L'objectif du travail présenté dans cette thèse était la mise au point d'une méthode robuste de synthèse de petites protéines modulaires glycosylées afin de développer des glycoprotéines originales analogues de MUC1 capables d'induire une réponse immunitaire contre MUC1 tumorale.<br />Dans un premier temps, nous avons mis au point la synthèse par ligation chimique d'une petite protéine modulaire triantennée comportant deux unités de répétition de la protéine MUC1 et un épitope T-auxiliaire PADRE liés par des liaisons oxime. Les essais d'immunisation réalisés dans un modèle murin ont montré l'influence de la géométrie branchée et de l'introduction d'un épitope T auxiliaire sur l'immunogénicité de telles chimères. <br />Cette méthodologie a ensuite été appliquée à la synthèse de chimères glycosylées permettant ainsi la première synthèse de protéines modulaires analogues de MUC1 assemblées par des liaisons oxime et portant les épitopes saccharidiques Tn (GalNAc) et T (GalGalNAc). L'immunogénicité de telles constructions a été testée et a permis de comparer l'influence de ces deux épitopes sur l'immunogénicité de nos constructions. Ce travail ouvre la voie à de nombreuses études qui permettraient d'enrichir les connaissances sur le rôles des sucres dans la fonction de petites glycoprotéines ainsi que leur influence sur la réponse immunitaire dirigée contre MUC1 tumorale.

Les protéines solubles sont généralement faiblement immunogènes, ce qui constitue une limite pour le développement de vaccins sous unitaires à base de protéines. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif de décrypter certains mécanismes moléculaires et cellulaires qui contribuent à l'immunogénicité et d'en tirer partie pour développer des approches originales permettant d'améliorer la capacité des protéines à déclencher la réponse immunitaire. Pour cela, j'ai principalement utilisé le transactivateur transcriptionnel (Tat) du VIH-1. J'ai montré que l'oligomérisation de Tat permet à un mécanisme de collaboration B-TH-2 d'induire la réponse immunitaire en absence d'adjuvant. J'ai identifié le déterminant minimal responsable de l'effet et montré qu'il confère la propriété adjuvante à d'autres antigènes. J'ai ensuite montré que la présentation aux cellules T restreinte aux CMH I et CMH II est accrue lorsque les protéines sont dotées de la capacité à lier des sucres sulfatés d'expression ubiquitaire: les héparanes sulfate. Ces travaux ont permis de définir de nouvelles approches pour améliorer l'immunogénicité de protéines susceptibles d'être intégrées dans des préparations vaccinales.

Les protéines solubles sont généralement faiblement immunogènes, ce qui constitue unelimite pour le développement de vaccins sous unitaires à base de protéines. Mes travaux de thèseont eu pour objectif de décrypter certains mécanismes moléculaires et cellulaires qui contribuent àl'immunogénicité et d'en tirer partie pour développer des approches originales permettantd'améliorer la capacité des protéines à déclencher la réponse immunitaire. Pour cela, j'aiprincipalement utilisé le transactivateur transcriptionnel (Tat) du VIH-1. J'ai montré quel'oligomérisation de Tat permet à un mécanisme de collaboration B-TH-2 d'induire la réponseimmunitaire en absence d'adjuvant. J'ai identifié le déterminant minimal responsable de l'effet etmontré qu'il confère la propriété adjuvante à d'autres antigènes. J'ai ensuite montré que laprésentation aux cellules T restreinte aux CMH I et CMH II est accrue lorsque les protéines sontdotées de la capacité à lier des sucres sulfatés d'expression ubiquitaire: les héparanes sulfate. Cestravaux ont permis de définir de nouvelles approches pour améliorer l'immunogénicité de protéinessusceptibles d'être intégrées dans des préparations vaccinales.

