Les cellules dendritiques (DC) sont les cellules professionnelles de la capture et de la présentation antigènique et font l'interface entre l'immunité innée et l'immunité adaptative. Suite à la reconnaissance de divers signaux de dangers (PAMP/DAMP), les DC s'activent et dégradent l'antigène afin de le présenter aux LT naïfs dans les organes lymphoïdes secondaires et ainsi initient une réponse immunitaire immunogène ou tolérogène. Le contrôle de la réponse immunitaire est notamment possible grâce aux lymphocytes T régulateurs. Il en existe deux types : les nTreg qui se différencient dans le thymus et les pTreg qui se différencient dans les organes lymphoïdes secondaires et/ou dans les tissus. Les DC sont indispensables à leur activation et à leur différenciation respectivement. Les Treg possédent un arsenal variés de mécanismes qui leur conférent leur fonction régulatrice : sécrétion de cytokines immunosuppressives (IL-10, TGF-β et IL-35), activité cytotoxique, déprivation de l'environnement en IL-2….Selon la nature des réponses lymphocytaires T CD4 qu'elles induisent, les DC peuvent être classées fonctionnellement en DC activatrices/immunogènes (DCact) versus DC tolérogènes (DCreg). Les DCact sont définies par leur capacité à induire des lymphocytes T CD4 effecteurs et CD8 cytotoxiques. Les DCreg sont caractérisées par leur capacité à induire des Treg qui vont contrôler la réponse immunitaire. Ces DCreg peuvent être induites par des cytokines (IL-10 et TGF- β produites par exemple par certains Treg), sous l'effet sous l'effet de vitamines anti-oxydantes ou de la vitamine D3, de l'acide rétinoïque, par traitement aux glucocorticoïdes (GC) ou encore sous l'effet de facteurs produits par des pathogènes comme la toxine cholérique. Durant mes travaux de thèse je me suis intéressé aux conséquences physiologiques de l'expression de la protéine Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper dans les DC. En effet, les DC humaines et murines surexpriment cette protéine sous l'effet des GC, de l'IL-10, du TGF-β, de la mitomycin C, de la rapamycine, de la vitamine D3 et enfin de l'environnement tumoral. Sur des DC dérivées de monocytes, ils avait été montré que GILZ est nécessaire et suffisant pour induire un phénotype (diminution de l'expression membranaire de CD40, CD80, CD86, CMH-II et augmentation de PD-L1 et ILT-3) et une fonction (sécrétion d'IL-10 et diminution de la production de CCL3, CCL5 et CXCL8) tolérogènes chez ces cellules. De plus, les DC GILZhi sécrètent de l'IL-10 et induisent la différenciation de Treg CTLA-4+IL-10+, spécifiques de l'antigène, dont certains expriment le facteur de transcription FoxP3 et qui inhibent la prolifération de LT CD4 autologues. Mes travaux ont pour finalité d'évaluer l'importance physiologique de l'expression de GILZ par les DC in vivo, et en particulier sa contribution à l'induction et au maintien de la tolérance immunologique à l'homéostasie ou dans un contexte pathologique. Pour atteindre ces objectifs, je disposais de deux modèles de souris complémentaires, créés au laboratoire, les souris CD11c-GILZhi, surexprimant GILZ spécifiquement dans les DC, et les souris CD11c-GILZko, conditionnellement déficientes pour GILZ dans leurs DC. Les travaux que j'ai effectués jusqu'à présent ont permis d'établir que la surexpression de GILZ dans les DC leur confère un phénotype tolérogène in vivo (faible expression des molécules de CMH II et production d'IL-10) et est suffisante pour induire une accumulation de Treg à l'homéostasie et une expansion de nTreg suite à une stimulation antigénique. De plus, L'absence de GILZ dans les DC leur confère une capacité de capture antigènique par macropinocytose accrue. In vivo, cet accroissement de la capture est sélectif et ne touche que les DC CD8α+.Finement régulée par des signaux antigéniques, biologiques ou chimiques, GILZ est un puissant régulateur de la balance immunogénicité/tolérogénicité dans les fonctions de la DC. / Dendritic cells (DC) are professionnal antigen-presenting cells and interface between innate immunity and adaptative immunity. After danger signals recognition, DC activate and process antigen to present to naive T cells in the secondary lymphoid organs (SLO) and thus, initiate the immune response, immunogenic or tolerogenic. Control of immunitary response is possible by regulatory T cells (Treg). There are two types of Treg : nTreg that differenciate in the thymus, and pTre that differenciate in SLO and/or in tissues. DC are essential for their activation or their differenciation respectively. Treg possess a large arsenal of regulatory mechanisms : cytokines secretion (IL-10, TGF-B and IL-35), cytotoxic activity, IL-2 environnement deprivation…According to theT CD4 lymphocytary responses, DC are functionnaly classified in activator/immunogenic DC (DCact) versus tolerogenic DC (DCreg). DCact induce effector CD4 T cells and cytotoxic CD8 T cells. DCreg induce Treg controlling the immune response. DCreg can be induce by cytokines (IL-10 and TGF-B produce by Treg for example), by anti-oxidant vitamin or vitamin D3, by retinoic acid, by glucocorticoid (GC) treatment and by various product of pathogens. During my thesis work, I focused on the physiological consequences of GILZ expression in DC. Human and murin DC overexpress GILZ after GC treatment and after treatment with IL-10, TGF-B, mitomicyn C, rapamycin, vitamin D3 and under the influence of the tumoral microenvironnement. On monocytes derived-DC, it has been demonstrated that GILZ is necessary and sufficient to induce a tolerogen phenotype (decrease of CD40, CD80, CD86, MHC-II expression and increase of PD-L1 and ILT-3 expression) and functionnality (IL-1à secretion and decrease of CCL3, CCL5 and CXCL8 production). So, GILZhi DC induce the differenciation of antigen-specific CTLA-4+IL-10+ Treg whose a part express FoxP3 and inhibit the proliferation of CD4 autologous T cells. My work evaluate the physiological importance of GILZ expression by DC in vivo, and more particularlythe contribution of this expression on the induction and the support of the immune tolerance at homeostasis and in pathologic context. To reach my objectives, I haved two complementary murin models, created in the laboratory : the CD11c-GILZhi mice, overexpress GILZ specifically in the DC, and the CD11c-GILZko mice, deficient for GILZ expression in mice. Studies I have done show that overexpression of GILZ in vivo in DC induce a tolerogenic phenotype in these cells (decrease of MHC-II expression and IL-10 production) and is sufficient to induce accumulation of Treg at homeostasis and expansion of nTreg after antigenic stimulation. Thus, lack of GILZ in DC increase their macropinocytic antigen uptake capacity. In vivo, this increase is selective of CD8a+ DC. Being strongly regulated by antigen, biologic or chemicals signals, these work show GILZ like a powerful regulator of the immunogenecity/tolerogenicity balance in the DC functionnalities.

