Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les maladies allergiques sont en constante augmentation tant en prévalence qu’en gravité. Les éosinophiles sont fortement impliqués dans le dommage et le dysfonctionnement tissulaire et participent à l’entretien de l’inflammation allergique. Différentes cellules de l’immunité innée sont impliquées dans le contrôle de la réaction allergique. Parmi elles, les cellules NK, connues essentiellement pour leurs fonctions anti-tumorales et anti-microbiennes, pourraient réguler différents aspects de la réaction. Dans le sang périphérique de patients asthmatiques, les cellules NK présentent des capacités cytotoxiques accrues, ainsi qu’une prédominance de cellules NK2 comparativement à la prédominance de cellules NK1 chez les sujets non allergiques. Chez des patients atteints de dermatite atopique, le nombre et la cytotoxicité des cellules NK périphériques sont diminués, ainsi que leur capacité à produire de l’IFN-g. De plus, le dialogue entre les cellules NK et les cellules dendritiques est moins efficace chez le sujet asthmatique, menant ainsi à une capacité réduite de production d’IFN-g par les cellules NK. Dans des modèles murins d’inflammation pulmonaire, la déplétion en cellules NK par l’anti-NK1.1 ou l’anti-ASGM1 avant l’immunisation inhibe l’éosinophilie pulmonaire, l’infiltrat des LT CD3+ et l’augmentation des taux d’IL-4, IL-5 et IL-12 dans le LBA. Néanmoins, la déplétion avec l’anti-ASGM1 après l’établissement de l’inflammation éosinophilique retarde sa résolution, suggérant un rôle double des cellules NK dans l’inflammation allergique. Le recrutement et la fonction des cellules NK humaines dans l’allergie par le biais de l’analyse in vitro du rôle de CCL18 sur les cellules NK a été analysé. Cette chimiokine est préférentiellement produite au niveau du poumon et possède une double fonction dans la pathologie allergique puisqu’elle recrute les LTh2, mais également les LT reg et génère des DCs tolérogènes capables d’induire des LT reg, uniquement chez des donneurs non allergiques. Nous avons évalué la réponse des cellules NK de sujets allergiques vis-à-vis de CCL18 et l’avons comparée à celle de cellules NK provenant de sujets non allergiques. Nos travaux ont montré que CCL18 attire in vitro les cellules NK de sujets non allergiques et induit leur cytotoxicité, de façon dépendante des protéines G. Par contre, les cellules NK de sujets allergiques ne répondent pas au CCL18. La deuxième partie du travail s’est basée sur l’hypothèse d’un dialogue entre les cellules NK et les éosinophiles qui modifierait leurs fonctions respectives. Des cellules NK et des éosinophiles autologues ont été cocultivés pendant 3 et 12h, à différents ratios. Nous avons montré que les cellules NK activent directement les éosinophiles comme en témoignent l’augmentation de la libération de l’ECP, l’EDN, et de l’expression du CD63, du CD69 et la diminution de l’expression du CD62L sur les éosinophiles. De plus, les cellules NK induisent l’apoptose et la mortalité des éosinophiles dès la première heure de coculture. Cependant l’apoptose et la mortalité des cellules NK ne sont pas modifiées. La fixation des cellules NK empêche presque totalement l’activation et l’apoptose des éosinophiles, suggérant l’implication de molécules de surface et peut être de facteurs solubles. Les interactions entre molécules de surface restent à déterminer, et l’IFN-g et le TGF-β ne sont pas impliqués. Cependant, les voies de signalisation p38MAPkinase, ERK, JNK et PI3kinase interviennent dans l’activation des éosinophiles. La voie mitochondriale et ROS sont impliquées dans l’apoptose des éosinophiles induite par les cellules NK.En résumé, ces travaux ont permis de montrer que les cellules NK de sujets allergiques présentent un dysfonctionnement dans la réponse vis-à-vis de CCL18 comparativement aux sujets non-allergiques. De plus, nos résultats suggèrent que les cellules NK pourraient réguler l’inflammation à éosinophiles en