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

Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) issues de la gelée de Wharton (GW) du cordon ombilical sont immuno-privilégiées et immunosuppressives. Dans le cadre d’une utilisation en ingénierie vasculaire, la persistance de ces propriétés après différenciation endothéliale a été explorée. La différenciation a été induite par ensemencement des CSM-GW sur des films multicouches de polyélectrolytes en présence du milieu EGM-2. L’immunogénicité des cellules endothéliales-« like » (CEL) a été vérifiée en évaluant l’expression de 2 marqueurs immunologiques HLA-DR et CD86. Afin d’évaluer l’effet immunosuppresseur des CSM-GW avant et après différenciation, celles-ci ont été cultivées en premier lieu en présence de cellules mononucléées stimulées en contact cellulaire direct ou séparées, puis avec des cellules Natural Killer (NK) et lymphocytes T (LT). Les résultats ont montré que les CEL expriment les marqueurs endothéliaux, n’expriment pas HLA-DR et CD86 et qu’elles inhibent la prolifération des différentes populations immunitaires selon un mécanisme dépendant de facteurs solubles tels que IDO, les IL-6 et -1β et de la PGE2, et de contacts cellulaires. La co-culture de LT avec les CEL a induit l’apparition d’une population de LT régulateurs de manière similaire aux CSM-GW. La co-culture des cellules NK en présence de CEL a induit une diminution du récepteur activateur NKG2D et a aussi induit un transfert du CD73 à leur surface, suggérant leur capacité à produire de l’adénosine, un puissant immunosuppresseur. Les CEL maintiennent le caractère immunoprivilégié et immunosuppresseur des CSM-GW, suggérant leur possible utilisation en ingénierie vasculaire / Umbilical cord Wharton’s jelly mesenchymal stem cells (WJ-MSC) are immune-privileged and immunosuppressive. Our study sought to determine the effect of endothelial differentiation on the immunomodulatory capacities of WJ-MSC. Endothelial-like cells (ECL) differentiation was performed by seeding MSC on polyelectrolyte multilayer films as substrate and stimulating them by EGM-2 culture medium. The expression of two immunological markers HLA-DR and CD86 was followed during the differentiation time. The effect of co-culture with ELC or MSC either in contact or separated by a transwell on different immune cells (peripheral blood mononuclear cells, T Lymphocytes (LT), Natural Killer (NK) cells) was assessed by evaluating immune cells proliferation. The results showed that ELC expressed endothelial markers, expressed low level of HLA-DR and CD86 and inhibited the proliferation of the different immune cell populations, and this inhibition is thought to be mediated by soluble factors as IDO, IL-6, IL-1β and PGE2, and by direct cellular contact. We reported also the capacity of ELC to generate a population of regulatory T cells and to decrease the expression of activating receptor NKG2D by NK cells. Moreover, we demonstrated that co-cultures with ELC induce CD73 expression on NK cells, a mechanism that may induce adenosine (a potent immunosuppressor) secretion by NK cells. Thus, ELC maintain the hypo-immunogenic and immunosuppressive characters of WJ-MSC suggesting their possible use in vascular engineering

L'hémophilie A (HA) est une maladie hémorragique congénitale qui se traduit par un défaut en facteur VIII (FVIII) de la coagulation. Le traitement privilégié des saignements est l'administration de FVIII exogène cependant, 30% des patients développent une réponse anticorps alloimmune contre le FVIII thérapeutique qui inhibe son activité pro-coagulante. L'endocytose du FVIII par les cellules dendritiques (DC) et sa présentation aux lymphocytes T ont été documentées. Cependant, la nature des signaux de danger (SD) responsables de la maturation des DC indispensable à l'initiation de la réponse immunitaire anti-FVIII, est inconnue. Au cours de ma thèse, j'ai cherché à identifier l'origine de ces SD et envisagé 3 possibilités: Une origine liée à la structure intrinsèque du FVIII, au contexte inflammatoire avant l'administration de FVIII, ou au contexte inflammatoire généré par l'injection de FVIII. Mes résultats ont montré que le FVIII n'était pas capable d'induire la maturation de macrophages ou d'activer directement le TLR2. J'ai également écarté l'hypothèse d'un état d'activation compensatoire des plaquettes (PLT) dans un organisme privé de FVIII. En revanche, mes travaux ont mis en évidence un rôle des PLT dans l'initiation de la réponse immunitaire anti-FVIII dans le modèle murin d'HA. Mes résultats suggèrent que l'implication des PLT passe par leur activation par la thrombine générée lors de l'administration de FVIII. L'identification des médiateurs de l'inflammation issus de l'activation plaquettaire devrait ouvrir des perspectives thérapeutiques intéressantes dans le contrôle de l'inflammation au moment de l'administration de FVIII, afin de réduire son immunogénicité.

