La chirurgie informatisée est une science nouvelle dont le but est de croiser la chirurgie avec les sciences de l’informatique afin d’aboutir à des améliorations significatives dans les deux domaines. Avec l’évolution des nouvelles techniques chirurgicales, une collaboration étroite entre chirurgiens et chercheurs est devenue à la fois inévitable et essentielle à l’optimisation des soins chirurgicaux. L’utilisation de modèles mathématiques est la pierre angulaire de ce nouveau domaine. Cette thèse démontre comment une approche systématique d’un problème clinique nous a amenés à répondre à des questions ouvertes dans le domaine chirurgical en utilisant des modèles mathématiques à grande échelle. De manière générale, notre approche inclut (i) une vision générale du problème, (ii) le ciblage du/des système(s) physiologique(s) à étudier pour y répondre, et (iii) un effort de modélisation mathématique, qui a toujours été poussé par la recherche d’un compromis entre complexité du système étudié et réalité physiologique. Nous avons consacré la première partie de cette thèse à l’optimisation des conditions limites à appliquer à un bio-réacteur utilisé pour démultiplier le tissu pulmonaire provenant d’un donneur. Un modèle géométrique de l’arbre trachéo-bronchique couplé à un modèle de dépôt de soluté nous a permis de déterminer l’ensemble des pressions à appliquer aux pompes servant le bio-réacteur afin d’obtenir une distribution optimale des nutriments à travers les cultures de tissus. Nous avons consacré la seconde partie de cette thèse au problème de resténose des greffes de veines utilisées pour contourner une occlusion artérielle. Nous avons reproduit l’apparition de resténose grâce à plusieurs modèles mathématiques qui permettent d’étudier les preuves cliniques et de tester des hypothèses cliniques avec un niveau croissant de complexité et de précision. Pour finir, nous avons développé un cadre de travail robuste pour tester les effets des thérapies géniques afin de limiter la resténose. Une découverte intéressante a été de constater qu’en contrôlant un groupe de gènes spécifique, la perméabilité à la lumière double après un mois de suivi. Grace aux résultats obtenus, nous avons démontré que la modélisation mathématique peut servir de puissant outil pour l’innovation chirurgicale. / Computational surgery is a new science that aims to intersect surgery and computational sciences in order to bring significant improvements in both fields. With the evolution of new surgical techniques, a close collaboration between surgeons and computational scientists became unavoidable and also essential to optimize surgical care. A large usage of mathematical models is the cornerstone in this new field. The present thesis shows how a systematic approach to a clinical problem brought us to answer open questions in the field of surgery by using mathematical models on a large scale. In general, our approach includes (i) an overview of the problem, (ii) the individuation of which physiological system/s is/are to be studied to address the question, and (iii) a mathematical modeling effort, which has been always driven by the pursue of a compromise between system complexity and closeness to the physiological reality. In the first part, we focused on the optimization of the boundary conditions to be applied to a bioreactor used to re-populate lung tissue from donor. A geometrical model of tracheobronchial tree combined with a solute deposition model allowed us to retrieve the set of pressures to be applied to the pumps serving the bioreactor in order to reach an optimal distribution of nourishment across the lung scaffold. In the second part, we focused on the issue of post-surgical restenosis of vein grafts used to bypass arterial occlusions. We replicated the event of restenosis with several mathematical models that allow us to study the clinical evidences and to test hypothesis with an escalating level of complexity and accuracy. Finally, we developed a solid framework to test the effect of gene therapies aimed to limit the restenosis. Interestingly, we found that by controlling a specific group of genes, the lumen patency is double after a month of follow-up. With the results achieved, we proved how mathematical modeling can be used as a powerful tool for surgical innovation.