induisant leur activation et/ou leur apoptose. / Allergic diseases are steadily increasing both in prevalence and severity. Known physiopathological mechanisms involve the induction of a Th2 response by dendritic cells, leading to IgE production and inflammation, in particular linked to the recruitment of eosinophils. Eosinophils are heavily involved in injury and tissue dysfunction and contribute to the maintenance of inflammation. Different cells of innate immunity were shown to be involved in the control of allergic reaction. Among them, (NK) cells, primarily known for their anti-tumor and anti-microbial functions, may regulate different aspects of allergic reaction as suggested by studies in humans or mice. In the peripheral blood of patients with asthma, NK cells exhibit increased cytotoxic capacity, and a predominance of NK2 cells compared to the prevalence of NK1 cells in non-allergic subjects. In patients with atopic dermatitis, the number and cytotoxicity of peripheral NK cells are reduced, as well as their ability to produce IFN-g. Moreover, the dialogue between NK cells and dendritic cells is less effective in asthmatic patients, leading to a reduced capacity of IFN-g production by NK cells. In murine models of pulmonary inflammation, depletion of NK cells by anti-NK1.1 or anti-ASGM1 before immunization inhibits pulmonary eosinophilia, the infiltration of CD3+ T cells and increased levels of IL-4, IL-5 and IL-12 in the bronchoalveolar lavage. However, depletion with anti-ASGM1 after the establishment of eosinophilic inflammation delays its resolution, suggesting a dual role of NK cells in allergic inflammation.We studied the recruitment and function of human NK cells in allergy through in vitro analysis of the role of CCL18 on NK cells. This chemokine is preferentially produced in the lungs and has a dual role in allergic diseases since it recruits Th2 cells but also regulatory T cells and generates tolerogenic DCs capable of inducing regulatory T cells only from non-allergic donors. We evaluated the response of NK cells in allergic subjects towards CCL18 and compared it to that of NK cells from non-allergic donors. We showed that CCL18 attracts NK cells from non-allergic subjects and induces their cytotoxicity in a G protein dependent pathway. However, NK cells from allergic subjects did not respond to CCL18. This chemokine has no effect on the proliferation of NK cells, but may negatively regulate IFN-g production.The second part of the thesis is based on the hypothesis of a dialogue between NK cells and eosinophils which would modify their respective functions. NK cells and autologous eosinophils were cocultured during 3 and 12 hours, at different ratios. We showed that NK cells directly activate eosinophils as evidenced by the increased release of ECP, eosinophil derived neurotoxin EDN, and the expression of CD63, CD69, and reduced expression of CD62L on living eosinophils. In addition, coculture with NK cells induced apoptosis and mortality of eosinophils in the first hours of coculture. However, apoptosis and death of NK cells were not changed. Fixation of NK cells prevented almost completely the activation and apoptosis of eosinophils, suggesting the involvement of surface molecules, however soluble factors cannot be excluded. These interactions require cell contact, but the molecules involved remain to be determined. Concerning soluble factors, IFN-g and TGF-β are not involved in these mechanisms. However, the signaling pathways p38MAPkinase, ERK, JNK and PI3-kinase are involved in eosinophils activation. Concerning eosinophil apoptosis induced by NK cells, the mitochondrial pathway is more involved than the caspase pathway.In summary, our studies show that NK cells from allergic patients exhibit a defect in their response towards CCL18 compared to non-allergic subjects. In addition, these results suggest that NK cells may regulate eosinophilic inflammation by inducing their activation and / or apoptosis.

Les allergies alimentaires à l'arachide et au lait posent un problème majeur de santé publique, en particulier chez les enfants. Nous avons développé un modèle cellulaire de dégranulation, afin d'analyser si la liaison d'un allergène à ses IgE spécifiques, mesurée in vitro, a bien la capacité de déclencher la phase effectrice de la réaction allergique. Ce modèle repose sur l'utilisation de la lignée cellulaire RBL SX-38 développée par JP Kinet, mastocytes de rat immortalisés et modifiés pour exprimer le récepteur de haute affinité aux IgE humaines. Le développement de ce modèle pour son utilisation en microplaques de 96 puits a consisté notamment en l'optimisation de différents paramètres critiques pour la réalisation des 2 phases du test : la phase de sensibilisation des cellules par les IgE de patients allergiques et la phase de déclenchement par les allergènes auxquels le patient est sensibilisé. Ce modèle a permis de montrer l'importance des caséines et des albumines 2S (Ara h 2 et Ara h 6) dans cette étape clé de la réaction allergique au lait et à l'arachide, confirmant les observations sérologiques et cliniques disponibles. L'effet de traitements thermiques sur l'allergénicité d'un allergène majeur de l'arachide (Ara h 1), a été évalué dans le cadre du programme européen EuroPrevall. Les résultats obtenus montrent la diminution de la réactivité d'Ara h 1 après chauffage de la protéine isolée en solution. Par contre, la même protéine préparée et purifiée à partir d'arachide grillée présente une forte réactivité. Ces résultats suggèrent qu'un traitement à température élevée de la graine entraine une augmentation de l'allergénicité de Ara h 1 du fait de ses interactions avec les autres constituants de la graine. Le modèle cellulaire de dégranulation développé apparaît être un outil pertinent pour l'étude de la fonctionnalité biologique de l'interaction allergène-IgE, permettant une meilleure compréhension de la relation entre la structure d'une protéine alimentaire et son allergénicité, voire une évaluation du risque allergique des aliments ne nécessitant pas d'essais cliniques systématiques.

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Les allergies alimentaires à l'arachide et au lait posent un problème majeur de santé publique, en particulier chez les enfants. Nous avons développé un modèle cellulaire de dégranulation, afin d'analyser si la liaison d'un allergène à ses IgE spécifiques, mesurée in vitro, a bien la capacité de déclencher la phase effectrice de la réaction allergique. Ce modèle repose sur l'utilisation de la lignée cellulaire RBL SX-38 développée par JP Kinet, mastocytes de rat immortalisés et modifiés pour exprimer le récepteur de haute affinité aux IgE humaines. Le développement de ce modèle pour son utilisation en microplaques de 96 puits a consisté notamment en l'optimisation de différents paramètres critiques pour la réalisation des 2 phases du test : la phase de sensibilisation des cellules par les IgE de patients allergiques et la phase de déclenchement par les allergènes auxquels le patient est sensibilisé. Ce modèle a permis de montrer l'importance des caséines et des albumines 2S (Ara h 2 et Ara h 6) dans cette étape clé de la réaction allergique au lait et à l'arachide, confirmant les observations sérologiques et cliniques disponibles. L'effet de traitements thermiques sur l'allergénicité d'un allergène majeur de l'arachide (Ara h 1), a été évalué dans le cadre du programme européen EuroPrevall. Les résultats obtenus montrent la diminution de la réactivité d'Ara h 1 après chauffage de la protéine isolée en solution. Par contre, la même protéine préparée et purifiée à partir d'arachide grillée présente une forte réactivité. Ces résultats suggèrent qu'un traitement à température élevée de la graine entraine une augmentation de l'allergénicité de Ara h 1 du fait de ses interactions avec les autres constituants de la graine. Le modèle cellulaire de dégranulation développé apparaît être un outil pertinent pour l'étude de la fonctionnalité biologique de l'interaction allergène-IgE, permettant une meilleure compréhension de la relation entre la structure d'une protéine alimentaire et son allergénicité, voire une évaluation du risque allergique des aliments ne nécessitant pas d'essais cliniques systématiques.

