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L’infection par le VIH-1 est caractérisée par une déplétion progressive des cellules T CD4+ ainsi que par un dysfonctionnement des cellules T qui, en l’absence de traitements anti-rétroviraux, conduit inéluctablement à la progression de la maladie vers le stade SIDA. Certains des mécanismes impliqués dans ce dysfonctionnement de la réponse cellulaire T ont été élucidés et ont révélé un rôle important de la molécule PD-1 dans l’exhaustion des cellules T en phase chronique de l’infection. En effet, des niveaux élevés de PD-1 ont été associés à une charge virale élevée ainsi qu’à une diminution de la production de cytokines et de la capacité de proliférer des cellules T spécifiques du virus. De plus, bloquer in vitro l’interaction de PD-1 avec son ligand PD-L1 en utilisant un anticorps bloquant rétabli la fonction de ces cellules. De façon intéressante, notre groupe ainsi que d’autres équipes, ont montré que l’expression de PD-1 était non seulement augmentée sur les cellules spécifiques de l’antigène mais aussi sur les cellules T totales. Cependant, peu de choses sont connues quant à l’impact de l’expression de PD-1 sur le renouvellement et la différenciation des cellules T qui expriment PD-1, et ce au cours de l’infection. L’expression de PD-1 n’a notamment pas été étudiée en phase aigue de l’infection. Nous montrons clairement que, aussi bien chez les individus en phase aigue qu’en phase chronique de l’infection, l’expression de PD-1 est augmentée sur toutes les sous-populations T, y compris les cellules naïves. Nous avons également mis en relief une distribution anormale des sous-populations T, ces cellules ayant un phénotype plus différencié, et ce à tous les stades de la maladie. Dans cette thèse, nous discutons le rôle possible de PD-1 dans l’homéostasie des cellules T chez les individus infectés par le VIH-1. En étudiant la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection, nous avons trouvé que les sous-populations T CD8+ des individus récemment infectés exprimaient moins de PD-1 que celles des individus à un stade plus avancé de la maladie. Ces niveaux plus élevés de PD-1 sur les cellules T CD8+ en phase chronique sont associés à des niveaux réduits de prolifération in vivo – comme mesuré par l’expression de Ki67 – suggérant que l’expression de PD-1 est partiellement impliquée dans cette perte de fonction des cellules T CD8+. De plus, les cellules naïves s’accumulent en fréquence lors de la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection. Considérant que les cellules naïves expriment déjà des hauts niveaux de PD-1, nous avons émis l’hypothèse que l’activation initiale des cellules T chez les individus chroniquement infectés est affectée. En résumé, nous proposons un modèle où des hauts niveaux d’expression de PD-1 sont associés à (1) un dysfonctionnement de la réponse cellulaire T CD8+ et (2) un défaut d’activation des cellules naïves ce qui contribue non seulement à la progression de la maladie mais aussi ce qui va limiter l’efficacité de potentiels vaccins dans l’infection par le VIH-1 en empêchant toute nouvelle réponse d’être initiée. Afin de mieux disséquer la réponse immunitaire mise en place lors d’une infection comme celle du VIH-1, nous avons développé un outil qui permet de détecter les cellules T CD4+ i.e. des tétramères de CMH de classe II. Ces réactifs ont pour but d’augmenter l’avidité du CMH de classe II pour son ligand et donc de détecter des TCR de faible affinité. Dans cette thèse, nous décrivons une méthode originale et efficace pour produire diverses molécules de HLA-DR liant de façon covalente le peptide antigénique. Mieux déterminer les mécanismes responsables de l’exhaustion des cellules T dans l’infection par le VIH-1 et de la progression de la maladie, ainsi que développer des outils de pointe pour suivre ces réponses T, est central à une meilleure compréhension de l’interaction entre le virus et le système immunitaire de l’hôte, et permettra ainsi le développement de stratégies pertinentes pour lutter contre l’infection par le VIH-1. / HIV-1 infection leads to a progressive CD4+ T cell depletion and T cell dysfunction, which in the absence of successful anti-retroviral therapy, results in individuals progressing to AIDS. Some of the underlying mechanisms for this T cell dysfunction have been elucidated and reveal an important role for the inhibitory receptor program death-1 (PD-1) in T cell exhaustion during chronic HIV-1 infection. Indeed, PD-1 up regulation correlates with increased viral load as well as decreased cytokine production and proliferative capacity of HIV-1 specific T cells. Moreover, blocking in vitro the interaction of PD-1 with its counter-receptor PD-L1 using antibodies restores HIV-1 specific T cell effector functions. Interestingly, our group and others have shown that levels of PD-1 during chronic HIV-1 infection are not only up regulated on virus-specific T cells but also on the total pool of CD4+ and CD8+ T cells. However, little is known about the impact of PD-1 expression on the turnover and maturation status of the PD-1 expressing cells during the course of the disease. Of note, PD-1 expression has never been investigated in acute HIV-1 infection. In this thesis, we clearly show that, in both acutely and chronically HIV-1 infected individuals, PD-1 is up regulated on all T cell subsets, including naïve T cells. We also uncovered an abnormal distribution of T cell subsets toward a more differentiated phenotype at all stages of the disease. In this thesis, we discuss the possible role of PD-1 in the homeostasis breakdown observed in HIV-1 infected individuals. More interestingly, if we focus on the transition from the acute to the chronic phase of the infection, we found that PD-1 is expressed at much lower levels on total CD8+ T cell subsets from acutely infected individuals than chronically infected individuals. These augmented PD-1 expression levels on CD8+ T cell in chronic infection are associated with reduced levels of in vivo cell proliferation - as monitored by Ki67 expression - suggesting that PD-1 expression may be partially responsible for the loss of CD8+ T cell function. In addition, naïve