La prédiction du devenir du greffon et de sa survie permettrait d’optimiser la prise en charge des patients transplantés. Le suivi des patients transplantés rénaux inclue des mesures répétées de marqueurs longitudinaux tels que la créatinine sérique et l’exposition aux médicaments immunosuppresseurs. L’approche statistique récemment proposée des modèles conjoints permet d’analyser la relation entre un processus longitudinal et la survenue d’un événement clinique. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons utilisé les modèles conjoints à classes latentes pour étudier l’impact du profil de créatinine sérique au cours des 18 premiers mois post-greffe sur la survie du greffon à long terme. Dans la cohorte étudiée, trois groupes homogènes caractérisés par une trajectoire spécifique de l’évolution de la créatinine sérique en fonction du temps et un risque d’échec de greffe spécifique ont été identifiés. Les probabilités individuelles de l’échec de greffe pendant les 10 premières années post-transplantation ont été calculées sur la base du modèle conjoint développé. Chez les patients qui n’avaient pas développé d’anticorps anti-HLA spécifiques du donneur, le risque d’échec de greffe en fonction du temps était prédit avec un niveau de performance satisfaisant en termes de spécificité, sensibilité et précision.L’utilité clinique de cet outil devra être évaluée avec une approche dynamique. Dans une seconde partie, les modèles non linéaires à effets mixtes combinés avec l’approche des modèles de mélange a été utilisée pour analyser (i) l’association entre la variabilité de l’exposition au tacrolimus au cours du temps et l’adhésion au traitement rapportée par le patient et (ii) l’impact de cette variabilité d’exposition sur le risque de rejet aigu. Ce modèle a montré un effet significatif de la variabilité de l’exposition au cours du temps du tacrolimus sur la survenu de rejet aigu au-delà de 3 mois post-transplantation. Au contraire, aucune association entre l’adhésion et la variabilité de l’exposition au tacrolimus d’une part, et le risque de rejet aigu d’autre part n’a été observée dans cette étude qui n’incluait que des patients modérément non-adhérents. Ce résultat pose la question de l’impact d’une non adhésion modérée sur le devenir du greffon. / Prediction of graft outcome would be useful to optimize patient care. Follow-up of kidneytransplant patients include repeated measurements of longitudinal markers, such as serum creatinine and immunosuppressive drug exposure. Recently proposed joint models areappropriate to analyze relationship between longitudinal processes and time-to-event data. In the first part of present work, we used the approach of joint latent class mixed models tostudy the impact of time-profiles of serum creatinine collected within the first 18 months after kidney transplantation on long-term graft survival. The studied cohort was parted into three homogenous classes with a specific time-evolution of serum creatinine and a specific risk of graft failure. The individual predicted probabilities of graft failure up to 10 years posttransplantation, calculated from this joint model were satisfying in terms of sensitivity, specificity and overall accuracy, for patients who had not developed de novo donor specificanti-HLA antibodies. The clinical usefulness of developed predictive tooI needs to beevaluated with a dynamic approach. In the second part, non-linear mixed effects models witha mixture of distribution for random effects were used to investigate (i) the associationbetween variability over time of tacrolimus exposure and self-reported drug adherence and(ii) the impact of this variability on the acute rejection risk. This model found a significantimpact of tacrolimus time-exposure variability on acute rejection onset beyond 3 months posttransplantation. On the contrary, no association between adherence and (i) variability oftacrolimus time-exposure and (ii) acute rejection was observed in our study which included moderate non-adherent patients only. This result questions the impact of moderate nonadherence on graft outcome.

Le développement de nouvelles stratégies vaccinales et le traitement de nombreuses pathologies dermatologiques font partis des enjeux majeurs des années à venir. L'étude et la compréhension des mécanismes de réponses immunitaires cutanées sont ainsi essentielles. Les cellules de Langerhans épidermiques et les cellules dendritiques dermiques jouent un rôle central dans l'immunité adaptative spécifique à un pathogène, et dans l'immunité innée, de par leur fonction de présentation des antigènes (APC), mais également d'activateur et de régulateur de l'action des autres cellules immunitaires. Durant ce travail de recherche, nous avons mis au point et testé plusieurs modèles d'étude des mécanismes de l'immunité cutanée. Un premier modèle de " souris humanisées " a été mis au point, à partir de souris immunodéprimées NSG HLA-A2 tg et de greffes de peau humaine. Une fois le modèle techniquement mis au point, nous avons vérifié de la conservation et de la fonctionnalité des APC. La faible conservation des APC au-delà de plusieurs semaines, nous a conduit à mettre au point un deuxième modèle de " souris humanisées " qui bénéficiaient d'injections intra-hépatiques de progéniteurs hématopoïétiques humains. La colonisation en APCs cutanées humaines n'étant pas suffisante, il a fallu injecter aux souris des APCs provenant du même sang que les progéniteurs hématopoïétiques afin d'obtenir une réponse immunitaire suffisante. La faible concentration en APC cutanées de ce modèle, la lourdeur et le coût de mise au point sont des limites non négligeables pour l'utilisation de ce support d'étude. Ces souris humanisées sont d’excellents modèles d’étude, mais ils présentent chacun leurs limites. Lorsque cela est possible il est ainsi plus simple d’utiliser des explants cutanés frais. Nous avons quantifié les APC cutanées en fonction du site d’origine (abdomen, seins…) et de l’âge du donneur de ces explants issus de chirurgie plastique. Sur les 21 explants testés, nous n’avons pas retrouvé de différence significative dans la concentration en APC quel que soit le site et l’âge du donneur. Ces 3 modèles offrent des possibilités d’étude des mécanismes de l’immunité cutanée, nous les utilisons actuellement au sein du laboratoire pour des tests vaccinaux, et pour l’étude du rôle de l’IL-32 produite par les kératinocytes impliqués dans l’activation des cellules de Langerhans. / The development of new vaccination strategies and the treatment of many dermatological pathologies are among the major challenges of the years to come. The study and understanding of the mechanisms of cutaneous immune responses are thus essential. Epidermal Langerhans cells and dermal dendritic cells play a central role in pathogen-specific adaptive immunity, and in innate immunity, by their antigen presenting function (APC), but also as an activator and regulator of the action of other immune cells.During this research, we developed and tested several models for the study of the mechanisms of cutaneous immunity. A first model of "humanized mice" was developed from immunosuppressed NSG HLA-A2 tg mice and human skin grafts. Once the model was technically developed, we verified the conservation and functionality of the APCs. The low PCA retention beyond several weeks, led us to develop a second model of "humanized mice" that benefited from intrahepatic injections of human hematopoietic progenitors. Since colonization in human skin APCs was not sufficient, it was necessary to inject the APCs from the same blood as the hematopoietic progenitors to obtain a sufficient immune response. The low concentration of skin APCs in this model, the cumbersomeness and the cost of development are not insignificant limits for the use of this study support.These humanized mice are excellent models of study, but they each have their limitations. Where possible, it is thus easier to use fresh skin explants. We quantified the cutaneous APCs according to the site of origin (abdomen, breasts ...) and the age of the donor of these explants resulting from plastic surgery. Of the 21 explants tested, there was no significant difference in APC concentration at any site and age of the donor.These three models offer possibilities for studying the mechanisms of skin immunity, we are currently using them in the laboratory for vaccine tests, and for studying the role of IL-32 produced by the keratinocytes involved in l activation of Langerhans cells.

