Suite à une agression inflammatoire, telle que le choc septique, des brulures graves ou un traumatisme sévère, le système immunitaire répond par une modulation massive du transcriptome dans le sang. On propose d’explorer un autre répertoire que l’expression des gènes et de s’intéresser aux éléments répétés du génome, peu étudiés dans ces contextes, et plus particulièrement aux rétrovirus endogènes humains (HERV). Ils représentent plus de 8% du génome chez l’Homme. Certains sont exprimés dans des situations similaires à l’agression inflammatoire (cancer, maladies auto-immunes) et ont un impact sur la réponse immunitaire.Dans ce travail, nous cherchons à décrire et comprendre la contribution des HERV, au sein de la réponse immunitaire de l’hôte à l’agression inflammatoire. Pour cela, nous avons développé des méthodes et outils spécifiquement dédiés à la description du HERVome, au niveau génomique et transcriptomique. Nous montrons que les HERV sont exprimés dans le sang, modulés chez les patients, et que certains pourraient jouer un rôle sur l’expression de gènes de la réponse immunitaire situés à proximité. Nous évaluons également le polymorphisme de présence des HERV dans le génome de plus de deux mille individus répartis dans les populations humaines. On met en évidence que le polymorphisme HERV est globalement important, qu’il est lié à la population d’appartenance et que certains loci sont absents dans la majorité des génomes étudiés. Finalement, par différentes approches, nous identifions des associations entre gènes de la réponse immunitaire et HERV, suggérant que ces éléments peuvent jouer un rôle important dans la réponse de l’hôte à l’agression inflammatoire / Following inflammatory injury, like a septic shock, severe burn or important trauma, the immune system responds by a massive modulation of its transcriptome in the blood. We propose to explore another repertoire than gene expression and to focus on repeated elements, especially on HERVs. They represent more than 8% of the human genome. HERVs are expressed in similar settings (cancer or auto-immune diseases) and impact immune response. In this project, we describe and aim to better understand the HERV contribution in host immune response, following inflammatory aggression. To bring elements of response, we developed specifically dedicated tools to describe the HERVome, either at genomic or transcriptomic level. We show HERVs are expressed in blood in these settings, modulated in patients and could play a role on nearby gene expression. We also evaluate the polymorphism of presence of HERV loci on more than two thousands individuals, grouped into human populations. We show an important HERV polymorphism, that it is population-specific, and that some loci are absent in the majority of the analyzed genomes.Finally, with different approaches, we identify associations between immune-response genes and HERVs, suggesting these elements can play a role in host immune response following inflammatory aggressions

L’objectif de la thèse: À ce jour, il est admis que la TSPO joue un rôle important dans le processus inflammatoire, et qu’il est possible de suivre sa présence à l’aide d’une variété de radiotraceurs adaptés. Les impacts de l’inflammation touchent un grand nombre de personnes à travers le monde pour diverses raisons ; c’est pourquoi, quoique le [ ¹ ⁸F]DPA-714 est très prometteur, il est nécessaire d’aller plus loin pour explorer ses capacités et ses applications possibles. L’inflammation a une forte incidence sur différentes maladies, par conséquent, à impact social élevé (comme la maladie inflammatoire de l’intestin (IBD), la neuroinflammation, et le choc septique). Dans ces modèles nous analyserons et quantifierons les niveaux de d’expression de TSPO 18kDa par imagerie TEP que nous comparerons au niveau exprimé trouvés chez des sujets contrôles. L’objectif étant de déterminer si la TSPO peut constituer une cible biologique d’intérêt pour l’évaluation et la quantification d’un état inflammatoire chez l’individu en utilisant l’imagerie TEP avec le radioligand [ ¹ ⁸F]DPA-714.Aperçu sur le travail de recherche : L’étude entreprise dans cette thèse a fourni des informations conduisant à la conclusion suivante : la TSPO 18kDa peut en effet être utile comme biomarqueur pour l’évaluation d’un état inflammatoire dans plusieurs maladies. Nous avons pu illustrer par l’intermédiaire de deux modèles de la maladie inflammatoire de l’intestin, un modèle de la neuroinflammation et un modèle de choc septique, que la TSPO est un indicateur du niveau de l’inflammation dans la zone affectée. De plus, nous avons pu suivre, mesurer et quantifier l’évolution d’une zone inflammée en fonction du temps.Bien que le [ ¹ ⁸F]DPA-714 est le traceur utilisé pour déterminer la présence et le niveau de l’inflammation, d’autres traceurs sont constamment en cours de développement. Cela est démontré par le travail de collaboration effectuée avec l’équipe de radiochimie, dans lequel nous avons illustré le potentiel d’un nouveau radioligand de TSPO, le [ ¹ ⁸F]DPA-C5yne. / Purpose : The purpose of this study was to determine the in vivo potential of the TSPO 18 kDa as a biomarker of inflammation, with the use of its radioligand [ ¹ ⁸F]DPA-714, to non-invasively quantify the inflammatory state within the scope of various pathologies. Procedure : Multiple animal models of various inflammatory diseases, to include : inflammatory bowel disease, neuroinflammation, and septic shock, were developed and put in place by adapted measures. The animals well-being and the subsequent inflammation was evaluated. The inflammatory state was measured using quantitative PET imaging with the TSPO radioligand [ ¹ ⁸F]DPA-714 and correlated to the expression of conventional inflammatory markers using microscopy. Results : Based on the observed data, we were able to distinguish control groups from treated groups when using [ ¹ ⁸F]DPA-714. This TSPO radioligand permitted us to quantify the inflammatory level and to observe evolutionary changes in the inflammatory state of the disease in multiple models. The PET results, using the [ ¹ ⁸F]DPA-714 signal was correlated with an increased TSPO expression at cellular level. Conclusion : Results indicate that [ ¹ ⁸F]DPA-714 is a suitable tracer for studying inflammation of multiple diseases.[ ¹ ⁸F]DPA-714 could be a good molecular probe to non-invasively evaluate the level and localization of inflammation. Moreover, in vivo imaging using this TSPO ligand is potentially a powerful tool to stage and certainly to follow the evolution and therapeutic efficiency at molecular level in inflammatory diseases.

Ce travail porte sur le rôle des microparticules procoagulantes (MPs) générées par les cellules vasculaires en réponse à un état septique. Après une introduction rappelant la structure et les propriétés des microparticules et la réponse del'hôte à un agent pathogène, en particulier en terme d'activation de la coagulation, nous rapportons nos travauxexpérimentaux et cliniques. Le premier travail a été réalisé sur un modèle cellulaire de vésiculation induite par le LPS. Il nous a permis de caractériser le transfert du complexe CD14/TLR4 à différents types cellulaires in-vitro dépourvus du récepteur au LPS. Ainsi, les MPs monocytaires pourraient avoir un rôle d'amplification de la réponse inflammatoire mais aussi dans la réponse anti-inflammatoire secondaire en participant à l'apoptose lymphocytaire. Le second travail aété réalisé chez l'animal. Après induction d'un choc septique, nous avons observé une amélioration hémodynamique enréponse à la perfusion de protéine C activée associée à une modulation du phénotype des MPs. Réinjectées à des ratsnaïfs, les MPs issues des rats septiques traités par protéine C activée développaient une moindre vasoplégie. Enfin, nous avons réalisé une étude prospective sur 100 patients en choc septique. Nous avons ainsi pu caractériser la présence d'une concentration élevée de microparticules procoagulantes, avec une variation phénotypique en présence de coagulation intravasculaire disséminée (CIVD) : réduction du contingent plaquettaire au profit des MPs d'origine leucocytaires qui deviennent prépondérantes et témoignent d'une activation leucocytaire accrue, et surtout une activation des cellules endothéliales avec génération de MPs porteuses d'endogline (CD105). En analyse multivariée,CD105+-MPs étaient fortement associée à la CIVD et pourraient constituer un marqueur précoce de l'atteinte endothéliale au cours du choc septique.

Le choc septique est la première cause de mortalité en réanimation. Des techniques extracorporelles de purification sanguine sont aujourd’hui proposées pour améliorer le pronostic de cette pathologie. Leur mode d’action est basé sur l’immunomodulation de la réponse inflammatoire systémique de l’hôte, obtenue principalement par épuration nonsélective des médiateurs de l’inflammation. Nous rapportons les résultats de différentes études in vitro, animales et cliniques ayant évalué les techniques de purification sanguine suivantes :hémofiltration à haut débit, hémofiltration en cascade, hémofiltration hautement adsorbante,filtration et adsorption couplée, hémoadsorption, et hémodialyse à haute perméabilité.Ce travail de recherche translationnelle montre que les techniques de purification sanguine sont non seulement capables d’épurer les médiateurs de l’inflammation mais aussi l’endotoxine pour l’hémofiltration hautement adsorbante et l’hémoadsorption. Nous démontrons par ailleurs la faisabilité technique, la sécurité d’application et les intérêts del’hémofiltration en cascade et de l’hémodialyse continue à haute perméabilité. Les effets hémodynamiques bénéfiques des techniques de purification sanguine sont également retrouvés. Pour les années à venir, il conviendra d’optimiser les techniques les plus performantes en tenant compte de leurs avantages et inconvénients respectifs. Sur le planphysiopathologique, l’effet plus direct de ces thérapies sur les leucocytes sera à approfondir. Il semble maintenant admis que convection, diffusion et adsorption ne doivent plus être opposés mais plutôt être considérés comme des mécanismes complémentaires / Septic shock is the main cause of death in the intensive care unit. Extracorporeal blood purification therapies are now being proposed in order to improve septic shock outcomes. These therapies work based on immunomodulation of the host inflammatory response, obtained by non selectively removing inflammatory mediators. We report data from several different studies performed in vitro, in animals and in human beings, assessing various blood purification therapies which include high-volume hemofiltration, cascade hemofiltration, high-adsorption hemofiltration, coupled plasma filtration adsorption, hemoadsorption and high-permeability hemodialysis. This translational research work shows that blood purification therapies are capable of removing not only the inflammatory mediators but also the endotoxins as far as highadsorptionhemofiltration and hemoadsorption are concerned. We demonstrate technical feasibility, safety and advantages of cascade hemofiltration and continuous high-permeability hemodialysis. The beneficial hemodynamic effects related to these blood purification techniques are also highlighted. For future research, optimization of the most efficient techniques is warranted, takinginto account of their respective advantages and drawbacks. Regarding pathophysiology, the direct effect of these therapies on leukocyte function is subject to further investigation. To date, convection, diffusion and adsorption should not be viewed in opposition but rather, seen as complementary mechanisms.

Le choc septique reste une pathologie grave, associée à des taux de mortalité et d'infections nosocomiales (IN) secondaires élevés. La prédiction du pronostic est de la plus haute importance pour sélectionner les patients qui pourraient bénéficier de traitements visant à moduler la réponse immunitaire. Le système immunitaire, classiquement active par des agents externes, peut également être activé par des médiateurs endogènes exprimés à la suite d'une agression d'origine septique ou non. Les protéines S100 font partie de ces signaux de danger endogènes (ou alarmines). Le but de ce travail est d'évaluer la capacité de l'ARNm de S100A9 mesuré dans le sang total de patients en choc septique à prédire la survie et la survenue d'IN. Nous avons également étudié la régulation de l'expression des ARN messagers de S100A8 et S100A9 dans un modèle ex vivo de tolérance à l'endotoxine qui reproduit partiellement les dysfonctions de l'immunité innée induites par le sepsis. L'ARNm de S100A9 est surexprimé dans le sang des patients en choc septique. Un taux élevé entre le 7eme et le 10eme jour du début du choc septique est associé à la survenue d'IN secondaires. Ex vivo, l'expression des ARNm de S100A8 et S100A9 est augmentée durant le phénomène de tolérance à l'endotoxine. Le blocage de l IL-10 et l'administration d'IFN-γ réduisent l'augmentation de ces ARNm dans ce modèle. Apres confirmation dans des études cliniques, ces résultats préliminaires suggèrent que l'expression des ARNm de S100A8 et S100A9 puisse être utilisée comme marqueur du phénomène de tolérance à l'endotoxine et comme outils pour évaluer la dysfonction immunitaire des patients en choc septique. Ces patients pourraient alors bénéficier de thérapies visant à restaurer leurs fonctions immunitaires / Septic shock remains a serious disease with high mortality and increased risk of hospital-acquired infection. The prediction of outcome is of the utmost importance for selecting patients for therapeutic strategies aiming to modify the immune response. Immune system, typically activated by external agents, can also be activated by endogenous mediators induced by various types of stress (trauma, infection, burns). S100 proteins are part of the alarmins family. The aim of this study was to assess the capability of S100A9 messenger RNA in whole blood from patients with septic shock to predict survival and the occurrence of hospital-acquired infection. We also investigate the regulation of S100A8 and S100A9 mRNA expressions in an ex vivo model of endotoxin tolerance which partially reproduces sepsis-induced innate immune alterations. S100A9 messenger RNA is increased in septic shock and its delayed overexpression is associated with the occurrence of secondary hospital-acquired infection. Ex vivo, S100A8 and S100A9 mRNA expressions are increased during endotoxin tolerance. IL-10 blockade and rIFN-γ treatment partially abrogated S100A8/A9 mRNA increases in this model. Pending confirmation in larger, independent clinical studies, these preliminary results suggest that S100A8 and S100A9 mRNA levels might be used as surrogate markers of endotoxin tolerance and as evaluation tools for immune dysfunctions in septic shock patients. These patients could be selected for therapeutic aiming to restore immune functions

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Le sepsis est à l’origine d’une dysfonction immunitaire prolongée responsable d’infections nosocomiales et d’une mortalité tardive élevée. Sa physiologie complexe demeure mal connue et il n’existe aucun traitement spécifique en dehors de l’antibiothérapie et des thérapeutiques de suppléance d’organes. Nous nous sommes intéressés au rôle des cellules myéloïdes dans cette dysfonction immunitaire. Nous avons pu montrer qu’il existe chez les patients atteints de sepsis une augmentation du nombre de cellules suppressives d’origine myéloïde monocytaires (M-MDSC) CD14+HLA-DRlow/- et granulocytaires (G-MDSC) identifiées comme des granulocytes de faible densité CD14-CD15+. Ces cellules sont responsables d’une activité Indoléamine 2,3-dioxygénase (IDO) et arginase 1, et leur déplétion permet de restaurer la prolifération des lymphocytes T in vitro. L’augmentation précoce des G-MDSC prédit la survenue ultérieure d’infections nosocomiales. De même, l’augmentation de l’activité IDO et de l’arginase 1 plasmatique sont associées à un mauvais pronostic. Au total, nous avons pu démontrer que les cellules myéloïdes acquièrent un phénotype suppresseur en partie responsable de l’immunodépression acquise et du pronostic péjoratif chez les patients septiques. Afin de restaurer les capacités immunitaires des patients, les MDSC pourraient devenir une future cible thérapeutique. / Sepsis results in a sustained immune dysfunction responsible for poor prognosis and nosocomial infections. Sepsis physiology remains poorly understood and no treatment exists currently, excepted from antibiotherapy and life-support techniques. We asked if myeloid cells could play a role in this sustained immune dysfunction. We demonstrated that Peripheral CD14+HLA-DRlow/- monocytic-myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) and CD14-CD15+ low-density granulocytes identified as granulocytic- (G-)MDSCs were increased in septic patients. In vitro, arginase and IDO activities relied on MDSCs and depletion of both subsets restored T-cell proliferation. The initial proportion of G-MDSC predicted occurrence of nosocomial infections. Similarly, high plasma Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) activity and arginase 1 level were associated with poor outcome. Altogether, our results demonstrate that myeloid cells acquire suppressive functions during sepsis, partially responsible for the sustained immune dysfunction and poor outcome. MDSCs may become a future therapeutic target to restore the immune capacities of septic patients.