Les mastocytes sont des cellules immunitaires présentes dans tous les tissus de l'organisme. Ils ont été depuis longtemps associés aux réponses allergiques, mais ces cellules sont aussi des acteurs majeurs de la réponse inflammatoire. La dégranulation des mastocytes, ou exocytose des granules sécrétoires, est un mécanisme d'action important de ces cellules. Au laboratoire, nous avons mis au point une méthode innovante qui nous permet de suivre en temps réel la dynamique de cette dégranulation. Cette méthode repose sur l'utilisation de l'avidine couplé à un fluorochrome qui se lie spécifiquement à la matrice des granules. Nous avons recherché les modalités de la dégranulation lorsque les mastocytes sont activés par un ligand cellulaire comme des cellules cibles recouvertes d'anticorps. Nous avons pu mettre en évidence, de façon surprenante, que les mastocytes dégranulent de manière polarisée contre une cellule cible opsonisée avec des anticorps de type IgE ou IgG en mettant en place un nouveau mécanisme que nous avons nommé ADDS (Antibody Dependent Degranulatory Synapse). L'ADDS est caractérisée par une signalisation du récepteur RFc et une dépolymérisation du cytosquelette cortical d'actine locales. De plus, cette synapse peut aussi avoir lieu lorsque le mastocyte est au contact d'un parasite opsonisé comme Toxoplasma Gondii, et induit la mort du parasite et la libération de cytokines et chimiokines pro-inflammatoires. Nous avons ensuite analysé la dynamique de la dégranulation à l'échelle " single cell " et sa régulation par des facteurs inflammatoires. Grâce à une approche de " cell barcoding " et de cytométrie en flux en temps réel, nous avons pu mettre en évidence que la dégranulation induite par l'agrégation des RFc?I était contrôlée par deux mécanismes : un premier qui règle le nombre de mastocytes qui dégranulent et un second qui régule l'intensité de la dégranulation. L'interleukine 33 peut finement potentialiser ces deux mécanismes en augmentant le pourcentage de mastocytes qui dégranulent et l'intensité de la dégranulation. L'IL-33 induit ainsi l'émergence de cellules hautement inflammatoires. Dans un second axe de recherche, nous avons étudié quel pouvait être l'impact des prostaglandines dans le dialogue entre mastocytes et lymphocytes T CD4+ Helper (TH). Nos résultats indiquent un rôle insoupçonné de la prostaglandine D2 et la prostaglandine E2 comme des acteurs importants pour la production d'interleukine 17 par les LTH. En conclusion, mon travail de thèse nous a permis de révéler l'existence de la synapse dégranulatoire des mastocytes, de nouveaux mécanismes contrôlant la dégranulation et d'identifier les mastocytes comme une source importante de prostaglandines impliquées dans la polarisation des LTH. / Mast cells are tissue-resident immune cells particularly enriched in regions exposed to the external environment. They have been associated, for a long time, with allergic disorders but these cells are also major effectors of inflammatory response. The degranulation process, or granule exocytosis, is one of the main effector functions of mast cells and it has been implicated in various biological processes. In our laboratory, we have developed a new method to monitor live mast cell degranulatory response. This approach is based on fluorescent avidin that binds selectively mast cell granule matrix. Thanks to this method, we have investigated the degranulatory response following mast cell activation by cell bound antigens. We have shown that mast cells can undergo polarized degranulation toward IgE- or IgG-opsonized cells in a new mechanism we named ADDS (Antibody Dependent Degranulatory Synapse). The ADDS is characterized by a local signaling of FcR receptors and cortical actin depolymerisation. Moreover, this synapse takes place when mast cells are triggered by opsonized parasite Toxoplasma Gondii. It leads to the death of the parasite and the release of pro-inflammatory cytokines and chemokines. We next analyzed the mast cell degranulatory response dynamics at the single cell level and its regulation by alarmin IL-33. Using cutting-edge "cell barcoding" approach and live flow cytometry, we showed that Fc?RI mediated degranulatory response is controlled by two mechanisms: a first one that sets the frequency of degranulated mast cells and a second one that regulates the magnitude of the degranulation. The IL-33 fine tunes these two mechanisms by augmenting both the frequency of degranulated mast cells and the extent of individual mast cell degranulation. Our results indicate that interleukin 33 induces the emergence of high inflammatory mast cells. In a second axis of research, we analysed the influence of prostaglandins during the cooperation between mast cells and CD4+ T helper cells. Our results indicate that prostaglandin D2 and E2 produced by mast cells are important inducers of interleukin 17 by CD4+ T helper cells. Taken together, my thesis work revealed that mast cells can form degranulatory synapses, new mechanisms that control the degranulatory response and identified mast cells as a source of pro-IL-17 prostaglandins during their cooperation with CD4+ T helper cells.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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Malgré plusieurs chimiothérapies suivies d’une transplantation et d’une immunothérapie, 40% des patients avec un neuroblastome (NB) à haut risque subissent une progression de la maladie ou une rechute. L’échec de ces traitements est attribué à la présence de cellules initiatrices de tumeur (TIC) qui expriment le marqueur CD133 et qui sont souvent résistantes aux agents chimiothérapeutiques. Les cellules Natural Killer (NK), qui possèdent un effet anti-tumoral, peuvent être utilisées dans le cadre du développement de nouvelles approches immuno-thérapeutiques. Nous posons l’hypothèse que les cellules NK activées éliminent efficacement les TIC et contribuent à la réduction des risques de rechute. De plus, il est possible d’augmenter l’effet anti-tumoral des cellules NK contre le NB. L’activité cytotoxique des cellules NK est augmentée par des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) activées. A la suite de la stimulation de leurs récepteurs Toll-like les pDC produisent de grandes quantités d'interféron-alpha (IFN-α). Nous avons étudié les propriétés lytiques des cellules NK contre des lignées cellulaires de NB à la suite de leur activation par l’IFN-α ou des pDC activées. Nos résultats révèlent une augmentation de l’activité cytolytique des cellules NK contre ces lignées en réponse à une stimulation par les pDC activées. De plus, les cellules de NB CD133+ ou celles résistantes à l’immunothérapie dirigée contre le GD2 sont sensibles à la lyse médiée par les cellules NK stimulées par les pDC. Nous avons examiné les mécanismes cellulaires impliqués dans la lyse des cellules de NB. Nous montrons que cette cytotoxicité est médiée en partie par TRAIL induisant l'apoptose et en partie par la libération des granules cytotoxiques. Ainsi, ces résultats permettent de proposer une nouvelle approche immuno-thérapeutique complémentaire au traitement par l’anticorps anti-GD2 pour les patients atteints de NB à haut risque. / Despite aggressive treatment by chemotherapy followed by transplantation and treatment with anti-tumor cell disialoganglioside (GD2) monoclonal antibody, IL-2, GM-CSF and retinoic acid, 40% of patients with high-risk neuroblastoma (NB) still undergo disease progression or relapse. Furthermore, tumor-initiating cells (TIC) expressing the CD133 marker are present in NB tumors and are more resistant to chemotherapy. To evaluate a new immunotherapeutic approach, we took advantage of the anti-tumor effect of Natural Killer (NK) cells. We hypothesized that activated NK cells would be a potent therapeutic strategy to eliminate TIC and reduce relapse of NB. We aimed to establish the best strategy to increase the NK cell mediated cytotoxicity against NB. NK cell cytotoxic activity is increased by cytokines, chemokines and activated plasmacytoid dendritic cells (pDC) which produce high amounts of interferon-alpha (IFN-α) upon Toll-like receptor stimulation. We investigated NK-cell lytic properties against NB cell lines following activation by IFN-α or activated pDC. Our results reveal an increased cytolytic activity of NK cells against NB cell lines after stimulation by activated pDC, CD133+ (TIC) as well as anti-GD2 resistant NB cells are sensitive to NK cell mediated cytotoxicity following stimulation by activated pDC. We also examined the cellular mechanisms involved in NK cell-mediated lysis of NB cell lines. The increased cytotoxicity is partially mediated by TRAIL induced apoptosis and as well as by the release of cytolytic granules. In conclusion, we propose a new immunotherapeutic approach that can be used in combination with the anti-GD2 therapy for the treatment of high-risk NB patients.