La sélection des nouveaux porte-greffes du genre Prunus a pour principal objectif d’utiliser lavariabilité génétique existant au sein des différentes espèces de Prunus afin de créer un matérielvégétal innovant, performant au plan agronomique et résistant à différentes contraintes biotiques etabiotiques. L’exploitation de la variabilité génétique s'appuie sur le phénotypage des différentsindividus présents dans les collections de ressources génétiques pour les caractères recherchés. Celapermet de sélectionner des génotypes spécifiques pour améliorer un trait donné.Dans cette étude constituée de deux parties, nous avons exploré la diversité génétique au seindu genre Prunus pour ce qui concerne deux traits importants : l’aptitude au bouturage et les réponsesde certains porte-greffes à la contrainte hydrique.Dans la première partie l’aptitude au bouturage ligneux a été explorée dans une collectiongénétique de 222 génotypes. Les résultats obtenus montrent une variabilité considérable entre les sousgenresAmygdalus et Prunophora et également une variabilité interspécifique au sein de chaque sousgenre.La réussite au bouturage est nettement améliorée chez les hybrides interspécifiques dont un desparents appartient à l’espèce P cerasifera.Dans la deuxième partie nous avons étudié les réponses à la contrainte hydrique chez neufgénotypes couramment utilisés comme porte-greffes. Nous avons comparé trois régimes hydriquesdifférents : témoins, stressés et recouvrés. L’humidité du substrat est maintenue à la capacité au champtout au long de l’expérience pour les plants témoins, par contre l’arrosage a été arrêté pendant 14 jourspour les plants stressés, puis il a été repris pendant 10 jours pour les plants recouvrés. Durant cetteexpérience, nous avons effectué des mesures morphologiques et physiologiques sur la partie aérienneainsi que des excavations à la fin de chaque phase pour examiner les modifications au niveau dusystème racinaire. Sur la partie aérienne, la contrainte hydrique a provoqué une diminutionsignificative de la photosynthèse nette, de la transpiration totale, de la conductance stomatique, et del’expansion des feuilles.Le système racinaire a répondu à cette contrainte par plusieurs modifications. D’abord, le ratio racines/pousses a augmenté pour 4 génotypes (GF305, GF677, Montclar et Myrobolan1254). Ensuite, lesdifférents traits de l’architecture racinaire ont montré des modifications sous l’effet de la contraintehydrique : la longueur de la zone apicale non ramifiée (LZANR) qui traduit l’élongation racinaire,ainsi que les diamètres apicaux des racines ont diminué chez tous les génotypes. Par conséquent lesracines se sont affinées et ont réduit leur croissance en longueur. Produire des racines plus finesaugmente la surface de contact entre les racines et le sol et améliore la capacité d’absorption. Unediminution de la distance inter-ramification a été observée chez les plants stressés. Cette modificationpourrait s’expliquer par le fait que les plantes produisent plus de racines latérales en profondeur oùl’eau est souvent plus disponible. De plus, les racines latérales produites étaient également plus fines.Au plan qualitatif, les génotypes ont eu des réponses semblables, mais l’intensité de la réponse a variéselon les génotypes. / In breeding programs of Prunus rootstocks the aim is to use the existing genetic variabilitywithin Prunus species in order to create new rootstock genotypes with excellent agronomic traits, andimproved resistance to biotic and abiotic stresses.Exploitation of the genetic variability is based on the evaluation of phenotypic variation amongindividuals within genetic collections for desirable traits. This make possible to select specificgenotypes to improve a given trait.This study consists of two parts; we explored the genetic diversity within the genus Prunusregarding two important characteristics: rooting ability of hardwood cuttings and responses of somerootstocks to water stress.In the first part, rooting ability of hardwood cuttings was evaluated among 222 genotypespreserved in genetic collection. The results show considerable variability among the sub genusAmygdalus, Prunophora, and also an interspecific variability within each of them. Rooting ability byhardwood cutting was significantly improved in interspecific hybrids if one parent belongs to Pcerasifera species.In the second part of this study we studied the responses of nine genotypes, commonly usedrootstocks, to water stress. We applied three treatments: control, water stress and recovering.Soil moisture was maintained at field capacity through all stages of the experiment for the controlplants. On the contrary we stopped watering during 14 days for the stressed plants, and