L’immunogénicité des biothérapies constitue une limitation majeure au traitement des patients atteints de maladies chroniques et se traduit par la production d’anticorps dirigés contre le biomédicament (anti-drug antibodies, ADA). La détection d’ADA de haute affinité et d’isotypes divers chez les patients suggère la mise en place d’une réponse immunitaire adaptative classique orchestrée par les cellules dendritiques. Par ailleurs, la présence d’agrégats protéiques dans les spécialités administrées serait un des facteurs favorisant l’immunogénicité, ces agrégats pouvant jouer le rôle de signal de danger.L’objectif de notre travail était de mieux comprendre les interactions des agrégats de protéines avec les cellules dendritiques et les lymphocytes T aboutissant au déclenchement d’une réponse immunitaire adaptative spécifique nécessaire à la production d’ADA.Dans un premier temps, nous avons montré que des agrégats d’infliximab, anticorps monoclonal anti-TNFa;, induisaient la maturation de cellules dendritiques humaines dérivées de monocytes (moDC). Celle-ci se traduit par l’augmentation de l’expression de marqueurs membranaires d’activation et de costimulation et la sécrétion de cytokines et chimiokines pro-inflammatoires. Nous avons également montré que ces modifications phénotypiques induites par les agrégats favorisaient la prolifération de lymphocytes T CD4+ et la production de cytokines. Par la suite, nous avons décrit les mécanismes cellulaires précoces impliqués dans l’activation de ces cellules en montrant que la neutralisation du récepteur FcgRIIa et de la tyrosine kinase Syk inhibait la maturation des moDC ainsi que l’activation des lymphocytes T CD4+.Par ailleurs, nous avons évalué le rôle des agrégats d’infliximab dans la génération de néo-épitopes, en mettant en évidence l’existence d’un répertoire de lymphocytes T CD4+ naïfs reconnaissant spécifiquement les agrégats d’infliximab, chez le sujet sain. Ainsi, grâce à des préparations d’agrégats bien caractérisées et d’un modèle de co-cultures autologues de lymphocytes T CD4+ naïfs et de moDC chargées avec les agrégats, nous avons montré que la fréquence de LT CD4+ naïfs spécifiques des agrégats d’infliximab est plus importante que celle retrouvée pour l’anticorps natif. Ces résultats suggèrent une présentation accrue d'épitopes et de néo-épitopes dérivant des agrégats d'infliximab.In fine, ce travail contribue à une meilleure compréhension des conséquences biologiques de l’agrégation des protéines à visée thérapeutique sur le déclenchement de la réponse immunitaire adaptative spécifique en mettant l’accent sur les rôles adjuvant et antigénique des agrégats protéiques. / Immunogenicity of biotherapeutic proteins is a major drawback in the treatment of patients with chronic diseases characterized by the production of anti-drug antibodies (ADA). The detection of ADA with high affinity and of various isotypes suggests a CD4 T cell-dependent adaptive immune response with a pivotal role for dendritic cells. Among other factors, the presence of protein aggregates in the administered products can promote immunogenicity, as aggregates seem to act as danger signals.The aim of our work is to better understand the interactions of protein aggregates with dendritic cells and T cells, leading to the establishment of a specific adaptive immune response needed for the production of ADA.We first showed that aggregation of infliximab, a monoclonal anti-TNFa; antibody, induced the maturation of human monocyte-derived dendritic cells (moDC) via an increase in the expression of activation and costimulatory surface markers and the secretion of pro-inflammatory cytokines and chemokines. Moreover, we showed that these phenotypic changes induced by aggregates promote CD4 T-cell proliferation and cytokine production. Subsequently, we described the early events involved in moDC and T-cell response by showing that the neutralization of the FcgRIIa receptor and the tyrosine kinase Syk inhibited moDC maturation and CD4 T-cell activation.Furthermore, we evaluated the involvement of infliximab aggregates in the generation of neo-epitopes by identifying a naïve CD4 T-cell repertoire recognizing infliximab aggregates in healthy subjects. By testing well characterized aggregate preparations and using an autologous co-culture model of naïve CD4 T cells and moDC loaded with aggregates, we showed that the frequency of naïve CD4 T cells specific for infliximab aggregates was higher than the one found for the native antibody. These results suggested an increased presentation of epitopes and neo-epitopes derived from infliximab aggregates.In resume, our work contributes to a better understanding of the biological consequences of therapeutic protein aggregation on the onset of the specific adaptive immune response by focusing on the adjuvant and antigenic role of protein aggregates.