T cells accumulate in frequency during the transition from the acute to the chronic phase of the infection. Considering that naïve T cells already express high levels of PD-1, we hypothesize that priming of T cell might be impaired in chronically infected individuals. Altogether, we propose a model where high PD-1 expression is associated with (1) impaired CD8+ T cell function in chronic HIV-1 infection and suggest that lower levels of PD-1 may partially preserve the CD8+ T cell function and (2) impaired priming of T cells contributing to the progressive immunodeficiency in HIV-1 infection but also limiting the effectiveness of vaccine strategies by preventing any new responses to be triggered. To better understand immune responses in infection such as HIV-1 disease, we next developed multimeric reagents for the detection of CD4+ T cells, namely tetramers of HLA-DR molecules. These reagents aim at increasing the overall avidity of peptide-MHC class II complexes to detect low affinity TCRs. In this thesis, we describe a versatile and efficient method to produce different soluble HLA-DR molecules covalently linked to antigenic peptides. Gaining further insights into mechanisms underlying T cell exhaustion and disease progression, in addition to the development of state-of-the-art immune monitoring tools, will be crucial in better understanding of the interplay between the virus and the host immune system, leading to rational strategies in the fight against the AIDS epidemic.

Le Streptocoque de groupe B (GBS) est un important agent d’infection invasive pouvant mener à la mort et demeure la cause principale de septicémie néonatale à ce jour. Neuf sérotypes ont été officiellement décrits basés sur la composition de la capsule polysaccharidique (CPS). Parmi ces sérotypes, le type III est considéré le plus virulent et fréquemment associé aux maladies invasives graves, telle que la méningite. Malgré que plusieurs recherches aient été effectuées au niveau des interactions entre GBS type III et les cellules du système immunitaire innées, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire adaptative dirigée contre ce dernier. Notamment, le rôle de cellules T CD4+ dans l’immuno-pathogenèse de l’infection causée par GBS n’a jamais été étudié. Dans cet étude, trois différents modèles murins d’infection ont été développé pour évaluer l’activation et la modulation des cellules T CD4+ répondantes au GBS de type III : ex vivo, in vivo, et in vitro. Les résultats d’infections ex vivo démontrent que les splénocytes totaux répondent à l’infection en produisant des cytokines de type-1 pro-inflammatoires. Une forte production d’IL-10 accompagne cette cascade inflammatoire, probablement dans l’effort de l’hôte de maintenir l’homéostasie. Les résultats démontrent aussi que les cellules T sont activement recrutées par les cellules répondantes du système inné en produisant des facteurs chimiotactiques, tels que CXCL9, CXCL10, et CCL3. Plus spécifiquement, les résultats obtenus à partir des cellules isolées T CD4+ provenant des infections ex vivo ou in vivo démontrent que ces cellules participent à la production d’IFN-γ et de TNF-α ainsi que d’IL-2, suggérant un profil d’activation Th1. Les cellules isolées T CD4+ n’étaient pas des contributeurs majeurs d’IL-10. Ceci indique que cette cytokine immuno-régulatrice est principalement produite par les cellules de l’immunité innée de la rate de souris infectées. Le profil Th1 des cellules T CD4+ a été confirmé en utilisant un modèle in vitro. Nos résultats démontrent aussi que la CPS de GBS a une role immuno-modulateur dans le développement de la réponse Th1. En résumé, cette étude adresse pour la première fois, la contribution des cellules T CD4+ dans la production d’IFN-γ lors d’une infection à GBS et donc, dans le développement d’une réponse de type Th1. Ces résultats renforcent d’avantage le rôle central de cette cytokine pour un control efficace des infections causées par ce pathogène. / Group B Streptococcus (GBS) is an important agent of life-threatening invasive infections and remains the leading cause of neonatal sepsis to this day. Nine serotypes have been officially described based on capsular polysaccharide (CPS) composition. Among them, capsular type III is considered one of the most virulent and frequently associated with severe invasive diseases, such as meningitis. Although extensive research has been done on the interactions between GBS type III and various cells of the innate immune system, no information is available on the regulation of the adaptive immune response against this pathogen. In particular, the role of CD4+ T cells in the immuno-pathogenesis of the infection caused by GBS has never been assessed. In this study, three different models of murine infection were developed to evaluate activation and modulation of responding CD4+ T cells against GBS type III: ex vivo, in vivo, and in vitro. Ex vivo analysis of total splenocytes showed that GBS induces the release of type-1 pro-inflammatory cytokines. A strong IL-10 production follows this inflammatory cascade, indicating the host effort to maintain homeostasis. Results also indicate that T cells were actively recruited by responding innate immune cells via the release of chemotactic factors such as CXCL9, CXCL10, and CCL3. More specifically, results obtained from isolated CD4+ T cells from ex vivo or in vivo infections showed that they actively participate in the production of IFN-γ and TNF-α, as well as IL-2, suggesting a Th1 profile of activation. On the other hand, isolated CD4+ T cells were not main sources of IL-10. This observation suggests that this immuno-regulatory cytokine is produced mainly by cells of the spleen innate immune system of infected animals. The CD4+ Th1 cell profile was confirmed using an in vitro model of infection. Our results also suggest that the GBS CPS plays an immuno-modulatory role in the development of a Th1 response. In summary, this study addresses for this first time the contribution of CD4+ T cells in IFN-γ production during GBS infection, and thus, in the development of a Th1 response. Our data further highlight the central role of this cytokine for effective control of GBS infections.

