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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les immunoglobulines intraveineuses (IgIV) sont utilisées dans le traitement de maladies auto-immunes et inflammatoires depuis le début des années 1980. L’accroissement constant de la consommation des IgIV augmente les risques de pénuries de ce produit pour lequel il n’existe encore aucun substitut. La compréhension des mécanismes d’action complexes et controversés de cet agent thérapeutique permettrait de rationaliser son utilisation et de développer des substituts. Sachant que les IgIV sont capables d’interférer avec la présentation d’antigène et la réponse des lymphocytes T CD4, les travaux présentés se sont intéressés aux caractéristiques physicochimiques responsables de ces effets, de même qu’à l’élargissement de nos connaissances des effets des IgIV sur la présentation et la réponse des lymphocytes T CD8. Ces connaissances permettront d’établir des fondements scientifiques pour le développement de substituts. Nous avons montré dans un premier temps qu’une préparation d’IgIV rendue fortement cationique (cIgIV) était capable d’inhiber la présentation d’antigènes et la réponse subséquente des lymphocytes T CD4 in vitro. Ensuite, des essais ont permis de démontrer la possibilité d’utiliser les cIgIV avec une bio distribution améliorée dans le foie et la rate chez la souris, mais le potentiel thérapeutique amélioré dans un modèle de thrombocytopénie passive n’a pu être démontré. Le deuxième volet de cette thèse a permis de dévoiler la capacité des IgIV d’inhiber l’activation et l’expansion des lymphocytes T CD8 in vitro et chez la souris. De plus, nous avons fait la preuve de la capacité des IgIV d’inhiber la cytotoxicité en réduisant l’expression de la perforine et en bloquant certains récepteurs des cellules T. Ces résultats permettent d’améliorer notre compréhension du rôle des IgIV dans le traitement des maladies auto immunes grâce à leur interférence avec la génération et la cytotoxicité effectrice des lymphocytes T CD8. / Intravenous immunoglobulins (IVIg) are used in the treatment of many inflammatory and autoimmune diseases since the beginning of the 80s. The constant increase of their use exposes the users and the providers to important shortage risks. A better understanding of their complex mechanisms of action would help in developing potential substitutes. Knowing that IVIg are able to modulate the immune function of antigen presenting cells and the resulting CD4 T cell response, work presented here questioned the physicochemical characteristics of IVIg which could be related to these effects, as well as to the extension of their effect to the CD8 T cell compartment. In the first part of this thesis, we showed that cationized IVIg (cIVIg) was capable to inhibit in vitro antigen presentation. Next, we showed that cIVIg displayed an ameliorated bio distribution in mice, although the therapeutic potential of the preparation could not be demonstrated in a passive model of throbomcytopenia. The second part of this thesis revealed a novel capacity of IVIg in inhibiting the activation and expansion of CD8 T cells in vitro and in immunized mice. Furthermore, IVIg were shown to reduce cytotoxicity by decreasing the expression of perforin and by blocking some T-cell receptors (TCR). These results provide a better understanding of the beneficial effects of IVIg in treated patients by providing an interference with the generation and effector functions of CD8 T cells. Altogether, this thesis propose a physicochemical characteristic, the cationic state, on which a potential substitute to IVIg could be further developed, as well as a novel inhibitory effect of IVIg on the generation and cytotoxic functions of CD8 T cells, which could help create alternative therapy to the scarce and expensive IVIg preparation.

La production d'IVIg (immunoglobulines pour injection intraveineuse) est actuellement dépendante des dons de plasma, et ainsi limitée. C'est pourquoi pouvoir en produire in vitro est une entreprise importante. Comprendre et maîtriser les arcanes complexes, qui régulent la transformation des cellules B humaines en plasmocytes sécréteurs d'anticorps, est fondamental pour la mise au point des conditions nécessaires à cette production. L'un des éléments clé se nomme XBPIS, facteur de transcription issu de l'épissage particulier de l'ARNm du gène XBPl, qui survient lors de la réponse UPR et qui est également fortement impliqué dans la transformation plasmocytaire. Nous allons tout d'abord devoir surexprimer XBPl et XBPIS dans des lymphocytes B humains, via des constructions adénovirales Ad5/F35, porteuses de leurs ADNc (complémentaire). Et ensuite en étudier les répercussions sur les cultures de cellules B par différentes techniques d'analyses (RT-PCR, FACS, western blotting, ELISA). Les vecteurs adénoviraux pAd5/F35 construits montrent une très bonne capacité d'infection des cellules B. Si ces vecteurs permettent la surexpression d'XBPl et XBPIS dans les cellules 293A, 293 et L4.5, ils ne le permettent malheureusement pas chez les cellules B. Pourtant ces mêmes constructions permettent celle de YEYFP et de c-src dans ces dernières. Il semble donc que l'expression d'XBPJS soit réprimée spécifiquement au sein des cellules B, et que cela soit en relation avec le programme qui gère le stade de développement de la cellule. Provoquer la différenciation plasmocytaire via la surexpression d'XBPIS grâce aux virus Ad5/F35 ne semble pas réalisable. A moins de pouvoir lever ce mécanisme de répression, il faut songer à un autre moyen pour parvenir à la production d'anticorps in vitro.