Les carcinomes épidermoïdes cutanés (CEC) sont des cancers invasifs du kératinocyte qui se développent suite à la subversion du système immunitaire. Une reprogrammation de l’immunité antitumorale par stimulation locale des cellules dendritiques (DC) et des macrophages pourrait être bénéfique. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse a été de comprendre l’hétérogénéité ontogénique, phénotypique et fonctionnelle de ces cellules immunitaires au cours de la carcinogenèse cutanée afin de développer des approches thérapeutiques les stimulant. Nous avons, d’abord, caractérisé les macrophages de la peau de souris et infiltrant les CEC chez l’homme. Nous avons identifié par cytométrie en flux spectrale une population de macrophages matures, autofluorescents et résidents de la peau de souris. Ces macrophages résidents présentent une polarisation fonctionnelle d’homéostasie et de réparation tissulaire. Dans les CEC humains, les macrophages autofluorescents semblent avoir les mêmes caractéristiques que leurs équivalents dans la peau de souris. Dans une seconde étude, nous avons mis en évidence que les DC associées aux tumeurs sont dysfonctionnelles. Une immunothérapie locale composée d’un agoniste de TLR9 et d’un anticorps bloquant la signalisation sous le récepteur à l’IL-10 induit la régression de tumeurs cutanées. Cette approche permet la reprogrammation fonctionnelle des DC et la génération de lymphocytes T CD8+ producteurs d’IFNγ, de TNFα et d’IL-17. Ces résultats mettent en évidence l’hétérogénéité fonctionnelle des cellules myéloïdes dans la peau et les CEC. Leur reprogrammation fonctionnelle permettrait le développement de nouvelles thérapeutiques contre les CEC chez l’homme. / Skin Squamous cell carcinoma (sSCC) are invasive keratinocyte tumor that develop after immune system subversion. The reprogrammation of anti-tumoral immunity using local stimulation of dendritic cells (DC) and macrophages could be useful. In this line, the aim of my thesis was to understand ontogenic, phenotypic and functional heterogeneity of these cell subsets along skin carcinogenesis to develop new immunotherapies. First, we characterized skin macrophage subsets in mouse and those infiltrating sSCC in human. Using spectral flow cytometry, we identified matured autofluorescent tissue-resident macrophages. These macrophages are anti-inflammatory polarized. In human sSCC, autofluorescent macrophages seem to have same properties that their mouse counterparts. In second study, we identified tumor-infiltrating DC with altered functions. We used a local immunotherapy composed by a TLR9 agonist and blocking antibody against α-chain of IL-10 receptor. This combination induced tumor regression through DC reprogrammation and IFNγ+, TNFα+ IL17A+ T CD8+ lymphocyte generation. These results highlight functional myeloid heterogeneity in skin and sSCC. Their reprogrammation could promote the development of immunotherapies against sSCC in human.

La dermatite allergique de contact (DAC) est une réaction inflammatoire aiguë, médiée par les cellules dendritiques (DCs) survenant suite à l’exposition répétée de la peau avec une molécule allergisante. La prévalence estimée des cas de DAC aux substances parfumantes est de 1,7 % à 4,1 % dans la population générale. Les molécules allergisantes sont des molécules appelées haptènes, qui vont se conjuguer avec des protéines de l’épiderme ou du derme. C’est le cas du cinnamaldéhyde (CinA), une molécule retrouvée dans la cannelle. Le linalol et le limonène sont des terpènes présents dans la lavande et l’orange, qui vont s’autoxyder au contact de l’air pour former des allergènes puissants, tels que les hydroperoxydes allyliques. Le premier objectif de cette thèse a été d’étudier le mécanisme d’action de ces terpènes et leurs hydroperoxydes allyliques respectifs sur la lignée cellulaire THP-1, qui sert de substitut aux cellules dendritiques. Le rôle du facteur de transcription Nrf2, majeur dans la lutte contre le stress oxydant, a également été investigué.Les consommateurs de produits cosmétiques sont exposés à de faibles concentrations de molécules allergisantes, mais plusieurs fois par jour ou par semaine. Nous avons souhaité étudier l’exposition répétée à de faibles doses d’haptène sur la peau.Les kératinocytes jouent également un rôle dans la DAC : ce sont les premières cellules qui vont rencontrer la molécule allergisante dans la peau. La deuxième partie de ce travail a été d’étudier l’impact d’une exposition répétée de CinA à de faible concentration sur ces KCs et plus particulièrement sur la différenciation de l’épiderme, en utilisant un modèle organotypique de peau en 3D. / Allergic contact dermatitis (ACD) represents a severe health problem. It is a dendritic cells (DCs) mediated skin disease caused by repeated exposure to an allergenic compound. ACD cases of fragrances in general population is estimated from 1.7 % to 4.1%. Contact sensitizers are compounds termed haptens and they will form a conjugate with epidermis and dermis proteins. Example is cinnamaldehyde (CinA), a molecule found in cinnamon. Linalool and limonene are terpenes found in lavender and oranges. In contact with the air, they will autoxidize to form highly allergenic compounds: allylic hydroperoxides. The first aim of this thesis was to study the mechanism of action of those terpenes and their respective allylic hydroperoxides on THP-1 cell-line, described as a surrogate of DCs. The transcription factor Nrf2 is playing a major role in oxidative stress and was also investigated.Consumers of cosmetic products are exposed to low quantities of allergenic compounds, but several times a day or a week. We wanted to study repeated exposure of low concentration of haptens on the skin.KCs also play a key role in ACD: they are the first cells that will encounter the allergenic compound in the skin. The second aim of this thesis was to study the impact of repeated exposure of low concentrations of CinA on those KCs and more particularly on the epidermis differenciation, using a 3D organotypic culture of skin.