then we rewateredthe recovered plants for 10 days.During this experience, we performed morphological and physiological measurements on the aboveground parts of plants and we excavated plants at the end of each phase to observe root systemmodifications.Aboveground parts of plant responded to water stress by a significant decrease in net photosynthesis,total transpiration, stomatal conductance and leaf expansion.Root system responded to water stress by several modifications:Four genotypes (GF305, Montclar, GF677 and Myrobolan) showed a significant increase in root toshoot ratio under drought conditions. We also detected morphological modifications on the differenttraits of root architecture in response to water stress.The length of the apical unbranched zone LAUZ and the apical diameter were decreased forall genotypes, consequently, roots became finer and reduced their rate of elongation. Fine rootsenhance the surface of contact between roots and soil which in turn improve the acquisition of waterunder drought condition.The inter-branch distance also responded, and it tended to decrease under the water stress treatment.The decrease in inter-branch distance can be explained by a production of more lateral roots in deeplayers, where water was more available, moreover these new laterals roots were also finer.Qualitatively, a common response to water stress was observed on the different traits of the rootsystem architecture, but we showed a genotypic effect determining the level of the response.

La greffe cardiaque est le traitement ultime de l’insuffisance cardiaque. Le rejet aigu pose plusieurs problématiques, en particulier sa survenue imprévisible même sous traitement immunosuppresseur, et un diagnostic histologique qui nécessite des biopsies endomyocardiques (BEM) invasives répétées, et qui souffre de nombreuses limites. Le besoin de critères diagnostiques et prédictifs, idéalement non invasifs, nous a conduits à étudier le rejet aigu de greffe cardiaque sur le plan moléculaire. Nous avons caractérisé les profils d’expression génique (PEG) myocardiques et sanguins lors de différentes phases du rejet cellulaire (RC) et du rejet médié par les anticorps (RMA), par analyse sans a priori des transcriptomes sur puce à ADN. Par une première étude des PEG myocardiques menée sur une collection historique de BEM, nous avons montré la modification des PEG tissulaires lors du RC. Pour le même grade histologique, deux profils de RC aux degrés d’activation immunitaire différents ont été identifiés. De plus, les PEG myocardiques étaient modifiés dès un mois avant la survenue d’un RC, quand l’analyse histologique ne montrait encore aucune anomalie. Par une seconde étude conduite sur une collection prospective de BEM et échantillons sanguins, nous avons confirmé les résultats de la première étude, et de plus montré l’existence de modulations des PEG également dans le sang périphérique, aussi bien pendant un épisode de RC qu’un mois avant. Enfin pour la première fois la modulation tissulaire et périphérique des PEG a été montrée dans le RMA en transplantation cardiaque. L’existence de voies modulées dans les deux types de rejet devrait conduire à la recherche de biomarqueurs. / Heart transplantation is the last treatment in case of terminal heart failure. Acute rejection after heart transplantation raises several issues due to its occurrence despite immunosuppressive therapies and the requirement of invasive and repeated endomyocardial biopsies (EMB) that have several histological grading limitations. The need of non-invasive diagnostic and predictive criteria led us to study the acute rejection of cardiac allograft using a molecular approach. We characterized myocardial and peripheral blood gene expression profiles (GEP) during acute cellular rejection (CR) and antibody-mediated rejection (AMR) by mean of microarray analyses. By a retrospective study conducted on a historical EMB collection, we first showed a strong immunologic modulation during CR. For the same CR histological grading, two transcriptional profiles were identified according to the inflammation level. Moreover, myocardial GEP modifications were observed one month before the occurrence of CR, while histological characteristics showed no abnormality. A second study conducted on a prospective collection of both EMB and peripheral blood samples confirmed the results obtained on EMB and showed peripheral blood GEP modulations during both CR and even one month earlier. Finally, we have also shown for the first time in heart transplantation, myocardial and peripheral GEP modulations in AMR. Identification of modulated pathways in both types of rejection should allow for the determination of rejection biomarkers.