Contexte : Notre incapacité à guérir le VIH/SIDA vient au moins en partie du fait que le VIH établit et maintient des réservoirs cellulaires à l'abri des effets de la thérapie antirétrovirale combinée (cART) et de l'immunité de l'hôte. Alors que les composantes des réservoirs sont bien connues chez les adultes, la composition et l'évolution de ces réservoirs chez les enfants infectés verticalement sont moins bien comprises. Notre objectif était d'examiner les effets de l’âge de l’enfant au moment de l’initiation de la cART et de l'obtention d'une suppression virale soutenue (SVS) sur la taille et la nature du réservoir du VIH chez les enfants et les adolescents. Méthodes : À l'aide de la méthode HIV-Flow, la taille et la distribution des sous-types cellulaires du réservoir viral compétent pour la traduction ont été évaluées dans les cellules T CD4+ purifiées obtenues d'enfants et d'adolescents infectés verticalement (n=34) qui participaient à l'étude EPIC4 et qui ont été groupés selon l'âge (0-5, 5-10, 10-18 ans) et l’atteinte de la SVS. Résultats : Les différences de taille de réservoir entre les participants masculins et féminins ou entre les groupes d'âge n'étaient pas statistiquement significatives (p=0.5003, p=0.9410). Les cellules T CD4+ naïves étaient les principales contributrices au réservoir de cellules productrices de p24 dans tous les groupes d'âge, comparé aux cellules à mémoire centrale (CM), à mémoire effectrice (EM) et terminalement différenciées (TD) (p=0.001, p<0.0001, p<0.0001). La forte représentation des cellules T CD4+ naïves dans le pool total de cellules T CD4+ (⁓68% à >80%) peut expliquer cette contribution. Les cellules CM avaient tendance à présenter des fréquences plus élevées de cellules p24+ chez les adolescents par rapport aux groupes d'âge plus jeunes. Une corrélation négative a été observée entre la fréquence des cellules p24+ et la proportion de vie sous SVS (r=-0.3215, p=0.0318) ainsi que la proportion de vie sous cART efficace (r=-0.3197, p=0.0327). Conclusion : Contrairement aux adultes infectés par le VIH, le réservoir cellulaire hébergeant le VIH compétent pour la traduction chez les enfants et les adolescents infectés verticalement est principalement composé de cellules T CD4+ naïves, avec un profil de distribution se rapprochant progressivement avec l’âge de celui des adultes. Ces résultats éclairent et renforcent les orientations fondées sur des données probantes pour la prise en charge clinique et le traitement de l'infection verticale par le VIH. / Background: Our inability to cure HIV/AIDS stems at least in part from the fact that HIV establishes and maintains cellular reservoirs where it shelters from the effects of combination antiretroviral therapy (cART) and host immunity. Whereas reservoir components are well known in adults, the composition and evolution of these reservoirs in vertically infected children are incompletely understood. Our objective was to examine the effects of the timing of cART initiation and achievement of sustained viral suppression (SVS) on the size and nature of the HIV reservoir in children and adolescents. Methods: Using the HIV-Flow method, size and cell subset distribution of the translation competent viral reservoir were assessed in purified CD4+ T cells from vertically infected children and adolescents (n=34) with and without SVS, who were enrolled in the EPIC4 study and stratified according to age (0-5, 5-10, 10-18 years) and achievement/duration of SVS. Results: Differences in reservoir size between male and female participants or across age groups were not statistically significant (p=0.5003, p=0.9410). Naïve CD4+ T cells were the main contributor to the pool of p24-producing cells in all age groups as compared to central memory (CM), effector memory (EM), and terminally differentiated (TD) (p=0.001, p<0.0001, p<0.0001). The large representation of naïve CD4+ T cells in the total CD4+ T cells pool (⁓68% to >80%) can explain this contribution. CM cells tended to carry higher frequencies of p24+ cells in adolescents compared to younger age groups. A negative correlation was observed between the frequency of p24-positive cells and the proportion of life under SVS (r=-0.3215, p=0.0318) as well as the proportion of life under effective cART (r=-0.3197, p=0.0327). Conclusion: Unlike HIV-infected adults, the cellular reservoir harboring translation competent HIV in vertically infected children and adolescents is mostly comprised of naïve CD4+ T cells, with a distribution profile progressively transitioning to that of adults. These results inform and reinforce evidence-based guidance for the management of vertical HIV infection.