L’expression des immunoglobulines (Ig) par les cellules B est dictée par de multiples remaniements géniques appelées recombinaisons V(D)J, commutation de classe (CSR) et hypermutation somatique (SHM). Tous ces événements sont contrôlés par des éléments cis-régulateurs notamment au locus IgH. Les mieux décrits sont la région intronique Eµ et ses régions d’attachement à la matrice nucléaire MARsEµ et la région régulatrice en 3’ du locus IgH (3’RR), constituée de 4 éléments activateurs (hs3a ; hs1,2 ; hs3b ; hs4) et possédant une structure quasi-palindromique très conservée. Afin d’étudier ces régions régulatrices, nous avons analysé plusieurs modèles murins présentant la délétion de la totalité de la région Eµ, des MARsEµ, et de diverses parties de la 3’RR. Ces modèles ont mis au jour des fonctions insoupçonnées de ces régions régulatrices, à divers stades du développement B. Au delà de son rôle régulateur des réarrangements précoces de DH vers JH, nous avons précisé la fenêtre d’action de région Eµ et son rôle sur la transcription et l’expression de la chaîne lourde µ du stade pré-B jusqu’au stade B transitionnel. L’activateur Eµ module en effet l’expression du pré-BCR et du BCR et par conséquent conditionne l’orientation des cellules B matures vers les compartiments de la zone marginale et folliculaire. Notre étude indique également que Eµ n’influence pas le choix des segments VH au cours de la recombinaison VDJ. Nous montrons que les régions MARsEµ, sont impliquées dans le ciblage des gènes d’Ig par l’hypermutation somatique. Le mode d’action de ces régions MARsEµ reste à définir mais nous décrivons qu’il est découplé de la transcription et qu’il affecte également des loci situés sur des chromosomes différents : loci codant les chaînes légères d’Ig (Ig) et loci des cibles illégitimes de AID (Bcl6 et Cd83).Une étude comparant un nouveau modèle murin déficient pour la région quasi-palindromique 3’IgH (de hs3a à hs3b) à deux autres modèles de notre laboratoire (3’RR KO et hs3b-hs4 KO) nous a permis d’identifier deux modules fonctionnels complémentaires dans la région 3’RR. Le module distal (hs4) impliqué dans la régulation de l’expression de la chaîne lourde du stade B immature au stade B naïf et le module proximal (de hs3a à hs3b) nécessaire aux stades matures pour la SHM et la CSR vers la majorité des isotypes après activation, mais également pour la synthèse des anticorps par les plasmocytes. / Immunoglobulin (Ig) gene expression in B cells depends on multiple genetic rearrangements named V(D)J recombination, class switch recombination (CSR) and somatic hypermutation (SHM). These events are controlled by cis-regulatory elements which are, especially numerous within the IgH locus. Major IgH regulatory elements are Eµ composed of a core enhancer flanked by nuclear matrix attachment regions MARsEµ and the regulatory region located at the 3’end of the locus (3’RR), composed of 4 enhancers (hs3a; hs1-2; hs3b; hs4) harbouring a highly conserved quasi-palindromic structure. To study these regulatory regions, we analyzed multiple mice models carrying endogenous deletions of either the entire Eµ region, MARsEµ only or various parts of the 3’RR. These models revealed unsuspected functions for all IgH regulatory regions, at various stages of B cell development. Beyond its role to control accessibility prior DH to JH rearrangements, we identified the window of activity for Eµ region and its particular role on transcription and expression of the µ heavy chain from pre-B to the transitional stages. Indeed, the Eµ enhancer modulates pre-BCR and BCR expression and consequently modulates the mature B cell fate toward marginal zone and follicular compartments. Our study also indicated that the absence of Eµ has no effect on VH segment usage during V to DJ recombination. We also showed that MARsEµ are implicated in the targeting of Ig genes by SHM. The mechanism by which MARsEµ enhances SHM remains to be clarified but we showed that the process does not depend on transcription. Surprisingly MARsEµ also modulates SHM occuring on genes located on different chromosomes: the Ig light chain loci (Igκ) and AID off-targets loci (Bcl6 and Cd83).In a study comparing a new mouse model devoid of the 3’ IgH quasi-palindromic region (hs3a to hs3b) to previous relevant models available in our laboratory (3’RR KO and hs3b-hs4 KO), we identified two complementary functional modules within the 3’RR. The distal module (hs4), which regulates Ig heavy chain expression (and therefore BCR expression) from the immature to mature naïve B cell stages and the proximal module (hs3a to hs3b and its quasi-palindromic structure) required at mature stages for SHM, CSR to most isotypes in activated B cells, and antibody production in plasma cells.