Le sujet de l’adaptation aux changements climatiques est devenu l’un des sujets contemporains les plus importants dans la vigne. Une grande focalisation a été mise sur la compréhension des effets du porte-greffe sur la croissance du scion, l’absorption des nutriments, et la tolérance au stress, dans l’objectif final de développer de nouveaux porte-greffes qui facilitent l’adaptation au changement climatique. L’objectif de cette thèse est d’examiner comment les différences dans la résistance à la sécheresse entre les génotypes peut résulter en de grandes différences dans leur capacité à maintenir leur croissance racinaire en situation de stress. Une meilleure compréhension sur la manière dont la structure, la croissance racinaire et l’absorption d’eau répondent au stress nous permettra de mieux comprendre quels sont les aspects de la physiologie racinaire qui contribuent à la tolérance face à la sécheresse. Des recherches précédentes qui s’étaient focalisées sur l’absorption d’eau racinaire chez la vigne ont suggéré que l’absorption d’eau racinaire pouvait être fortement liée à la vitesse de croissance racinaire instantanée (voir Gambetta et al. 2013). Cette observation implique que des différences entre les génotypes dans la résistance face à la sécheresse pourrait largement résulter de leur capacité à maintenir la croissance racinaire en conditions de stress. Deux porte-greffes de vigne avec des capacités contrastées en matière de résistance à la sécheresse, le Riparia Gloire de Montpellier (RGM) et le 110 Richter (110R) ont été sélectionnés pour étudier dans cette thèse. RGM est considéré comme sensible à la sécheresse, tandis que 110R est fortement résistant à la sécheresse (Carbonneau 1985). La thèse a examiné la relation entre la croissance racinaire et la capacité de résistance à la sécheresse en évaluant la vitesse de croissance racinaire, la conductivité hydraulique à travers deux variétés de porte-greffe en conditions de déficit en eau. Le niveau de l’expression des gènes d’aquaporines (via la qPCR et l’ARNseq) et leur contribution à la conductivité hydraulique racinaire ont été analysés dans les radicelles afin d’obtenir une meilleure compréhension sur les mécanismes impliqués dans la régulation de l’absorption de l’eau racinaire et la conductivité hydraulique au cours du développement et en réponse à un manque d’eau.Le traitement de stress d’eau prolongé a diminué le potentiel hydraulique de la plante. La croissance racinaire individuelle est très hétérogène : bien que le traitement de sécheresse réduise l’élongation racinaire en moyenne, la vitesse de croissance racinaire varie tout de même énormément. Un haut niveau de stress hydrique a réduit significativement la vitesse de croissance racinaire moyenne à la fois pour RGM et 110R. Globalement, la vitesse de croissance racinaire moyenne a montré une tendance réduite au cours du développement de la plante. La température du sol est aussi un facteur qui affecte la croissance racinaire. Pour RGM et 110R, en conditionsIIde bon arrosage et de stress hydrique, la vitesse de croissance quotidienne moyenne a été positivement corrélée avec la température du sol quotidienne moyenne. En conditions de bon arrosage, des vitesses de croissance racinaires plus importantes ont été constamment observées chez 110R par rapport à RGM, ce qui pourrait être une explication possible de sa meilleure résistance à la sécheresse par rapport à 110R. [...] / The subject of adaptation to climate change has become one of the most important contemporary topics in grapevine. Much focus has been placed on the understanding of rootstocks effects on scion growth, nutrient uptake, and tolerance to stress, with the ultimate goal of developing novel rootstocks that facilitate adaptation to a changing climate. The purpose of this thesis is to examine how differences in drought resistance between genotypes could result largely from differences in their ability to maintain root growth under stress. A better understanding of how root structure, growth, and water uptake respond to stress will allow us to better understand what aspects of root physiology contribute to drought tolerance. Previous research focused on root water uptake in grapevine suggested that root water uptake could be tightly coupled to a root’s instantaneous rate of growth (see Gambetta et al. 2013). This observation implies that differences in drought resistance between genotypes could result largely from their ability to maintain root growth under stress. Two grapevine rootstocks with contrasting drought resistance capacity, Riparia Gloire de Montpellier (RGM) and 110 Richter (110R), were selected to study in this thesis. RGM is considered as sensitive to drought, while 110R is highly resistant to drought (Carbonneau 1985). The thesis examined the relationship between root growth and drought resistant capacity by assessing root growth rate, hydraulic conductivity across two rootstock varieties subjected to water deficit. The role of aquaporin gene expression (via qPCR and RNAseq) and their contribution to root hydraulic conductivity were analyzed in fine roots in order to obtain a better understanding on the mechanisms involved in the regulation of root water uptake and hydraulic conductivity across development and in response to water deficit.Prolonged water stress treatment decreased plant water potential. Individual root growth is very heterogeneous, although drought treatment reduces root elongation on average, individual root growth rate still varies enormously. High level of water stress significantly reduced average root growth rate for both RGM and 110R. Globally, average root growth rate showed a decreased trend over plant development. Soil temperature is also a factor that affects root growth. For both RGM and 110R, under both well-watered and water-stressed conditions, average daily root growth rate was positively correlated with average daily soil temperature. Under well-watered conditions, higher root growth rates were constantly observed in 110R compared to RGM, which could be one possible explanation for the higher capacity in drought resistance of 110R.Root hydraulic conductivity (Lpr) was influenced by both water stress treatment and plant developmental stage. Generally, for both RGM and 110R, Lpr was significantly reduced under water stress in early stage. In mid and late stages, no significant differences in Lpr were observedIVbetween well-watered and water-stressed plants. Changes in individual root Lpr in response to pre-dawn leaf water potential (ᴪpredawn) were investigated as well. Lpr showed a fast drop in the beginning of water stress treatment when ᴪpredawn was higher than -0.5 MPa. However, with ᴪpredawn getting more negative, e.g. from -0.4 MPa to -2.0 MPa, the range of Lpr values measured in our study maintained constant. Lpr of well-watered plants decreased as well even though their ᴪpredawn was maintained at a high level (< 0.1 MPa) during the period of the experiment. [...]