La découverte du virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) en 1983 a été suivie d'avancées majeures dans la compréhension de la pathogenèse de la maladie et la caractérisation moléculaire du cycle de réplication virale. Ces connaissances ont permis la conception et l’implantation de thérapies antirétrovirales (TAR) capables de contrôler efficacement la réplication virale à des niveaux plasmatiques indétectables, réduisant ainsi fortement le risque de transmission et transformant l'épidémie mortelle en une maladie chronique gérable. Malgré ces progrès, l'infection par le VIH-1 demeure un problème de santé important au niveau international. Le principal obstacle à la guérison du VIH-1 comprend la persistance de réservoirs viraux dans les cellules immunitaires à longue durée de vie, nécessitant ainsi un traitement à vie chez les personnes vivant avec le VIH (PVVIH). Au cours de l'infection par le VIH, une déplétion progressive des lymphocytes T CD4+ est observée. Une fraction de ces cellules retrouvée majoritairement aux muqueuses sous l’appellation Th17 représente la première cible de l'infection par le VIH, ce qui mène à leur déplétion dans le tractus gastro-intestinal. Les cellules Th17 sont essentielles au maintien de l'homéostasie intestinale; par conséquent, l'infection par le VIH provoque des altérations majeures de l'immunité intestinale. Malgré des stratégies thérapeutiques efficaces capables de supprimer la réplication du VIH, les cellules Th17 ne sont pas reconstituées dans l'intestin, et ce, même lors d’une initiation précoce de la TAR. La perte des cellules Th17 dans l'intestin des PVVIH entraîne une translocation microbienne et une inflammation systémique et, de ce fait, peut contribuer à des comorbidités non liées au SIDA chez des individus virologiquement supprimés. Malgré leur appauvrissement, il a été démontré que des sous-ensembles spécifiques de cellules Th17 à longue durée de vie supportent un réservoir viral chez les PVVIH sous TAR. En effet, nous avons montré qu'une sous-population de cellules CCR6+ Th17 infiltrant le côlon est un réservoir de VIH enrichi chez les PVVIH sous TAR. Cette permissivité à l’infection et cette contribution à la persistance virale appuient l’hypothèse selon laquelle les cellules Th17 jouent un rôle fondamental dans l’immunopathologie du VIH. Afin de mieux comprendre l’interrelation entre ces cellules immunitaires et le VIH, dans la première partie de cette thèse, je me suis intéressé à déterminer l'effet de l'IL-17A, la cytokine clé de ce compartiment cellulaire, sur la capacité des cellules épithéliales intestinales à favoriser l'infection et la réactivation du réservoir viral. Nous avons observé que l'IL-17A agit en synergie avec le TNF pour favoriser la production de CCL20, une chimiokine dont le récepteur, CCR6, est fortement exprimé par les cellules Th17. Cette activité synergique promeut également la trans-infection par le VIH des cellules T CD4 + et l’expansion virale dans les cellules de PVVIH sous TAR. Par ailleurs, l'IL-17A médie une signature moléculaire pro-inflammatoire et provirale caractérisée par une diminution de l'expression des facteurs de restriction du VIH induits par l'interféron de type I. Ces résultats soutiennent que, malgré le rôle bénéfique de l'IL-17A sur l'homéostasie muqueuse, cette cytokine peut contribuer à la dissémination et à la persistance du VIH. Puisque le développement et la différenciation des cellules Th17 dépendent fondamentalement de l'expression du facteur de transcription RORC2, dans la deuxième partie de cette thèse, nous évaluons l’Implication de RORC2 comme facteur de dépendance de la réplication du VIH et de la réactivation virale. Nous avons constaté que RORC2 joue un rôle majeur lors de l'infection par le VIH et que son inhibition pharmacologique à l'aide de petites molécules qui se lient au domaine de liaison du ligand RORC2 réduit la réplication du VIH dans la lignée cellulaire Jukart et dans les cellules primaires T CD4 infectées in vitro. De plus, l’interférence génétique de l’expression de RORC2 prévient la réplication du VIH, tandis que sa surexpression a l’effet opposé. Dans les cellules de PVVIH traitées, il a été constaté que les lymphocytes T CD4 exprimant RORC2 étaient surreprésentés dans le réservoir viral par rapport aux lymphocytes T CD4 RORC2-. Tout comme dans les cellules infectées in vitro, l'inhibition pharmacologique de RORC2 dans les lymphocytes T CD4 de ces participants bloque l'excroissance du VIH. Ces résultats suggèrent que ce régulateur transcriptionnel central aux cellules Th17 représente une cible à ce compartiment cellulaire pour le traitement du VIH. Enfin, la déplétion des cellules Th17 au niveau de la muqueuse intestinale est un moteur crucial de la translocation microbienne et de l'activation immunitaire chronique. Cette activation immunitaire est d’ailleurs associé à la survenue de comorbidités non liées au SIDA. Ainsi, dans la troisième partie de la thèse, nous avons cherché à identifier une signature immunologique liée à l'athérosclérose subclinique chez les PVVIH sous TAR. Nous avons constaté que les PVVIH atteintes d'athérosclérose subclinique présentaient une augmentation des taux plasmatiques de fibrinogène, une réduction de la fréquence des Th17 et des rapports Th17/Treg, ainsi qu'une