Une infiltration médullaire par des cellules plasmocytoïdes CD123+ est présente chez certains patients atteints de leucémie myélomonocytaire chronique (LMMC), mais les mécanismes aboutissant à la génération de ces cellules, et leur impact sur l'évolution de la maladie n'ont jamais été explorés. En cytométrie en flux, nous avons détecté un excès de cellules mononucléées négatives pour les marqueurs de lignée lymphocytaires, monocytaires et granulocytaires, et exprimant CD123, HLA-DR, BDCA-2, BDCA-4 et CD4 dans la moelle de 39/161 patients(24%) . L'analyse de ces cellules en microscopie conventionnelle et électronique, en cytométrie en flux et leur analyse transcriptomique identifient ces cellules comme d'authentiques cellules dendritiques plasmocytoïdes (pDCs). Ces pDCs répondent à la stimulation par des agonistes de Toll-like receptor 9 (TLR9) et de TLR7 en produisant respectivement de faibles quantités d'interféron alpha et de grandes quantités d'interleukine 8. Le séquençage d'exome complet de monocytes et de pDCs triés détecte une ou plusieurs mutations qui activent constitutivement la voie Ras chez tous les patients riches en pDCs, avec un certain niveau d'hétérogénéité sous-clonale. Les cellules CD34+ de patients LMMC riches en pDCs génèrent de grandes quantités de pDCs en culture ex vivo, y compris en l'absence de FMS-like tyrosine kinase 3-ligand (Flt3-L). Dans des expériences de coculture, les pDCs extraites de moelles de LMMC riches en pDC diminuent la prolifération des cellules CD34+ de manière dose-dépendante. L'augmentation des pDCs est associée à une expansion des lymphocytes T régulateurs (Tregs). L'analyse rétrospective d'une cohorte de 212 patients atteints de LMMC a montré un effet mitigé de l'infiltration médullaire par des cellules CD123+ TCL1+ sur la survie, avec une tendance à une meilleure survie globale chez les patients riches en pDCs, mais également un risque accru de transformation en leucémie aigüe. / Bone marrow infiltration with plasmacytoid CD123high cells was identified in a fraction of patients with a chronic myelomonocytic leukemia (CMML), but the mechanisms promoting the generation of these cells and their impact on disease evolution remain poorly known. Using a multiparametric flow cytometry assay, we detect an excess of lineage-negative mononucleated cells expressing CD45, CD123, HLA-DR, BDCA-2, BDCA-4 and CD4 in the bone marrow of 39/161 (24%) CMML patients. Conventional and electron microscopy, flow cytometry and gene expression analyses identify these cells as authentic plasmacytoid dendritic cells (pDCs). These pDCs respond to Toll-like receptor-9 (TLR9) and TLR7 agonists by producing low levels of interferon alpha and high levels of interleukin-8 (IL-8), respectively. Whole exome sequencing of sorted monocytes and pDCs detects one or several mutations that constitutively activate the Ras pathway in every pDC-rich patient, with some subclonal heterogeneity. CD34+ cells from pDC-rich CMML produce high level of pDCs in ex vivo culture, even in the absence of FMS-like tyrosine kinase 3 ligand (FLT-3L). In co-culture experiments, pDCs collected from the bone marrow of pDC-rich CMML decrease the proliferation of CD34+ cells in a dose-dependent manner. pDC increase is associated with an expansion of CD4+ regulatory T cells (Tregs). Retrospective analysis of a cohort of 216 CMML patients detected a mitigated effect of bone marrow infiltration with CD123high, TLC1+ cells on disease outcome, including a trend for a better overall survival of patients with a pDC excess but also an increased risk of leukemic transformation.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Malgré 40 années de recherche sur le VIH, il n'existe toujours pas de traitement curatif ou de vaccin contre ce virus. Bien que les traitements antirétroviraux aient transformé la vie des personnes vivant avec le VIH en diminuant la mortalité et la morbidité, et en améliorant la qualité de vie, plusieurs problèmes y sont associés, comme des effets indésirables, une incapacité d'éradiquer les cellules réservoirs et une persistance de l'état inflammatoire. Donc, pour tenter d'atteindre l'objectif fixé par l'ONUSIDA de mettre fin à l'épidémie du SIDA d'ici 2030, il est primordial de développer de nouvelles molécules contre le VIH. Puisque ces nouveaux traitements ne peuvent pas être testés sur des humains pour des considérations éthiques, des modèles animaux doivent être utilisés. Les souris NSG sont des souris immunodéficientes qui peuvent accepter un greffon. L'injection de cellules souches hématopoïétiques humaines à ces souris permet le développement d'un système immunitaire humain. En effet, les souris NSG humanisées développent plusieurs types de cellules hématopoïétiques humaines comme des lymphocytes T, des lymphocytes B et des cellules myéloïdes dans le sang et dans plusieurs organes comme la rate, la moelle osseuse, les poumons et le thymus. Cependant, il y a plusieurs facteurs qui influencent le développement du greffon, comme la source des cellules hématopoïétiques injectées et le sexe des souris. Les souris NSG humanisées peuvent être infectées par le VIH par voie vaginale ou rectale, ce qui permet d'étudier l'efficacité de traitements contre ce virus. Le DCIR est une nouvelle cible proposée pour combattre l'infection par le VIH, puisque ce récepteur joue plusieurs rôles dans l'infection. Des inhibiteurs du DCIR diminuent l'infection par le VIH in vitro, mais pas in vivo chez des souris NSG