Les cellules dendritiques jouent un rôle prépondérant dans le développement des réponses immunitaires ; les nombreuses activités fonctionnelles de ces cellules dont leur importante capacité de phagocytose leur confèrent le pouvoir d'activer les différents mécanismes de défense de l'organisme qu'ils fassent parties de l'immunité innée ou adaptative. Or de nombreux travaux ont montré que lors du développement des réponses immunitaires, les mécanismes oxydatifs ont un rôle essentiel et sont donc étroitement contrôlés. Dans le cas des cellules dendritiques, la production de radicaux oxygénés est en très grande partie relié au fonctionnement d'une NADPH Oxydase (NOX2) que notre laboratoire a été le premier à identifier dans ces cellules, il y a quelques années. Ce complexe enzymatique à une position centrale dans la production en premier des radicaux superoxydes puis des différentes formes réactives de l'oxygène (FRO) qui en découlent. Au cours de ma thèse, j'ai tout d'abord mis en place un protocole permettant l'étude de la production des FRO dans les cellules dendritiques. Les différentes méthodes employées m'ont permis de démontrer que d'autres protéines du système oxydant tels NOX1 et SOD3, étaient également produites par les cellules dendritiques. Nos résultats montrent que ces protéines, à l'instar de ce qui avait été montré pour NOX2, jouent un rôle dans la formation et le contrôle des FRO. J'ai également étudié la localisation intracellulaire de ces protéines, ce qui m'a permis de mieux comprendre les rôles respectifs de ces dernières dans le contrôle de la production et de l'activité des FRO dans les cellules dendritiques. Il avait été préalablement montré que la dégradation des pathogènes dans les cellules dendritiques, après qu'ils aient été phagocytés, était en partie liée à l'activité NOX2. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse nous permet d'envisager un impact des FRO résultant de l'activité de NOX1 sur le contrôle de l'apoptose des cellules dendritiques ou sur certaines voies de signalisation au niveau de noyau. De plus, la dismutation du superoxyde en peroxyde (H2O2) pourrait ne pas être une réaction spontanée comme plusieurs auteurs l'ont proposé, mais pourrait être lié à la présence de SOD3 qui interviendrait dans les compartiments d'endocytose. / Dendritic cells play an important role in the development of immune responses; the numerous functional activities of DC, among them their important phagocytic potential, give to these cells the capacity to activate both innate and acquire immune responses. Many authors have shown that during the development of these processes, oxidative mechanisms have a very important role and consequently must be strictly controlled. In dendritic cells, oxygen radicals production is mainly related to an NADPH Oxidase activity (NOX2), that our laboratory was the first to identify in these cells few years ago. This enzymatic complex has an important function in the production of firstly oxygen superoxide radicals and secondly, various reactive oxygen species (ROS) that are produced like hydrogen peroxide. During my PhD, I have developed various protocols, which enabled us to analyse ROS production by dendritic cells. The different results allowed me to demonstrate that other proteins belonging to the family of the Red/Ox controlling elements are produced by dendritic cells: NOX1 and SOD3. My results showed that these proteins play an important role in ROS formation and control, in complement to what was previously demonstrated for NOX2. I have studied also their intracellular localisation, which permitted a better understanding of their respective role in dendritic cells. It was already shown that, after phagocytosis, pathogen degradation in dendritic cells was partially related to NOX2 activity. The work performed in this thesis let us consider a potential impact of NOX1 derived ROS on the control of the apoptosis of dendritic cells or on signalling pathways at nucleus level. Moreover, superoxyde anion dismutation in hydrogen peroxide (H2O2) could be due to the presence of SOD3 that may be found in endocytic compartments rather than the result of spontaneous reactions most often proposed by authors.