augmentation de la fréquence des monocytes non classiques à phénotype CCR9low HLADRhigh. En conclusion, les travaux de cette thèse ont permis d’approfondir les connaissances sur l'importance des cellules Th17 au cours de l'évolution de l'infection par le VIH, notamment dans l'établissement de comorbidités non liées au SIDA, telles que les maladies cardiovasculaires. Ces nouveaux résultats se montrent essentiels dans la considération des cellules Th17 comme une nouvelle cible potentielle d'interventions thérapeutiques pour la rémission et la guérison du VIH. / The discovery of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) in 1983 was followed by major advances in understanding disease pathogenesis and the elucidation of the viral replication cycle at the molecular level. This knowledge allowed the design and implementation of antiretroviral therapy (ART) that efficiently controls viral replication at undetectable plasma levels, thus robustly reducing the risk of transmission and transforming the deadly epidemic into a manageable chronic disease. Despite these advances, HIV-1 infection remains a significant health issue at the international level. The major barrier to HIV-1 cure is the persistence of viral reservoirs in long-lived immune cells, therefore requiring life-long treatment in people living with HIV (PLWH). During HIV infection, there is a progressive depletion of CD4+ T-cells. A subset of mucosal CD4+ T-cells denominated Th17 cells are the first targets of HIV infection and are depleted in the gastrointestinal tract. Th17 cells are critical for maintaining intestinal homeostasis; therefore, HIV infection causes major disruptions of intestinal immunity. Despite effective ART regimens able to suppress HIV replication, Th17 cells are not replenished in the intestine, not even when ART is initiated during the early phases of acute infection. The depletion of Th17 cells in the gut of PLWH leads to microbial translocation and systemic inflammation and, therefore, may contribute to non-AIDS co-morbidities in fully virological suppressed subjects. Despite their depletion, specific subsets of long-lived Th17 cells were demonstrated to carry viral reservoirs in ART-treated PLWH. Previous studies by our group and others have shown that CD4+ T-cells expressing the Th17 marker CCR6 are enriched in HIV reservoirs in the blood and the colon of ART-treated PLWH. This evidence supports the hypothesis that Th17 features play a pivotal role in HIV immunopathology and viral reservoir persistence during ART. Considering the importance of Th17 cells in HIV infection, in the first part of this thesis, I was interested in determining the effect of IL-17A, the Th17 hallmark cytokine, on intestinal epithelial cells (IEC) ability to promote HIV trans infection and viral reservoir reactivation in CD4+ T-cells. We observed that IL-17A acts in synergy with TNF to promote the production of CCL20, a Th17-attractant chemokine, and promote HIV trans-infection of CD4+ T cells and HIV outgrowth from cells of ART-treated PLWH. IL-17A-mediated a pro-inflammatory and pro-viral molecular signature. The pro-viral molecular signature was characterized by a decreased expression of type I interferon-induced HIV restriction factors. These results demonstrate that despite the beneficial role of IL-17A on mucosal homeostasis, it also contributes to HIV dissemination and viral reservoir reactivation. Since Th17 development and differentiation depend on the expression of the master transcriptional regulator RORC2, in the second part of this thesis, we evaluate RORC2 as a positive regulator of HIV replication and viral reactivation. We found that RORC2 is a critical host dependency factor during HIV infection. The pharmacological inhibition of RORC2 using small molecules that bind to the RORC2 ligand-binding domain (LBD) reduced HIV replication in Jurkat cells and primary CD4+T cells in vitro. Additionally, the genetic interference with RORC2 expression inhibited HIV replication, while RORC2 overexpression boosted it. In people living with HIV receiving ART, RORC2+ were enriched in HIV reservoirs compared to RORC2- CD4+ T-cells. The pharmacological inhibition of RORC2 blocked HIV outgrowth in CD4+ T-cells from ART-treated PLWH. These results suggest that the Th17 master transcriptional regulator RORC2 represents a novel putative Th17-specific target for HIV therapy. Finally, Th17 cell depletion at the intestinal mucosal level is a crucial driver of microbial translocation and chronic immune activation. The latest was associated with the occurrence of non-AIDS comorbidities. Thus, in the third part of the thesis, we sought to identify an immunological signature associated with subclinical atherosclerosis in PLWH receiving ART. We found that PLWH with subclinical atherosclerosis had increased plasma fibrinogen levels, reduced Th17 frequency and Th17/Treg ratios, and increased frequencies of CCR9lowHLADRhigh nonclassical monocytes. In conclusion, the work of this thesis extends the knowledge of the relevance of Th17 cells during the course of HIV infection, including the establishment of non-AIDS comorbidities such as cardiovascular disease. This knowledge is vital when considering Th17 cells as a novel potential target of therapeutic interventions for HIV remission and cure.