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

Les neurotoxines botuliques (BoNTs), agents responsables du botulisme, sont les substances les plus toxiques actuellement connues. L'utilisation d'anticorps neutralisants pour l'immunothérapie passive est la seule solution retenue et accréditée par la FDA à l'heure actuelle. L'immunisation génétique par électroporation intramusculaire d'ADN s'est révélée être une alternative crédible à l'immunisation protéique pour produire des anticorps dirigés contre les sérotypes A et E des BoNTs avec un pouvoir neutralisant suffisamment élevé pour satisfaire aux exigences de la Pharmacopée Européenne. Cependant, les résultats se sont avérés décevants dans le cas du sérotype B, troisième type antigénique associé au botulisme humain. Comprendre la raison de la faible immunogénicité de BoNT/B en vaccination ADN et l'optimiser pour produire des anticorps neutralisants dirigés contre cette dernière ont constitué les deux objectifs de mon travail. En combinant différentes approches, nous avons montré que, contrairement à BoNT/A, la sécrétion de l'antigène BoNT/B est inhibée. Nous avons identifié le réticulum endoplasmique (RE) comme étant l'organite de rétention. Nous avons étudié un lien empirique entre la séquence protéique antigénique de BoNT/B et son accumulation intracellulaire et avons conclu que le mauvais repliement de la protéine antigénique était responsable de sa rétention dans le RE. Parmi les stratégies testées afin d'augmenter l'immunogénicité de BoNT/B en vaccination ADN, l'ajout de sites de N-glycosylation a permis de multiplier par 10 le pouvoir neutralisant des anticorps et l'utilisation des dérivés d'acides biliaires comme adjuvants de formulation est prometteuse. / Botulinum neurotoxins (BoNT) have been characterized to be the most potent toxic substances identified so far. Passive immunization with antiBoNT antisera is the only treatment for botulism to have gained FDA approval. We have previously shown that genetic immunization by the non-viral intramuscular DNA electroporation technique is an effective alternative to recombinant proteins immunization to raise high titer neutralizing antibodies against BoNT serotype A and E. The neutralizing titers obtained were high enough to fit the European Pharmacopeia while it did not for type B, commonly linked to human disease as well. Finding out why BoNT/B immunogenicity is low after DNA vaccination and how we could improve it for generation of high-titer neutralizing antiBoNT/B antiserum were the two main goals of my work. Combining different approaches, we have first shown that BoNT/B antigen secretion was inhibited, while it did not for BoNT/A. We identified the endoplasmic reticulum to be the organelle of retention. Then, we studied an empirical link between BoNT/B antigenic protein sequence and intracellular accumulation. We concluded that protein misfolding could be the reason for BoNT/B retention in the endoplasmic reticulum. Among different strategies tested to improve BoNT/B immunogenicity in DNA vaccination, addition of N-glycosylation sites yielded 10 fold higher neutralizing antibodies titers. Finally, bile salts could be promising adjuvants for plasmid DNA vaccines.

L’apparition d’une réponse immunitaire contre le Facteur VIII (FVIII) de la coagulation est une complication majeur qui survient chez 30% des hémophile A sévères. Bien que des avancées importantes aient abouti au développement de nouvelles molécules de FVIII thérapeutiques, les mécanismes conduisant à l’apparition d’une réponse immunitaire anti-FVIII restent non élucidés. Des facteurs de risques génétiques et environnementaux ont été identifiés ou suggérés, mais une compréhension complète des processus immunologiques permettant l’initiation de cette réponse au dépend de l’induction de tolérance immune chez 30% des patients restent incomprise. Ma thèse porte sur les aspects fonctionnels et structurels du FVIII et leur rôle dans l’initiation de la réponse immunitaire anti-FVIII chez le modèle murin hémophile A. Le premier rôle du FVIII est sa participation à la cascade de la coagulation, et donc la première partie de ma thèse adresse le rôle du processus de coagulation dans l’initiation de la réponse immunitaire anti-FVIII. La seconde partie de ma thèse se concentre sur l’importance des résidus du domaine C2 impliqué dans la liaison aux phospholipides dans l’endocytose et la présentation du FVIII par les cellules présentatrices de l’antigène in vitro et discute de leur relevance in vivo. / Immunogenicity of Factor VIII (FVIII) is a major hurdle that affects about 30% of severe hemophilia A patients. Though a significant advancement has been accomplished in the development of newer FVIII molecules, the factors that drive FVIII immune responses remain elusive. Many genetic and environmental risk factors have been identified or suggested but a complete understanding of the immunological basis for the antibody formation and the mechanism(s) behind tolerance induction, in the 30% of the patients that never develop anti-FVIII antibodies, are not understood. My thesis involves overlapping aspects important for initiation of an anti-FVIII immune response in a mouse model of hemophilia A. The primary role of FVIII is its participation in coagulation-associated events and thus, the first part of my thesis addresses whether coagulation events per se are implicated in the initiation of anti-FVIII immune responses. The second part of my thesis focuses on the importance of the membrane binding residues within the C2 domain of FVIII in antigen uptake and presentation by antigen presenting cells in vitro and discusses its relevance in vivo.

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.