humanisées infectées. Des études de relation structure-activité seraient nécessaire pour améliorer l'efficacité de ces inhibiteurs in vivo. / Despite 40 years of research on HIV, there are still no cures or vaccines that exist against this virus. Still, some major advancements were made, such as the introduction of antiretroviral therapies, which greatly reduced the mortality and the morbidity associated with the infection. Even though antiretroviral therapies changed the life of people living with HIV for the better, there are still issues with these treatments, such as side effects, inability to eradicate viral reservoirs, viral resistance, and persistence of the inflammatory state. Therefore, in order to reach UNAIDS' objective of ending the AIDS pandemic by 2030, new treatments against HIV must be developed. Since these new treatments cannot be tested on humans for ethical considerations, animal models such as humanized NSG mice must be used. NSG mice are immunodeficient mice that can accept a graft. Hence, the injection of human hematopoietic stem cells to these mice results in the development of a human immune system in these animals. Indeed, multiple human hematopoietic cell types, such as T cells, B cells and myeloid cells, are detected in the blood, the spleen, the bone marrow, the lungs and the thymus of humanized NSG mice. However, there are multiple factors that can influence the development of the human hematopoietic graft in NSG mice, such as the source of hematopoietic stem cell injected and the sex of the mice. Humanized NSG mice can be infected with HIV by vaginal and rectal routes, which allows for the study of treatments against this virus. The DCIR is a new proposed target against HIV infection since this receptor plays multiple roles during HIV infection. DCIR inhibitors limit HIV infection in vitro, but not in vivo in humanized NSG mice. Structure-activity relationship studies must be conducted in order to improve the efficacy of DCIR inhibitors in vivo.

Les mécanismes immunitaires impliqués dans le maintien de l’homéostasie pulmonaire sont finement régulés étant donné l’exposition constante des voies aériennes aux bioaérosols. Plusieurs cellules participent au maintien de l’homéostasie pulmonaire, telles les cellules dendritiques. Un sous-type de cellules dendritiques pulmonaires attire particulièrement l’attention dans l’homéostasie pulmonaire, les cellules dendritiques CD103+, étant donné qu’il a été démontré qu’elles participent dans la tolérance immune. Toutefois, ce rôle reste controversé, car des études démontrent qu’elles participent plutôt au développement de réponses inflammatoires pulmonaires. De plus, le CD103 (une intégrine exprimée par des sous-types de cellules dendritiques et de lymphocytes T), est surtout utilisé comme marqueur cellulaire et le rôle spécifique joué par l’expression du CD103 sur ces cellules reste inconnu. L’homéostasie pulmonaire n’est pas toujours maintenue. Chez des individus susceptibles, l’exposition aux bioaérosols peut mener au développement de réponses inflammatoires. C’est le cas pour l’asthme et l’alvéolite allergique extrinsèque, deux réponses d’hypersensibilités pulmonaires, de type I et de type mixte III/IV respectivement. Récemment, des espèces d’archées, Methanosphaera stadtmanae (MSS) et Methanobrevibacter smithii (MBS), ont été retrouvées en grande concentration dans les bioaérosols d’environnements agricoles et il a été démontré que l’exposition pulmonaire à leur extrait mène au développement d’une réponse immune chez la souris. Toutefois, le type de réponse d’hypersensibilité pulmonaire qu’elles induisent reste méconnu, une information cruciale qui permettra la poursuite de la recherche sur leur potentiel d’induire une réponse pulmonaire chez l’humain. De plus, même si plusieurs thérapies contre les maladies d’hypersensibilité pulmonaires existent, ce ne sont pas tous les sous-groupes de patients qui répondent à la médication, menant à des conséquences socio-économiques importantes pour le système de santé et pour les patients. Ainsi, il demeure important de poursuivre la recherche sur de potentielles cibles thérapeutiques, telles les cellules impliquées dans le maintien de l’homéostasie pulmonaire. Cette thèse vise donc à évaluer le rôle de l’expression du CD103 dans le maintien de l’homéostasie pulmonaire dans le contexte de maladies d’hypersensibilité pulmonaires induites par des antigènes retrouvés dans les bioaérosols. Le rôle de l’expression du CD103 dans l’hypersensibilité de type I induite par l’ovalbumine ou l’extrait d’acariens (modèles d’asthme) a d’abord été a évalué via l’utilisation de souris Cd103-/-. Nous démontrons que l’expression du CD103 est cruciale pour le contrôle de la sévérité de l’inflammation pulmonaire et qu’elle pourrait être impliquée dans l’initiation de la phase de résolution de la réponse inflammatoire. De plus, l’expression du CD103 sur les cellules dendritiques joue un rôle dans leur migration aux ganglions lymphatiques. Ensuite, nous avons évalué le rôle de l’expression du CD103 dans la réponse d’hypersensibilité de type mixte III/IV en réponse à Saccharopolyspora rectivirgula (SR; modèle d’alvéolite allergique extrinsèque) en utilisant des souris Cd103-/-. De plus, en utilisant des modèles de transfert de cellules, nous avons évalué le rôle de l’expression du CD103 dans la réponse au SR lorsque seulement exprimé par les cellules dendritiques ou seulement par les lymphocytes T CD4. Nous démontrons