Dans les conditions physiologiques des robustes mécanismes immunologiques empêchent le développement des réponses exagérées aux antigènes alimentaires. En revanche, dans le cas de maladie céliaque, qui affecte environ 1% de la population occidentale, l’exposition au gluten alimentaire d’individus génétiquement prédisposés HLA-DQ2.5/DQ8 provoque l’entéropathie chronique de l’intestin grêle. Les études précédentes chez l’homme ont établi le rôle crucial de la réponse cellulaire T CD4+ restreinte par HLA-DQ2.5/DQ8 et spécifique du gluten. La réponse T CD4+ est nécessaire mais cependant insuffisante pour induire des lésions tissulaires. D’autres études ont suggéré le rôle de l’interleukine 15 (IL-15). Ainsi, l’IL-15 surexprimée dans la muqueuse des patients céliaques peut interférer avec les mécanismes d’immunorégulation et stimuler l’activation des lymphocytes intraépithéliaux T CD8+ cytotoxiques probablement induisant des lésions épithéliales. Comment les cellules T CD4+ spécifiques du gluten et l’IL-15 interagissent pour activer les lymphocytes intraépithéliaux T CD8+ et induisent des lésions n’a pas été toutefois établi. Pour répondre à cette question, nous avons créé un modèle murin basé en croisant des souris OTII possédant des cellules T CD4+ spécifiques de l’antigène modèle, ovalbumine, avec les souris transgéniques hétérozygotes surexprimant une forme secrétée de l’IL-15 humaine dans l’épithélium intestinale (souris hIL-15Tge). Les souris obtenues OTII+/- B6 and OTII+/- hIL-15Tge+/- ont été mises au régime riche en ovalbumine depuis la période prénatale jusqu’à l’âge de 3 mois. Les souris OTII+/- hIL-15Tge+/-, contrairement aux souris OTII+/- B6, exposées de façon chronique à l’ovalbumine ont développé un retard de croissance et une atrophie villositaire associée à l’expansion des cellules intestinales T CD8+ cytotoxiques, comme dans la maladie céliaque. En outre, nous avons démontré que l’IL-15 altérait l’immunorégulation par les cellules T FoxpP3+ et coopérait avec l’IL-2, produite par les cellules T CD4+ activées par l’OVA, pour l’expansion des cellules T CD8+ non-spécifiques de l’OVA. Nous suggérons que le scénario similaire pourrait opérer dans la maladie céliaque. Au cours de cette étude, j’ai observé que la surexpression chronique de l’IL-15 était associée avec l’expansion de cellules dendritiques CD103+CD11c+CD11b-. Dans la partie de résultats supplémentaires, j’ai démontré que cet effet dépend de la production de la cytokine GM-CSF secrétée par les cellules Natural Killer (NK) activées par l’IL-15 et que ces cellules dendritiques étaient enrichies en cellules CD103+ ayant une capacité accrue de cross-présentation in vitro. Ces derniers résultats illustrent comment l’IL-15 peut moduler les réponses immunes adaptatives en orchestrant la coopération entre les cellules NK et les phagocytes mononucléaires. / In physiological conditions, robust immunological mechanisms avoid adverse responses to food antigens. In contrast, in celiac disease that affects about 1% of Western populations, exposure to dietary gluten of genetically predisposed HLA-DQ2.5/ DQ8 individuals triggers a chronic small intestinal enteropathy. Previous studies in humans have established the crucial role of HLA-DQ2/DQ8 restricted gluten-specific intestinal CD4 T cell response. This CD4 T cell response is necessary but is however not sufficient to induce tissue damage. Other studies have pointed to the role of interleukin 15 (IL-15). Thus, IL-15 over-expressed in the mucosa of celiac patients can interfere with immunoregulatory mechanisms and stimulate the activation of cytotoxic CD8 T intraepithelial lymphocytes, thought to induce epithelial lesions. Whether and how gluten-specific CD4 T cells and IL-15 interact to activate CD8 T intraepithelial lymphocytes and to drive intestinal tissue damage has not been however established. To address this question, we have set up a mouse model based on the breeding of OTII mice possessing CD4 T cells specific of a model antigen, ovalbumin, with heterozygous transgenic mice overexpressing a secreted form of human IL-15 in intestinal epithelium (hIL-15Tge mice). Resulting OTII+/- B6 and OTII+/- hIL-15Tge+/- mice were exposed to dietary ovalbumin from the prenatal period until 3 months of age. Upon chronic exposure to ovalbumin, OTII+/- hIL-15Tge+ mice, contrary to their OTII+/- B6 littermates, developed growth retardation, and villous atrophy associated with expansion of intestinal cytotoxic CD8 T cells, as in celiac disease. Moreover, we showed that IL-15 impaired immunoregulation by FoxP3+ T cells and cooperated with IL-2 produced by OVA-activated CD4 T cells to stimulate the expansion of non-cognate cytotoxic CD8 T cells. We suggest that a comparable scenario can operate in celiac disease. During this study, I observed that chronic overexpression of IL-15 was associated with an expansion of CD103+CD11c+CD11b- mononuclear cells. In the Supplementary results, I have shown that this effect depends on the production of GM-CSF secreted by IL-15-activated NK cells and that CD11c+ DCs differentiated in mice overexpressing IL-15 were enriched in CD103+ cells and displayed enhanced cross-presentation abilities in vitro. The latter results illustrate how IL-15, by orchestrating a crosstalk between NK cells and mononuclear phagocytes, can modulate adaptive immune responses.