Les nouveaux immunosuppresseurs utilisés en transplantation rénale depuis le début des années 2000 :mycophenolate mofetil (MMF), tacrolimus, Neoral (nouvelle formulation de la cyclosporine-Sandimmun) et les inhibiteurs du mTOR ont amélioré le contrôle du risque de rejet, ainsi que la survie du greffon. Ces progrès sont contrebalancés par un risque accru d’infections. Nous avons évalué l'impact des nouveaux immunosuppresseurs sur les défenses humorales anti-infectieuses en 2 parties. Pour la première partie, nous avons étudié les réponses humorales primaires contre des antigènes protéiques. La 1ère étude montre que les réponses après l’administration d’un anticorps monoclonal anti-CD3 (OKT3) en induction sont profondément et additionnellement inhibées par le MMF comparé à l'AZA, et par le Neoral comparé au Sandimmun, ce qui empêche la neutralisation de ce puissant immunosuppresseur. La 2ème étude analyse les réponses au vaccin adjuvanté contre l’influenza H1N1 pandémique de 2009. Seuls 44% des transplantés rénaux ont développé une séroconversion, contre 57% de patients hémodialysés et 90% de contrôles sains. Nous observons aussi que le MMF limite l’augmentation des titres d’anticorps après vaccination par rapport à l’AZA. <p>Pour la seconde partie, nous observons l’évolution de composants de l’immunité humorale et innée au cours de la 1ère année de greffe. La 3ème étude montre que l’incidence de l’hypogammaglobulinémie atteint 45% à 3 mois de greffe, et est encore de 30% à 1 an. Les taux de MBP diminuent progressivement ce qui augmente le risque de sepsis et d’infection virale (CMV), tandis que l’hypogammaglobulinémie combinée :IgG + [IgA ou IgM] est corrélée avec une incidence élevée d’infections précoces (86%, RR :2, P=0.048), surtout d’origine respiratoire. La 4ème étude, indique que les immunosuppresseurs diminuent intensément les titres en Ac spécifiques induits avant la greffe :les Ac anti-pneumococciques, de nature polysaccharidique (Ac T-indépendants) et surtout les Ac anti-Anatoxine tétanique, de nature protéique (Ac T-dépendants). L’ensemble de notre observation conclut que les immunosuppresseurs actuels, et plus particulièrement le Mycophenolate diminuent fortement la production et le maintien des immunoglobulines, et ont un impact infectieux important. Il en découle que les stratégies de vaccination recommandées méritent d'être appliquées et que la vigilance à l'égard des pathogènes doit être implémentée. <p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Summary<p>Immune homeostasis relies on a subtle balance between fight towards pathogens and inhibitory mechanisms that prevent inappropriate responses against self and environmental antigens (allergy). Regulatory T (Treg) cells play a central role in this balance. Optimizing Treg effects represents a promising approach for new stratetiges aiming to induce or restore tolerance against allo or self antigens. The first part of this work demonstrates that CD4+ lymphocytes that secrete IL-17A (Th17) promote allograft rejection in a murin model of skin transplantation with minor antigen disparities. Interestingly, Treg cells strengthen rather than inhibit Th17 effector mechanisms in this model. Indeed, we found that in vivo Treg depletion prevented IL-17 production by recipient T cells. An adoptive cotransfer of Treg with naive monospecific antidonor T cells in lymphopenic hosts biased the immune response towards a dominant Th17 phenotype. Finally, we observed that IL-6 was central for balancing Treg and Th17 cells as demonstrated by the prevention of Th17 differentiation, the enhanced Treg/Th17 ratio, and rejection blockade in the absence of IL-6. In conclusion, the ability of Treg to promote a Th17 pathway of rejection we described should be considered as a potential drawback of Treg-based cell therapy.<p>Based on the hypothesis that Treg promote Th17 immune response, we tested the effect of IL-17A neutralization in a model in which long-term skin allograft survival depends on a transient in vivo Treg expansion induced by exogenous IL-2. As expected, IL-2 administration prevented rejection of MHC class II disparate skin allografts. Surprisingly this treatment was inefficient in IL17A-/- recipients. We attested that IL-17A was not required for IL-2-mediated Treg expansion, recruitment or suppressive capacities. Instead, IL-17A prevented allograft rejection by inhibiting Th1 alloreactivity independently of Treg. Indeed, T-bet expression of naïve alloreactive CD4+ T cells and the subsequent Th1 immune response was significantly enhanced in IL-17A deficient mice. Our results illustrate, to our knowledge, for the first time a protective role of IL-17A in CD4+-mediated allograft rejection process.<p>In the last part of this work, we used the same mouse model of MHC class II-mismatched skin grafts in which long-term acceptance is achieved by a short-term administration of exogenous IL-2. We first confirmed that Tregs play a central role in preventing skin graft rejection as attested by the prompt donor skin destruction occuring after Treg cell depletion.