que c’est l’expression du CD103 sur les cellules dendritiques spécifiquement qui est impliquée dans la régulation de l’initiation de la réponse inflammatoire. Après avoir déterminé le type de réponse d’hypersensibilité induite par l’extrait de MSS ou MBS, nous avons étudié le rôle de l’expression du CD103 en réponse à ces archées. Nous démontrons que l’exposition à MSS induit une réponse immune typique d’une hypersensibilité pulmonaire de type IV. Les résultats obtenus après l’exposition à MBS indiquent aussi que la réponse développée est une hypersensibilité de type IV, même si cela reste à confirmer. Finalement, étant donné une grande variabilité entre nos expériences chez les souris Cd103-/-, nous n’avons pu obtenir de conclusion sur le rôle de l’expression du CD103 dans les réponses d’hypersensibilités induites par les archées. Ces résultats démontrent que l’expression du CD103 sur les cellules dendritiques joue un rôle dans le contrôle de l’homéostasie pulmonaire en réponse à des bioaérosols spécifiques qui induisent une hypersensibilité pulmonaire. Les mécanismes exacts régulés par le CD103 sur les cellules dendritiques menant au maintien de l’homéostasie pulmonaire restent à être élucidé. De plus, nos résultats confirment que les espèces d’archées MSS et MBS induisent chacune une réponse d’hypersensibilité pulmonaire qui lui est spécifique, des résultats qui contribueront à déterminer si ces microorganismes induisent une pathologie chez l’Homme. / As we breathe, the lungs are constantly exposed to bioaerosols that challenge the maintenance of airway homeostasis. Many cells are involved in the maintenance of lung homeostasis, such as airway dendritic cells (DCs). A subset of airway DCs has gained special interest in the past years for its role in immune tolerance: CD103+ DCs. Yet, this role remains controversial as there are also reports that they induce airway inflammatory responses. Furthermore, CD103 (an integrin expressed by subsets of DCs and T cells) is mostly used as a marker and whether CD103 expression on these cells plays a specific role remains unknown. Airway homeostasis is not always maintained. Exposure to bioaerosols can elicit an immune response in susceptible individuals, such as in asthma and hypersensitivity pneumonitis, two common airway hypersensitivity diseases of type I and mixed type III/IV hypersensitivity, respectively. Recently, archaea species Methanosphaera stadtmanae (MSS) and Methanobrevibacter smithii (MBS) were identified in high concentrations in bioaerosols from agricultural environments and their extracts were shown to induce an immune response in the airways of mice. However, the type of airway hypersensitivity response they induce remains unknown, a key information that is required if research is pursued on whether they elicit an airway hypersensitivity response in humans. Furthermore, although many therapies for airway hypersensitivity diseases exist, not all subsets of patients respond to the current medication, resulting in high social and economic impacts on the health system and patients. Therefore, research on potential therapy targets for airway hypersensitivity diseases, such as those involved in the maintenance of airway homeostasis, remains important. This thesis focuses on the role of CD103 expression in the maintenance of lung homeostasis in the context of airway hypersensitivity responses induced by antigens found in bioaerosols. We first assessed the role of CD103 expression in type I hypersensitivity in response to ovalbumin or house dust mite extract (models of experimental asthma) using Cd103-/- mice. We found that CD103 expression is crucial in controlling the severity of airway inflammation and could be involved in initiating the resolution of the inflammatory response. Furthermore, CD103 expression on DCs regulates DC trafficking to the draining lymph nodes. We then assessed the role for CD103 expression in mixed type III/IV hypersensitivity in response to Saccharopolyspora rectivirgula extract (SR; model of experimental hypersensitivity pneumonitis) using Cd103-/- mice. Furthermore, using models of cell transfers, we evaluated the role for CD103 expression in the response to SR when specifically expressed by dendritic cells or specifically by CD4 T cells. We demonstrate that CD103 expression on DCs specifically is involved in regulating the onset of the inflammatory response. We finally studied the role for CD103 expression in response to the airway exposure of MSS and MBS extracts, after elucidating the type of hypersensitivity response they induce. We demonstrate that exposure to MSS induces a typical type IV hypersensitivity response. The results obtained after exposure to MBS also indicate development of a type IV hypersensitivity response, although it remains to be confirmed. Finally, due to high variability in the results using Cd103-/- mice, we were unable to reach a conclusion on the role for CD103 expression in response to archaea species. These results demonstrate that CD103 expression by DCs is involved in the control of airway homeostasis to specific airway hypersensitivity-inducing bioaerosols. The exact mechanisms regulated by CD103 on DCs leading to the maintenance of airway homeostasis remain to be elucidated. Furthermore, our results confirm that archaea species MSS and MBS induce a specific type of hypersensitivity response, which will contribute to the elucidation of whether they induce an airway pathology in humans.

La sclérose en plaques (SEP) est largement acceptée comme étant une maladie auto-immune du système nerveux central (SNC) dirigée par les cellules T auto-réactives. Cette maladie est très répandue au Canada. L'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) est le modèle animal le plus utilisé pour l’étude de la SEP. Malgré l’importance des cellules T dans cette pathologie, il est important de souligner que ce sont les cellules présentatrices d'antigènes (CPA) myéloïdes, et surtout les cellules dendritiques (CD), qui amorcent l’activation des cellules T auto-réactives dans les organes lymphoïdes secondaires ainsi que leur éventuelle réactivation dans le compartiment du SNC plus tard au cours de la maladie. Cependant, il existe une disparité dans l'identification des différentes sous-populations de CPA myéloïdes en raison de l'absence de marqueurs fiables et spécifiques, ce qui constitue une entrave dans le domaine de l'immunothérapie cellulaire. Par ailleurs, les mécanismes moléculaires responsables de la régulation du recrutement des CPA myéloïdes au niveau de la vasculature cérébrale suite à l'activation de l'endothélium du SNC sont encore mal connus. L'interleukine-6 (IL-6) est une cytokine pro-inflammatoire essentielle à la différenciation des lymphocytes TH17 auto-réactifs. Ces derniers sont des régulateurs clés de l'EAE et jouent un rôle important dans la SEP. Ainsi, le premier objectif de ma thèse était de démontrer que l'IL-6 joue un second rôle dans l'EAE en stimulant l'endothélium du SNC à exprimer les molécules nécessaires au recrutement des CPA myéloïdes. Nous démontrons que : (1) les cellules endothéliales du SNC expriment le récepteur de l’IL-6 (IL-6R) ; (2) l’ablation génétique de l’IL-6R spécifiquement dans l'endothélium atténue le recrutement des neutrophiles, des macrophages et des CDs, et prévient le développement de l'EAE ; et (3) l'IL-6 stimule les cellules endothéliales à produire CXCL1 et PTGS2, des protéines impliquées dans le recrutement et l'activation des cellules myéloïdes. Le deuxième objectif général de mon étude était d'obtenir une vue d'ensemble phénotypique et fonctionnelle des sous-populations de CD présentes pendant la phase initiale d'induction de l'EAE. À cette fin, nous avons utilisé la technologie de séquençage de l'ARN unicellulaire (scRNAseq) pour comparer la signature transcriptionnelle des cellules CD11c+ issues des nœuds lymphatiques au cours de la phase préclinique de l'EAE. Nous montrons que : (1) quatre grandes sous-populations de CD sont présentes, soit les CD115+ monocytaires (mDC), les SiglecH+ plasmacytoïdes (pDC), les XCR1+ conventionnelles de type 1 (cDC1) et les CCR7+ conventionnelles de type 2 (cDC2) ; (2) les cDC2, une sous-population spécifique de CPA, présentent des niveaux transcriptonnels élevés de cytokines pro-inflammatoires (IL-6, IL-12) et de marqueurs de maturation et de co-stimulation pour la présentation des antigènes (CD80, CD83, CD86, OX40L) ; (3) miR155, un microARN connu pour son rôle dans l'EAE, est principalement exprimé dans les cDC2 ; et (4) que l'enzyme D-aminoacide oxydase (Dao), qui produit du peroxyde d'hydrogène (H2O2) à partir d’acides aminés D, est régulée à la hausse dans les cDC2 des souris miR155-/- . En résumé, mon travail de thèse met l'accent sur le rôle critique des CPA myéloïdes lors des premiers événements précliniques de l'EAE et il suggère un nouveau rôle important de la signalisation classique de l'IL-6 dans le développement de l'EAE et le recrutement des leucocytes. Finalement, il identifie en outre des cibles et des biomarqueurs potentiels à des fins diagnostiques et thérapeutiques. / Multiple sclerosis (MS) is widely accepted as an autoreactive T cells driven autoimmune disorder of the central nervous system (CNS), highly prevalent in Canada. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is the established animal model for studying MS. Antigen-presenting cells (APCs) of myeloid origin, most importantly, dendritic cells initiate the priming of autoreactive T cells in the secondary lymphoid organs, and their eventual reactivation in the CNS compartment later in the disease course. However, a disparity exists in identifying myeloid APCs subsets with accuracy due to absence of reliable and specific markers, causing a hindrance in the field of cellbased immunotherapy. In addition, more needs to be deciphered on the molecular mechanisms that regulate activation of CNS endothelium for recruitment of myeloid APCs. Interleukin-6 (IL-6) is a pro-inflammatory cytokine, essential for differentiation of self-reactive TH17 lymphocytes, which are key regulators of EAE and play an important role in MS. The first objective of my thesis was to demonstrate that IL-6 plays another role in EAE by stimulating the CNS endothelium to express molecules required for the recruitment of myeloid antigen-presenting cells. We show that: (1) endothelial cells in the CNS express IL-6 receptor (IL-6R); (2) genetic deletion of IL-6R specifically in the endothelium blocks neutrophils, macrophages and dendritic cells recruitment as well as EAE development; (3) ICAM1-expressing extravascular myeloid APCs are reduced in number during the pre-onset stage of EAE; and (4) IL-6 stimulates endothelial cells to produce CXCL1 and PTGS2, which are involved in recruitment and activation of myeloid cells. The second general objective of my study was to get a phenotypic and functional overview of DC subsets present during the initial induction phase of EAE. For that purpose, we used the single-cell RNA sequencing (scRNAseq) technology to compare the transcriptional signature of CD11c+ cells from lymph nodes during the pre-clinical phase of EAE. We show that: (1) four major subsets of DCs are present: CD115+ monocytic DC (mDC), SiglecH+ plasmacytoid DC (pDC), XCR1+ conventional DCs type-1 (cDC1) and CCR7+ conventional DCs type-2 (cDC2); (2) cDC2 exhibit elevated expression of pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL-12), maturation marker (CD83) and costimulatory molecules for antigen presentation (CD80, CD86, OX40L); (3) miR155, a microRNA known to have a role in EAE, is predominantly expressed in cDC2; (4) the enzyme D-amino acid oxidase (Dao), that produces hydrogen peroxide (H2O2) from D-amino acids, is upregulated in cDC2 of miR155-/- mice. In summary, my thesis work emphasizes on the critical role of myeloid APCs during initial pre-clinical events of EAE. Moreover, it suggests additional important role of classical IL-6 signaling in EAE development and leukocyte recruitment. It further identifies potential targets and biomarkers for diagnostics and therapeutic purposes.

Malgré 40 années de recherche sur le VIH, il n'existe toujours pas de traitement curatif ou de vaccin contre ce virus. Bien que les traitements antirétroviraux aient transformé la vie des personnes vivant avec le VIH en diminuant la mortalité et la morbidité, et en améliorant la qualité de vie, plusieurs problèmes y sont associés, comme des effets indésirables, une incapacité d'éradiquer les cellules réservoirs et une persistance de l'état inflammatoire. Donc, pour tenter d'atteindre l'objectif fixé par l'ONUSIDA de mettre fin à l'épidémie du SIDA d'ici 2030, il est primordial de développer de nouvelles molécules contre le VIH. Puisque ces nouveaux traitements ne peuvent pas être testés sur des humains pour des considérations éthiques, des modèles animaux doivent être utilisés. Les souris NSG sont des souris immunodéficientes qui peuvent accepter un greffon. L'injection de cellules souches hématopoïétiques humaines à ces souris permet le développement d'un système immunitaire humain. En effet, les souris NSG humanisées développent plusieurs types de cellules hématopoïétiques humaines comme des lymphocytes T, des lymphocytes B et des cellules myéloïdes dans le sang et dans plusieurs organes comme la rate, la moelle osseuse, les poumons et le thymus. Cependant, il y a plusieurs facteurs qui influencent le développement du greffon, comme la source des cellules hématopoïétiques injectées et le sexe des souris. Les souris NSG humanisées peuvent être infectées par le VIH par voie vaginale ou rectale, ce qui permet d'étudier l'efficacité de traitements contre ce virus. Le DCIR est une nouvelle cible proposée pour combattre l'infection par le VIH, puisque ce récepteur joue plusieurs rôles dans l'infection. Des inhibiteurs du DCIR diminuent l'infection par le VIH in vitro, mais pas in vivo chez des souris NSG humanisées infectées. Des études de relation structure-activité seraient nécessaire pour améliorer l'efficacité de ces inhibiteurs in vivo. / Despite 40 years of research on HIV, there are still no cures or vaccines that exist against this virus. Still, some major advancements were made, such as the introduction of antiretroviral therapies, which greatly reduced the mortality and the morbidity associated with the infection. Even though antiretroviral therapies changed the life of people living with HIV for the better, there are still issues with these treatments, such as side effects, inability to eradicate viral reservoirs, viral resistance, and persistence of the inflammatory state. Therefore, in order to reach UNAIDS' objective of ending the AIDS pandemic by 2030, new treatments against HIV must be developed. Since these new treatments cannot be tested on humans for ethical considerations, animal models such as humanized NSG mice must be used. NSG mice are immunodeficient mice that can accept a graft. Hence, the injection of human hematopoietic stem cells to these mice results in the development of a human immune system in these animals. Indeed, multiple human hematopoietic cell types, such as T cells, B cells and myeloid cells, are detected in the blood, the spleen, the bone marrow, the lungs and the thymus of humanized NSG mice. However, there are multiple factors that can influence the development of the human hematopoietic graft in NSG mice, such as the source of hematopoietic stem cell injected and the sex of the mice. Humanized NSG mice can be infected with HIV by vaginal and rectal routes, which allows for the study of treatments against this virus. The DCIR is a new proposed target against HIV infection since this receptor plays multiple roles during HIV infection. DCIR inhibitors limit HIV infection in vitro, but not in vivo in humanized NSG mice. Structure-activity relationship studies must be conducted in order to improve the efficacy of DCIR inhibitors in vivo.