La maladie cœliaque est une entéropathie inflammatoire chronique se développant chez des individus génétiquement prédisposés par l’expression des haplotypes HLA-DQ2 ou HLA-DQ8 et survenant suite à la consommation de gluten. Elle se caractérise par le développement d’une atrophie des villosités de la muqueuse intestinale débouchant sur un syndrome de malabsorption alimentaire. La seule thérapie actuelle est le suivi d’une diète sans gluten mais cette éviction totale du gluten n’est pas toujours efficace et est lourde en concessions. Il est par conséquent urgent de développer des thérapies alternatives mais ce domaine constitue un pipeline évoluant lentement, notamment suite à l’absence d’un modèle animal pertinent et complet sur le plan physiologique. L’objectif de cette thèse doctorale est de répondre à ce besoin crucial en développant un modèle murin capable de récapituler les caractéristiques de la maladie. Le chapitre 1 dresse le portrait de la maladie en quatre parties amenant progressivement le lecteur dans les détails de sa pathogenèse. Cette introduction débute par un rappel sur la physiologie et l’immunité intestinale puis elle définit la face clinique de la maladie. Ensuite, le lecteur évolue dans une partie plus détaillée de la pathogenèse aidant au discernement de ses acteurs cellulaires et moléculaires. Finalement, elle se termine par une revue de la littérature sur les actuels modèles animaux. Le chapitre 2 brossent les objectifs de la thèse sur base de données clés de la littérature, notamment, les patients présentent au minimum une copie de l’halplotype HLA-DQ2 ou HLA-DQ8 et plus des deux-tiers sur-expriment la cytokine pro-inflammatoire interleukine-15 au niveau de leur muqueuse intestinale. Il est donc raisonnable de penser qu’ensemble, le gluten, l’haplotype HLA et l’interleukine-15 contribuent activement à la pathogenèse. Bien que soupçonnés, leurs rôles et interactions nécessitent l’apport de preuves tangibles in vivo. Le chapitre 3 détaille ainsi ces interactions démontrées à l’aide du développement de notre nouveau modèle murin. Ce dernier est caractérisé par la surexpression de l’interleukine-15 dans l’épithélium et dans la lamina propria intestinale et par l’expression de l’haplotype HLA-DQ8. Ce travail démontre que l’exposition de cette souris au gluten s’accompagne d’une atrophie villositaire et de la signature complète de la maladie, tant sur le plan sérologique, cellulaire que transcriptionnel. Nous démontrons que la surexpression simultanée de l’interleukine-15 dans les deux compartiments de la muqueuse intestinale que sont la lamina propria et l’épithélium est une condition sine qua non au développement de l’atrophie. Aussi, cette étude permet de mettre en lumière la nécessité des cellules T CD4+ et de l’interféron-gamma dans l’activation des lymphocytes intraépithéliaux et le développement de l’atrophie. Finalement, cette recherche établit le rôle central joué par l’haplotype HLA-DQ8 et par l’enzyme transglutaminase II tissulaire dans la survenue de ces lésions. De manière générale, les résultats issus de ce modèle et présentés au chapitre 3 reflètent toute la complexité des interactions entre le gluten, la génétique et l’IL-15 dans le développement de la maladie cœliaque. Enfin, le chapitre 4 apporte une conclusion à ce travail et le chapitre 5 discute des futures directions envisagées pour ce modèle préclinique. Ce dernier va sans doute contribuer à une meilleure compréhension de la maladie cœliaque et permettre l’identification de potentielles cibles thérapeutiques. / Coeliac disease is a chronic inflammatory enteropathy characterized by autoimmune features. This disease occurs in genetically predisposed individuals expressing HLA-DQ2 or HLA-DQ8 haplotypes and is triggered following gluten consumption. The disease is characterized by the development of intestinal villous atrophy leading to malabsorption. The only current therapy is the adherence to a gluten-free diet, but the diet is not always effective and is heavy in concessions. Therefore, the development of alternative therapies is urgent but is a slowly evolving pipeline, mainly due to the absence of a physiologically relevant animal model. The aim of this thesis is to answer this unmet need by developing an animal model capable of recapitulating the main characteristics of the disease. Chapter 1 depicts a portrait of the disease in four points, gradually leading the reader into the details of its pathogenesis. This introduction begins with a review of the physiology and intestinal immunity and then draws a clinical portrait of the disease. Third, the reader evolves in a more detailed part of the pathogenesis helping him to discern its cellular and molecular actors. Finally, the introduction ends with a review of the literature on current animal models. Chapter 2 outlines the thesis objectives based on key data from the literature, in particular, patients present at least one copy of the HLA-DQ2 or HLA-DQ8 haplotype and more than two-thirds over-express the proinflammatory cytokine interleukin-15 at the level of their intestinal mucosa. It is therefore reasonable to hypothesize that gluten, HLA haplotype and interleukin-15 together contribute to the pathogenesis. Although suspected, their roles and interactions still require the provision of tangible evidence in vivo. Chapter 3 details these interactions based on the proposed new mouse model. This model is characterized by the overexpression of interleukin-15 in the intestinal epithelium and lamina propria and by the expression of the HLA-DQ8 haplotype. This work demonstrates that the exposure of this mouse to gluten is accompanied by villous atrophy and the complete serological, cellular and transcriptional signature of the disease. We also demonstrate that simultaneous overexpression of interleukin-15 in both mucosal compartments is a prerequisite for the development of atrophy. This study also highlights the need for CD4+ T cells and interferon-gamma in the activation of intraepithelial lymphocytes and the development of villous atrophy. Finally, this research establishes the central role played by the HLA-DQ8 haplotype and the enzyme tissue transglutaminase II in the occurrence of these lesions. In general, the results from this model presented in Chapter 3 reflects the complexity of the interactions between gluten, genetics and IL-15 in the development of coeliac disease. Finally, chapter 4 concludes this work and chapter 5 discusses future directions for this powerful preclinical model that will undoubtedly contribute to a better understanding of coeliac disease and will allow the identification of new potential therapeutic targets.