<p>In the context of IL-2-mediated anti-rejection therapy, concomitant costimulatory blockade with CTLA4-Ig paradoxically restored skin allograft rejection and Th1 alloreactivity indicating that Treg-mediated suppresion absolutely required CD28-B7 or CTLA4/B7 interactions. Further experiments showed that CTLA4-Ig inhibited IL-2-driven Treg expansion, and prevented in particular the occurrence of ICOS+ Treg endowed with potent suppressive capacities. Restoring CD28 signaling was sufficient to counteract the deleterious effect of CTLA4-Ig on Treg expansion and functionality, in keeping with the hypothesis that costimulatory blockade inhibits Treg expansion and function by limiting the delivery of essential CD28-dependent signals. Inhibition of regulatory T cell function should therefore be taken into account when designing tolerance protocols based on costimulatory blockade.<p> <p>RÉSUMÉ<p>Le bon fonctionnement du système immunitaire résulte d’un équilibre entre les réponses immunes « effectrices » qui luttent contre les pathogènes et des mécanismes « régulateurs » permettant de les contrôler. Parmi ces mécanismes inhibiteurs, les lymphocytes T régulateurs (Treg) jouent un rôle crucial. En empêchant le débordement des réponses effectrices, ils préviennent l’apparition des allergies et des maladies auto-immunes ou inflammatoires. Dès lors, il est aisé d’imaginer le potentiel thérapeutique de ces cellules pour contrecarrer les phénomènes autoimmuns ou les réponses allogéniques responsables du rejet en transplantation. C’est donc l’étude des Treg chez la souris qui se trouve au centre des nos préoccupations dans ce travail.<p>Dans la première partie, nous avons démontré le rôle des lymphocytes CD4+ sécréteurs d’IL-17A (Th17) dans le rejet de greffe de peau présentant une disparité d’antigène mineur de transplantation. Dans ce modèle de rejet « Th17 », les données indiquent que, contrairement aux lignées Th1 et Th2, la réponse Th17 est favorisée par les Treg renversant ainsi le paradigme absolu du « Treg inhibiteur ». En effet, la déplétion des Treg dans notre modèle abolit l’expression des gènes caractéristiques de la voie Th17. De plus, dans un système de transfert adoptif chez la souris lymphopénique, l’ajout de Treg à une population T CD4+ effectrice naïve favorise leur différenciation en Th17. Enfin, en invalidant le gène de l’IL-6 dans notre combinaison allogénique mineure, nous avons mis en évidence la place importante de cette cytokine dans le rejet Th17 ainsi que dans la balance Th17/Treg en alloimmunité. <p>En partant du postulat que les Treg favorisent les réponses Th17, nous avons étudié l’impact de la déficience en IL-17A dans un modèle de greffe de peau réalisée en présence de quatités acrues de Treg. Pour cela, nous avons utilisé un modèle de rejet induit par une disparité isolée du CMH II au cours duquel les Treg sont amplifiés par l’injection d’IL-2 exogène durant les trois premiers jours de greffe. Dans ce système, l’expansion transitoire des Treg chez le receveur « sauvage » bloque le rejet dans 75% des cas jusqu’au jour 60 après la greffe sans le moindre traitement immunosuppresseur. Contre toute attente, l’absence d’IL-17A dans ce système restaure le rejet (receveurs IL-17A-/-). Nous avons démontré que l’IL-17A n’est pas requise pour l’expansion, la migration ou la fonction des Treg amplifiés par l’IL-2. En fait, les résultats suggèrent que l’IL-17A bloque le rejet en inhibant la réponse Th1 indépendamment des Treg. Ce point est appuyé par l’exacerbation de la voie Th1 chez le receveur IL-17A-/- et l’inhibition de l’expression de T-bet sous l’influence de l’IL-17A en culture mixte lymphocytaire. Paradoxalement, cette partie du travail rapporte donc un effet protecteur de l’IL-17A illustrant toute la complexité des rôles joués par cette cytokine. <p>La dernière partie du travail utilise le même modèle de greffe de peau allogénique (disparité du CMH II) dans lequel le rejet aigu est bloqué par l’expansion in vivo des Treg induite par l’IL-2 exogène. Nous avons confirmé que l’acceptation à long terme des greffons repose sur les propriétés inhibitrices des Treg amplifiés. Cette inhibition du rejet nécessite impérativement l’intégrité des interactions survenant entre les Treg et les cellules présentatrices d’antigènes du receveur via les molécules B7/CD28. L’ajout de CTLA4-Ig, un immunosuppresseur bloquant les interactions de ces molécules, conduit invariablement à l’accélération paradoxale du rejet. Cet effet pro-inflammatoire du CTLA4-Ig, s’explique par une action délétère sur la survie et la qualité des Treg. En conclusion, les données expérimentales obtenues dans ce dernier volet démontrent l’effet délétère potentiel de ce type de traitement dans les protocoles d’induction de tolérance basé sur l’emploi des Treg.<p> / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La transplantation rénale représente le traitement de choix de l’insuffisance rénale terminale parce qu’il offre une espérance de vie plus longue et une meilleure qualité de vie.