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le follicule pileux (FP) est un appendice cutané animé par un cycle régénératif dynamique provoquant des modifications de son microenvironnement. Les cellules de Langerhans (CLs), sentinelles de l’épiderme, sont en partie localisées à proximité du FP. Cette association spatiale nous a conduit à explorer le possible impact du cycle pileux sur l’homéostasie des CLs. Durant mon doctorat, nous avons mis en évidence (1) une augmentation de la prolifération des CLs au cours de l’anagène (phase de pousse du poil), (2) le mécanisme moléculaire sous-jacent impliquant une variation d’expression folliculaire de l’IL-34, une cytokine cruciale dans l’homéostasie des CLs et (3) un départ accru des CLs vers les ganglions lymphatiques en catagène (phase de régression du FP) concomitant avec le recrutement de cellules susceptibles d’être des précurseurs des CLs.Par ailleurs, la structure de la peau ainsi que la densité et le type de FP peuvent varier selon la région corporelle considérée. Nous avons émis l’hypothèse de variations locales dans la composition du système immunitaire cutané. Notre étude, focalisée sur les cellules dendritiques cutanées, a démontré l’existence d’une hétérogénéité de ces cellules en fonction de la zone de peau considérée. / The hair follicle (HF) is a skin appendage endowed with a dynamic regenerating cycle. This renewal remodels the HF microenvironment. Langerhans cells (LCs) are epidermal immune sentinels, a part of which localizes close to the HF. This spatial association led us to explore whether the HF cycle could impact on LC homeostasis. During my doctorate, we uncovered an anagen (HF growing phase)-associated burst of LC proliferation with dividing cells associated with the HF. Using mouse models of HF loss and hair cycle manipulation, we showed that HFs are dispensable for initial formation of the LC network but critical for the proliferation burst. We correlated it to a cyclic variation of IL-34 expression, a crucial cytokine for LC homeostasis, by a specific subset of HF cells. In addition, catagen (HF regression phase) is characterized by the departure of LCs to draining lymph nodes and the concomitant recruitment of a potential LC precursor.The skin structure as well as the density and type of HFs vary across body areas. This observation led us to assess the possibility of local variations in skin immune cells composition. Our study, focused on cutaneous dendritic cells, highlighted an heterogeneity in those cells according to the skin area considered.

DC-SIGN est une lectine tétramérique impliquée dans la réponse immunitaire adaptative; Elle reconnait à la fois les ligands mannosylés et fucosylés. Bien que les interactions protéine-saccharide soient essentielles à de multiples processus biologiques, les interactions individuelles sont faibles (de l'ordre du mM), ainsi, la multivalence du ligand est nécessaire.La première partie de ce projet est la construction d'un ligand polyfucosylé de DC-SIGN. Une structure multivalente dendrimérique est choisie pour son bon contrôle de la géométrie et de l'homogénité (macroscopique et microscopique).Dans une seconde partie, la stratégie de synthèse a été adaptée à différents monomères pour produire de multiples glycodendrimères. Ceux-ci pourront donner des renseignements sur la structure la plus adaptée aux interactions avec DC-SIGN. / DC-Sign is a tetrameric lectin presents on dendritic cells involved in the adaptive immune response; It recognizes both mannosylated and fucosylated ligands. Although protein-carbohydrate interactions are essential to many biological processes, individual interactions usually exhibit weak binding affinities (mM range), thus multivalency of the ligand is required. The first part of our project is the construction of a very active yet simple fucosylated synthetic ligands for DC-SIGN. As multivalent structure, dendrimers are chosen for their good control both in geometry and in homogeneity (macroscopic and microscopic). In a second part, the synthesis strategy was adapted to different monomers to produce various glycodendrimers. They could give us information on the more adapted structure for DC-SIGN interaction.

Pas de résumé en français / Pas de résumé en anglais

Les maladies auto-immunes et les infections virales affectent différemment les femmes et les hommes. En général, les femmes développent des réponses immunes antivirales plus fortes mais sont plus susceptibles aux maladies auto-immunes. Des différences liées au sexe sont observées dans les fonctions innées des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) qui sécrètent de grandes quantités d'IFN de type I suite à l'activation de leur récepteur TLR7 par des ARNs viraux ou endogènes. Les ligands de TLR7 induisent une fréquence plus importante de pDCs productrices d'IFN-alpha chez les femmes que chez les hommes. Ceci pourrait être particulièrement relevant lors de l'infection par le VIH-1 où la charge virale et la progression de la maladie dépendent du sexe. Notre équipe a montré que l'activation du récepteur alpha aux œstrogènes (RE-alpha) par l'œstradiol (E2) augmentait les réponses TLR dépendantes des pDCs murines in vitro et que l'administration d'E2 à des femmes ménopausées produisait les mêmes effets. Cependant, une démonstration directe du rôle des récepteurs aux œstrogènes (RE) dans les pDCs humaines fait toujours défaut. De plus, des facteurs génétiques peuvent aussi contribuer aux différences liées au sexe dans les réponses innées des pDCs. Ainsi, un polymorphisme fréquent du gène TLR7 codé sur le chromosome X (c.32A>T, dbSNP rs179008) a été associé à des différences de susceptibilité à l'infection par le VIH. L'allèle c.32T de TLR7 est plus fréquemment retrouvé chez les femmes infectées par le VIH mais pas chez les hommes infectés. Il a été suggéré que cet SNP conduirait à une perte de fonction de TLR7 mais cela n'a jamais été directement démontré dans les pDCs et les mécanismes sous-jacents ne sont pas connus. Les objectifs de ma thèse étaient 1) d'étudier le rôle de la signalisation des REs sur les réponses TLR-dépendantes des pDCs humaines et 2) d'élucider les mécanismes des effets sexe-dépendants du SNP c.32A>T sur la réponse TLR7 des pDCs. / Infectious and autoimmune diseases affect women and men differently. In general, women develop stronger immune responses and are more susceptible to autoimmunity. Sex-linked differences are observed, in particular, in the innate functions of plasmacytoid dendritic cells (pDCs), which produce large amounts of type I interferon in response to the activation of Toll-like receptor 7 (TLR7) by viral or endogenous RNAs. TLR7 ligands elicit higher frequencies of IFN-alpha producing-pDCs in women than in men. This could be particularly relevant in the context of HIV-1 infection, where gender differences in viral load and disease progression are well established. Our team previously showed that estrogen signaling through estrogen receptor alpha (ERa) positively regulated the TLR-dependent responses of murine pDCs in vitro. Although we showed that estrogen therapy of post-menopausal women enhanced the TLR-mediated responses of pDCs, direct evidence for a role of ER signaling in human pDCs is still lacking. Besides the critical role of estrogens, genetic factors could also contribute to the sex bias in pDCs innate responses. A single nucleotide polymorphism (SNP; c.32A>T; rs179008) of the chromosome X gene encoding TLR7 has been associated with differential susceptibility to infection by HIV-1. This SNP translates into the substitution Gln11Leu in the leader peptide of TLR7, and is more frequently found in women with HIV-1, but not in HIV-1-infected men, relative to healthy controls. It has been suggested that this polymorphism would lead to a loss of function of TLR7, but this has never been directly demonstrated in pDCs, and the relevant mechanisms are not known.

Après les nombreux succès de la vaccination au XXème siècle, elle se heurte aujourd’hui aux pathogènes émergents qui nécessitent le développement de nouvelles formulations vaccinales, afin d’induire des réponses immunitaires complètes, et particulièrement des réponses CD8+ cytotoxique efficaces. Nous avons développé une stratégie innovante utilisant des pseudo-particules virales (VLP) dérivées d’un rétrovirus murin, le Virus de la Leucémie Murine (MLV), comme plateforme antigénique. Ces rétroVLP sont des candidats vaccins de choix, sécuritaires en raison de l’absence de matériel génomique et facilement manipulables par génie génétique, ce qui permet de les proposer dans différentes stratégies vaccinales, et notamment contre le VIH. Notre approche consiste à utiliser comme vaccin des rétroVLP recombinantes produites ex vivo, ou l’ADN codant les protéines capables de former in situ ces rétroVLP (stratégie dite « plasmoVLP »). Les travaux antérieurs de l’équipe ont montré que la formation des rétroVLP améliorait les réponses immunitaires dirigées contre les antigènes qu’elles véhiculent, et nous avons cherché au cours de cette étude à mieux caractériser les mécanismes expliquant leur immunogénicité. Nous avons montré dans un premier temps que les rétroVLP étaient capables d’activer efficacement les cellules dendritiques in vitro et in vivo, et de déclencher des réponses aussi bien humorales que cellulaires contre les protéines d’enveloppe du VIH et contre des épitopes T insérés dans la capside. Les mécanismes d’activation des cellules dendritiques ont également été précisés par une analyse transcriptomique. De plus, la vaccination plasmoVLP, qui favorise les réponses CD8+, a aussi montré de fortes réponses cellulaires contre des antigènes tumoraux associées à des résultats de protection très encourageants, y compris dans des schémas de vaccination thérapeutiques. Par ailleurs, nous avons développé au cours de ces travaux une nouvelle stratégie consistant à moduler l’immunogénicité des rétroVLP en ajoutant dans leur structure des molécules adjuvantes, notamment des ligands des récepteurs de type Toll (TLR). Ainsi, nous avons conçu et breveté au laboratoire une molécule d’ARN simple brin que nous avons appelée ncRNA. Nous avons mis en évidence l’effet immunostimulant du ncRNA, qui est capable d’activer plus efficacement les cellules dendritiques in vitro, d’orienter les réponses CD4+ vers un profil Th1 et de promouvoir la prolifération des lymphocytes T CD8+ spécifiques des antigènes véhiculés par les rétroVLP in vitro, démontrant qu’il améliore l’efficacité de la présentation croisée. Les réponses vaccinales contre les épitopes T internes et l’enveloppe du VIH sont également augmentées en présence de ncRNA, par un mécanisme impliquant la voie des TLR. Ces travaux ont donc permis de mieux caractériser l’immunogénicité des rétroVLP, mettant ainsi en avant leur potentiel vaccinal, et démontrent l’efficacité d’une stratégie d’adjuvantation innovante et prometteuse utilisant un ligand des TLR. / After a century of success, vaccination now faces new pathogens that require the development of new formulations to induce complete immune responses, especially potent CD8+ cytotoxic responses. We developed a novel strategy based on virus-like particles (VLPs) deriving from the Murine Leukemia Virus (MLV), so-called retroVLPs, as antigen platforms. RetroVLPs are promising vaccine candidates, as they are totally safe due to the lack of any genomic material in their composition, and they can be easily manipulated by genetic engineering, which allows using them in different vaccine strategies, including against HIV. We can use retroVLPs as a vaccine by producing them ex vivo and injecting them as proteins, or by injecting the DNA plasmids that encode the structural proteins that can self-assemble in vivo (“plasmoVLP” strategy). Previous work had shown that the retroVLP formation improves immune responses against antigens they carry, and we aimed in this study to better characterize the mechanisms explaining their immunogenicity. We showed that retroVLPs efficiently activate dendritic cells in vitro and in vivo, and trigger humoral as well as cellular vaccine responses, against HIV envelope and T cell epitopes inserted in the capsid. The mechanisms of dendritic cells activation have also been specified by transcriptome analysis. Moreover, plasmoVLP vaccination, which promotes CD8+ responses, showed strong cellular responses against tumor antigens associated with good protection, including in therapeutic vaccination schemes. Otherwise, we developed during this work a new strategy in order to modulate the immune properties of retroVLPs by adding in their structure adjuvant molecules, and particularly Toll-like receptor (TLR)-ligands. Thus, we designed and patented a single-stranded RNA acting as a TLR-ligand, that we called ncRNA. We demonstrated the immunostimulating properties of ncRNA, which is able to induce a higher activation of dendritic cells in vitro when carried by the retroVLPs, and to promote Th1-biased CD4+ T cell responses as well as proliferation of CD8+ T cell specific for an internal epitope carried into the retroVLP, showing ncRNA improves the efficacy of cross-presentation. Vaccine responses against both internal epitopes and HIV envelope are also improved in the presence of ncRNA, by a TLR-dependent mechanism. This work helped to better characterize the immunogenicity of retroVLP, highlighted their vaccine potential, and demonstrate the effectiveness of an innovative and promising strategy adjuvantisation using a TLR-ligand.

Les cellules dendritiques, principales cellules présentatrices d’antigène, jouent un rôle essentiel dans l’induction de la réponse immunitaire antitumorale. Elles présentent donc un grand intérêt dans l’immunothérapie des cancers. Cependant, les résultats des essais cliniques basés sur l’utilisation des cellules dendritiques comme vaccins antitumoraux ont été relativement décevants. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à une propriété non-conventionnelle des cellules dendritiques: leur capacité à tuer directement les cellules cancéreuses. Nous avons montré chez la souris que les LPS peuvent induire l’activité cytotoxique des cellules dendritiques et que cette toxicité est médiée par le monoxyde d’azote et ses composés métaboliques secondaires tels que les peroxynitrites. De plus, ces cellules dendritiques cytotoxiques sont capables après avoir tué les cellules tumorales de présenter les antigènes tumoraux et d’activer des lymphocytes T spécifiques. Enfin, des travaux préliminaires suggèrent que ces mêmes cellules dendritiques cytotoxiques pourraient aussi négativement moduler les lymphocytes T régulateurs, principaux obstacles à la réponse immunitaire anti tumorale. Ainsi, ces cellules dendritiques pourraient réguler la réponse immunitaire anti tumorale à différents niveaux. Nous avons également montré qu’il était possible de générer in vitro des cellules dendritiques cytotoxiques humaines à partir de donneurs sains mais également à partir de patients atteints de cancer. Comme chez la souris, le mécanisme utilisé par ces cellules dendritiques pour tuer les cellules cancéreuses implique la production de peroxynitrites. L’activation des cellules dendritiques afin d’augmenter leur potentiel cytotoxique antitumoral pourra contribuer au développement de nouvelles stratégies en immunothérapie des cancers. / The dendritic cells, principal antigen presenting cells, play a crucial role in the initiation and regulation of the immune response against tumor. These cells are currently used in many anti-cancer immunotherapeutic protocols. However, the results of clinical trials using dendritic cell-based vaccines have often been disappointed. In this work, we studied the non-conventional direct tumor killing activity of dendritic cells. We showed in a mouse model that LPS can induce a dendritic cell cytotoxic activity against tumoral cells by producing oxide nitric and peroxynitrites. Moreover, after killing, these dendritic cells are able to present tumor antigens to specific T cells and activate them. Our Preliminary data also suggested that killer dendritic cells can negatively modulate regulatory T cells, major inhibitors of the antitumoral immune response. Thus, while targeting the tumors directly, cytotoxic dendritic cells have a strong potential to direct the antitumoral immune responses and to dampen immunosuppression. We have already shown that the human killer dendritic cells can be generated from monocytes of healthy donors as well as cancer patients. Similarly to mouse dendritic cells, the ex vivo generated human cytotoxic dendritic cells kill tumor cells via peroxynitrites. Taken together, herein presented data are very promising and killer antigen presenting cells can potencially be exploited to develop new efficient immunotherapeutic strategies against cancer.

Immunomodulation de l'arthrite expérimentale par les cellules dendritiques tolérogènes. Les cellules dendritiques (DCs) sont des cellules présentatrices d'antigènes jouant un rôle clé dans l'initiation et la modulation des réponses immunitaires. En effet, en parallèle de leur capacité à initier une réponse immunitaire adaptative, les DC sont également impliquées dans les mécanismes de tolérance périphérique. Elles sont utilisées depuis 10 ans maintenant en clinique dans des stratégies thérapeutiques anti-tumorale et leurs propriétés tolérogènes ouvrent aujourd'hui leur champ d'applications à des pathologies autoimmunes, l'asthme et la transplantation afin de restaurer une homéostasie de la réponse immune. Les objectifs de ma thèse ont consisté à :- renforcer le potentiel tolérogène des DCs par manipulation in vitro- tester la capacité de DCs tolérogènes à induire une protection de l'arthrite expérimentale- identifier les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la tolérance induite par les DCs. Mon travail de thèse a permis de montrer l'efficacité de la vaccination de souris arthritiques avec des DCs immatures conservant leurs propriétés tolérogènes in vitro et in vivo, grâce au traitement préalable avec un agent immunosuppresseur, la rapamycine. L'injection répétée de DCs immatures induit la génération de lymphocytes T régulateurs CD4+ CD49b+ sécrétant de l'IL-10 ayant de fortes capacités immunosuppressives. Ce projet a permis de mettre en évidence l'efficacité des DCs dans le traitement d'une pathologie autoimmune déjà établie et l'implication d'une population cellulaire régulatrice originale. / Tolerogenic dendritic cells for immumodulation in experimental arthritis.Dendritic cells (DCs) are the most potent antigen-presenting cells that play critical roles in the initiation and regulation of immune responses. Based on their tolerogenic properties, DCs offer potential as therapeutic tools to ameliorate or prevent graft rejection or graft-versus-host disease, or to treat autoimmune disorders.The objectives of my PhD consisted to:- reinforce the tolerogenic potential of DCs by in vitro handling.- assess the capacity of such tolerogenic DCs to induce a protective response in experimental autoimmune arthritis- identify cellular and molecular mechanisms implied in the tolerogenic DCs-induced protectionOur results suggest that, in contrast with conventional DCs, the rapamycin-conditioned iDCs maintain their tolerogenic potential upon injection in inflammatory settings and are able to dampen an already Th1-primed immune response, conferring a protection from arthritis. The protection of the mice was associated with an expansion of the IL-10-secreting CD49b+ Treg in the spleen and liver of the injected mice and a decrease of the Th1 immune response. These results underscore the therapeutic potential of tolerogenic DCs in an established autoimmune disease as well as the anti-inflammatory potential of the CD49b+ Treg cell population induced following DC vaccination.

Au cours de ma thèse, j’ai étudié la fonction cytotoxique des cellules dendritiques (DC) de patients cancéreux comparée à celle de sujets sains. Nous avons montré que les DC générées à partir des monocytes du sang périphérique peuvent acquérir des capacités cytotoxiques importantes après activation par des faibles doses de LPS. Le potentiel cytotoxique des DC générées à partir de patients cancéreux est comparable à celui de sujets sains. Nous avons identifié le mécanisme de cytotoxicité qui fait intervenir la production de peroxynitrite. Après avoir tué les cellules tumorales, les DC phagocytent des fragments tumoraux, surexpriment des molécules de costimulation et induisent la prolifération des lymphocytes. Un deuxième axe de recherche au cours de ma thèse a consisté en l’étude des macrophages inflammatoires et de leur implication dans l’athérosclérose. Les macrophages sécrètent la CETP (cholesteryl ester transfert protein), protéine-cible des récepteurs LXR (liver X receptor). Nous avons montré que l’expression de la CETP, en réponse aux agonistes LXR, n’est pas augmentée dans les macrophages inflammatoires. Ceci suggère que les macrophages inflammatoires ne participeraient pas à l’augmentation du pool plasmatique de CETP en cas de traitement par des agonistes LXR. / During my thesis, I studied the cytotoxic function of dendritic cells (DC) from cancer patients and compared it to DC from healthy donors. Our results indicate that human monocyte-derived DC can acquire strong cytotoxic activity toward tumor cells after activation with low dose of LPS. The cytotoxic potential of DC derived from cancer patients was almost the same as the one generated from healthy donors. We identified the tumor cell killing mechanism which involves peroxynitrite release. After killing of cancer cells, DC are capable of engulfing dead tumor cell fragments and overexpress the costimulatory molecules necessary for T cell proliferation. A second study consisted in an analysis of inflammatory macrophages and their significance in atherosclerosis. Macrophages produce CETP (cholesteryl ester transfert protein), a target for LXR (liver X receptor) receptors. Our results show that LXR-mediated induction of CETP expression is lost in inflammatory macrophages. Our study suggests that inflammatory macrophages may not increase the circulating CETP pool on LXR agonist treatment.