Mémoire en cotutelle avec le Dr. Daniel Kaufmann et le Dr. Nicolas Chomont / Dans les dernières années, il a été montré que les provirus intacts et défectueux du virus de l’immunodéficience humaine (VIH) codent pour des protéines virales qui contribuent à l’activation chronique des lymphocytes T spécifiques au VIH, et ce même sous traitement antirétroviral (ART). Nous avons développé deux méthodes pour étudier, d’un côté, l’intégrité et la clonalité de séquences provirales (virologie), et de l’autre, les réponses T spécifiques au VIH (immunologie). Tout d’abord, nous avons développé une bibliothèque R nommée « IntegrityAlgorithm », automatisant une séquence d’analyse utilisée précédemment pour déduire l’intégrité et la clonalité de séquences quasi-pleine longueur (NFL) de provirus. Chaque séquence provirale est analysée pour la présence, dans cet ordre, d’inversions, d’hypermutations, de grandes délétions internes, de codons stops, de défauts dans la région Ψ et de défauts dans les cadres de lectures ouverts (ORFs). Les provirus dépourvus de ces défauts sont identifiés comme « intacts ». Nous montrons que la hiérarchisation des défauts sous-estime certains défauts, comme les codons stops et les défauts dans le Ψ. L’algorithme produit des résultats en accord avec les données publiées et présente plusieurs avantages par rapport à d’autres algorithmes de prédiction. Nous avons aussi multiplexé l’essai de marqueurs induits par l’activation (AIM), couramment utilisé pour la détection de cellules T spécifiques à un antigène, en mesurant simultanément la co-expression de quatre AIMs (CD69, 4-1BB, OX40 et CD40L) plutôt que deux. En utilisant une stratégie de gating booléen ET/OU, l’approche augmente la fréquence de détection des cellules T CD4+ spécifiques à un antigène en comparaison aux paires d’AIMs standards. La détection des cellules T CD8+ était plutôt dominée par la paire d’AIMs CD69+4-1BB+. Le multiplexage réduit les biais dans la qualification et la quantification des cellules T spécifiques à un antigène, tel qu’il a été montré avec des analyses de phénotypage et des comparaisons intra- et inter-cohorte. Nous avons ensuite modifié la stratégie de gating booléen ET/OU pour une stratégie de gating en « L », nous permettant de trier des cellules vivantes T CD4+ et CD8+ spécifiques au VIH et au cytomégalovirus (CMV). En considérant l’étroite relation qu’entretiennent les provirus du VIH et le système immunitaire, améliorer nos méthodes pour la caractérisation à la fois des provirus, mais aussi des réponses T spécifiques au VIH, demeure essentielle pour une meilleure compréhension de la persistance des réservoirs et pour élaborer des stratégies de vaccination et d’éradication du virus. / In the past years, intact and defective human immunodeficiency virus (HIV) proviruses have been shown to code for viral proteins that contribute to sustaining chronic HIV-specific T cell responses, even under antiretroviral therapy (ART). We have developed two methods to study, on one side, the intactness and clonality of proviral sequences (virology), and on the other, the HIV-specific T cell responses (immunology). We developed an R package named “IntegrityAlgorithm” that automates a previous analysis pipeline used to infer intactness and clonality of near full-length proviral sequences (NFL). Each proviral sequence undergoes analysis to identify, in this order, the presence of inversions, hypermutations, large internal deletions, stop codons, Ψ defects, and defects in the open reading frames (ORFs). Proviruses exhibiting none of these defects are inferred as “intact.” We show that the hierarchization of defects underestimate some defects, such as stop codons or Ψ defects. The algorithm produces consistent results with the data published and presents several advantages over other prediction algorithms. We also multiplexed the activation-induced marker (AIM) assay, commonly used to detect antigen (Ag)-specific T cells, by simultaneously measuring the co-expression of four AIMs (CD69, 4-1BB, OX40, and CD40L) instead of two. When combined in an AND/OR Boolean gating strategy, the approach increases the frequency of Ag-specific CD4+ T cells detected in comparison to single AIM pairs. CD8+ T cell detection is rather dominated by the AIM pair CD69+4-1BB+. Multiplexing reduces biases in the qualification and quantification of Ag-specific T cells, as shown with phenotyping analyses and intra- and inter-cohort comparisons. We then modified the Boolean AND/OR gating strategy to an “L gating” strategy for the purpose of sorting live Ag-specific CD4+ and CD8+ T cells. Considering the interdependent relationship between HIV proviruses and the immune system, improving our methods to characterize both the intactness of proviruses and the HIV-specific T cell responses will remain essential for a better understanding of the reservoirs persistence and to elaborate vaccine and viral eradication strategies.