<p>Néanmoins, l’accès à la transplantation est limité par la pénurie d’organes et dans certains cas, par la présence d’anticorps anti-HLA avant la greffe.<p>Bien que la présence d’anticorps anti-HLA spécifiques du donneur avant ou après la greffe ait été associée au rejet aigu et à la perte chronique d’allogreffe, un rejet humoral tant aigu que chronique peut survenir sans que ces anticorps soient détectables dans le sérum, suggérant que des réponses autologues ou allo-immunes contre des antigènes dits « mineurs » pourraient jouer un rôle dans le rejet et la perte de greffe.<p>MICA, en raison de son polymorphisme important, est considéré aujourd’hui comme un des systèmes antigéniques mineurs les plus robustes par sa capacité à induire des allo-anticorps. Cependant, un effet pathogène des anticorps anti-MICA sur le greffon rénal demeure à ce jour, non formellement établi.<p>Le but de la présente recherche a été d’étudier l’épidémiologie des anticorps anti-MICA à partir d’une large cohorte de volontaires sains et de patients atteints d’insuffisance rénale chronique terminale, de déterminer les facteurs de risque d’immunisation contre MICA, de spécifier la nature autologue ou allogénique de ces anticorps et d’évaluer au sein des patients ultérieurement transplantés, l’impact de ces anticorps sur le rejet et la survie de greffe. <p>La méthode utilisée pour l’identification des anticorps anti-MICA est la technique Luminex, consistant à faire réagir du sérum avec des billes de polystyrène tapissées par un seul antigène MICA recombinant, l’intensité de la liaison antigène-anticorps étant révélée par un fluorocytomètre suite à l’adjonction d’un second anticorps anti-IgG couplé à une substance fluorescente.<p>Nous avons identifié la grossesse, les transfusions sanguines, la greffe préalable et également l’urémie comme étant des facteurs de risque indépendants d’immunisation contre MICA. <p>Nous n’avons pas observé d’effet délétère des anticorps anti-MICA sur la survie à long terme du greffon rénal alors que les anticorps anti-MICA ont été plus fréquents chez les patients dits «à haut risque immunologique» et en particulier chez les patients immunisés contre le HLA.<p>Nos résultats suggèrent que plutôt d’être pathogènes, les anticorps anti-MICA pourraient être simplement des marqueurs de haut risque immunologique. Ceci remet donc en question l’utilité d’un monitoring des anticorps anti-MICA par la technologie Luminex.<p> <p><p>Renal transplantation represents the treatment of choice of stage V chronic kidney disease by offering a longer life expectancy and a better quality of life than dialysis. Nevertheless, the access to transplantation is limited by the shortage of organs and, in some cases, by the presence of HLA antibodies before transplantation. <p>While the presence of either preformed or post-transplant donor specific anti-HLA antibodies has been associated with acute rejection or chronic graft loss, acute or chronic antibody-mediated injury may also occur in the absence of detectable anti-HLA antibodies, suggesting that autologuous or allo-immune response to other relevant minor or non-HLA antigenic determinants might play a role in rejection and subsequent graft loss. Especially, MHC class I-related chain A (MICA), a highly polymorphic minor antigenic system, is now considered to be the most robust minor antigenic system capable of inducing allo-antibodies. However, the possible deleterious effect of MICA antibodies has not been formerly established yet.<p>The goal of the following work was to determine the risk factors for MICA sensitization, to specify the autologuous or allogeneic nature of MICA antibodies and to assess the impact of preformed and 1 yr post-transplant MICA antibodies on defined renal graft outcomes in large cohorts of patients. The method employed for the identification of MICA antibodies was a Luminex single antigen beads assay. We found that pregnancy, previous blood transfusion, previous graft as well as chronic kidney disease were independent risk factors for MICA sensitization.<p>Even if we had found a higher frequency of MICA antibodies in patients at higher immunological risk and especially, MICA antibodies had been closely associated with HLA sensitization, we showed a lack of a deleterious effect of MICA antibodies on long-term renal graft outcomes. <p>Our findings suggest that MICA antibodies are merely surrogate markers of high immunological risk and really question the monitoring of MICA antibodies by the presently available MICA single antigen flow beads assays. <p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Aujourd’hui, il est clairement établi que les lymphocytes T (LT) du donneur stimulés chroniquement par les antigènes mineurs (mHAgs) du receveur sont responsables du développement de la maladie du greffon contre l’hôte (GVHD). Il devient dès lors primordial de mettre au point des mécanismes permettant de contrôler l’activité et la fonctionnalité des LT du donneur soumis à une stimulation antigénique persistante.<p>\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished