoirs au niveau des muqueuses. Dans la première partie de mon doctorat, je me suis intéressée à la contribution directe de différentes sous-population myéloïdes à la persistance des réservoirs du VIH sous TAR dans le sang et le colon des personnes vivant avec le VIH (PLWH). Nous avons démontré que la présence des réservoirs du VIH dans ces cellules myéloïdes était un évènement rare. En parallèle, j’ai réalisé des travaux dans un modèle de souris humanisées pour explorer l’existence et la contribution des cellules myéloïdes d’origine embryonnaire de longue durée de vie et capables d’autorenouvèlement à la persistance des réservoirs viraux sous TAR. Nous avons démontré que, contrairement aux lymphocytes T CD4+, les cellules myéloïdes résidant dans le foie et les poumons portent de l’ADN viral intégré avant, mais pas après la TAR, ce qui est un indicateur de leur faible contribution à la persistence du VIH sous TAR. Dans la deuxième partie de mon doctorat, je me suis intéressée à la contribution indirecte des cellules myéloïdes, et en particulier celle des DCs dérivées des monocytes (MDDCs) classiques CD16- versus intermédiaires/non-classiques CD16+. Nous avons démontré que les MDDCs CD16+ se distinguent des MDDC CD16- par l’activité élevée de leur enzyme RALDH métabolisant la vitamine A en acide rétinoïque et leur capacité supérieure à transmettre le VIH aux lymphocytes T CD4+ spécifiques/réactives au Staphylococcus aureus (S. aureus). De plus, nous avons démontré que les MDDC RALDH+ contribuent à l'établissement et à la réactivation des réservoirs du VIH dans les cellules T spécifiques à certains pathogènes non-VIH, tels que S. aureus, via un mécanisme dépendant de la production de l’acide rétinoïque par les MDDC en réponse à des ligands du recepteur de type Toll (TLR) 2. Ensemble, mes études doctorales démontrent que, bien que les cellules myéloïdes contribuent rarement de façon directe à la persistance des réservoirs du VIH, leur rôle indirect est important dans ce processus via l’interaction avec les lymphocytes T CD4+. De plus, les résultats que j’ai générés élargissent les connaissances sur la spécificité antigénique des lymphocytes T CD4+ mémoires portant les réservoirs du VIH et identifient l’enzyme RALDH comme une potentielle cible thérapeutique pour limiter la dissémination du virus et la persistance des réservoirs au niveau des muqueuses. / Since the discovery of the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) in 1983, significant breakthroughs have led to efficient and sensitive viral tests, as well as potent antiviral therapies (ART). However, although ART controls viral replication to undetectable plasma levels, viral eradication is yet not achieved. Integrated HIV-DNA persists in different cell subsets, and viral replication resumes after treatment interruption. While HIV persistence is well characterized in CD4+ T-cells, the contribution of myeloid cells remains elusive. Notably, ART does not inhibit HIV transcription, thus allowing for residual viral replication in tissues such as the gut. This low level of viral replication contributes to chronic immune activation and represents a major challenge in developing a cure. Memory CD4+ T-cells bearing HIV reservoirs interact with dendritic cells (DCs) in an antigen specific manner, resulting in T-cell clonal expansion. Hence, we need to identify cellular signals provided by DCs that lead to transcriptional reactivation of HIV reservoirs. During my Ph.D., I studied the direct and indirect mechanisms by which myeloid cells contribute to HIV persistence during ART. In the first part of my thesis, I studied the direct contribution of myeloid subsets to the persistence of the HIV reservoir during ART. We demonstrated that HIV persistence in myeloid cells is a rare event in the blood and colon of ART-treated people living with HIV (PLWH). In parallel, we used humanized mice (hu-BLT) to explore the contribution of long-lived tissue-resident macrophages (LL-TRM), with embryonic origin and self-renewal capacity to the HIV reservoir during ART. We demonstrated that myeloid cells in this hu-BLT mouse model, are permissive to HIV infection, but are not HIV reservoirs during ART. These results point to the need for establishing new models allowing LL-TRM development for HIV reservoir studies. In the second part of my thesis, I studied the indirect contribution of DCs derived from classical (CD16-) or intermediate/non-classical (CD16+) monocyte origin. We identified that, in contrast to CD16- monocyte-derived DCs (MDDCs), CD16+ MDDCs exhibit a superior activity of the RALDH enzyme, involved in retinoic acid metabolism, and a higher capacity to transmit HIV to CD4+ T-cells specific/reactivated to Staphylococcus aureus (S. aureus). Furthermore, we demonstrated that RALDH+ MDDCs contribute to HIV reservoir establishment and reactivation in T-cells with specificity to non-HIV pathogens (e.g. S. aureus) through a retinoic acid-dependent mechanism in response to Toll like receptor (TLR) 2 stimulation. Together, these results underline the key role of CD16+ MDDCs and bacterial/fungal pathogens in fueling HIV reservoir establishment/outgrowth via a RALDH/RA-dependent mechanism that may be therapeutically targeted. In conclusion, my doctoral work demonstrated that, despite the rare direct contribution of myeloid cells to the HIV reservoir, these cells play an important indirect role through their ability to interact with CD4+ T-cells and to modulate their functions. These results extend the knowledge on the antigenic specificity of memory CD4+ T-cells harboring HIV reservoirs and they identify the RALDH/retinoic acid pathway as a potential therapeutic target to limit viral dissemination and persistence of viral reservoirs in mucosal sites.