Les myopathies inflammatoires sont des maladies acquises caractérisées par un déficit moteur impliquant une atteinte musculaire auto-immune. Elles sont responsables d'un handicap invalidant et peuvent s'accompagner de complications engageant le pronostic vital. Les traitements, quand ils existent, reposent sur l'utilisation de corticoïdes à fortes doses et au long cours. Cependant, 60% des patients rechutent et 20 à 30 % sont d'emblée corticorésistants. D'autres traitements immunosuppresseurs sont alors nécessaires. Les effets secondaires de ces traitements sont inévitables et parfois sévères. Afin de tester des nouvelles approches, le laboratoire a développé un modèle de Myosite Auto-immune Expérimentale dont les caractéristiques sont similaires à celles de la polymyosite. Dans ce modèle nous avons testé l'effet d'une sous population lymphocytaire T, appelée les lymphocytes T régulateurs, joue un rôle déterminant dans la tolérance périphérique aux antigènes du soi. Afin de contrôler les manifestations auto-immunes, nous avons cherché à les amplifier les Tregs in vivo, pharmacologiquement. D'abord, nous avons observé l'effet bénéfique de la rapamycine sur la sévérité de notre modèle en permettant en particulier d'augmenter le pourcentage de Tregs. Dans un second temps, nous avons montré le rôle bénéfique des immunoglobulines en intraveineux dans ce même modèle en traitement curatif. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'effet de l'arsenic trioxyde (Trisenox) dans ce modèle animal.Ainsi, l'ensemble ces données permettent de mieux comprendre la physiopathologie des myosites et de mettre au point un essai clinique avec la rapamycine. / Inflammatory myopathies are acquired diseases characterized by motor deficit involving an autoimmune myopathy.They are responsible for impairing disability and may be associated with life-threatening complications.Treatment, when they exist, based on the use of corticosteroids in high doses and for long periods.However, 60 % of patients relapse and 20-30 % are readily corticosteroid.Other immunosuppressive treatments are then required (methotrexate , azathioprime , cyclosporine).The side effects of these treatments are inevitable and sometimes severe, which is why the development of new approaches treatment is essential. To test these new approaches, the laboratory developed a mouse model of Experimental Autoimmune Myositis with same Clinical and histological characteristics to polymyositis.In this model we tested the effect of a sub-population of T lymphocyte, nammed regulatory T cells, plays a crucial role in peripheral tolerance self-antigens. In order to control autoimmune manifestations that can replicate the mechanisms of action of Tregs , we sought to amplify in vivo, pharmacologically.At first, we observed the beneficial effect of rapamycin on our model, notably with increase of Tregs.In a second step, we have shown the beneficial role IVIg in the same model in curative.Finally, we investigated the effect of arsenic trioxide ( Trisenox ) in this animal model.Thus, all these data provide insight into the pathophysiology of myositis and to develop a clinical trial with rapamycin .

Les IgIV, une préparation thérapeutique d'IgG normales, sont utilisées dans le traitement de diverses maladies auto-immunes et inflammatoires. Les mécanismes par lesquels les IgIV exercent une activité anti-inflammatoire ne sont pas complètement compris. Elles interagissent avec de nombreux composants du système immunitaire et modulent leurs fonctions. Des études récentes ont rapporté que l'hème oxygénase-1 (HO-1) joue un rôle important dans la régulation de la réponse inflammatoire dans un certain nombre de pathologies. Plusieurs agents thérapeutiques exercent des effets anti-inflammatoires grâce à l'induction de l'HO-1. Etant donné le rôle commun anti-inflammatoire de l'HO-1 et des IgIV, j'ai étudié l'implication de l'HO-1 dans les mécanismes d'action des IgIV. J'ai montré que les effets des IgIV ne sont pas associés à l'induction de l'HO-1, que ce soit dans des cellules de l'immunité innée comme les monocytes, cellules dendritiques ou macrophages, ou dans les reins et foie de souris avec une encéphalomyélite auto-immune expérimentale traitées par les IgIV. Des données récentes dans des modèles expérimentaux suggèrent que les IgIV induisent la sécrétion d’IL-4 des basophiles en augmentant l’IL-33 des cellules innées SIGN-R1+. J’ai rapporté que les IgIV induisent directement l’activation de basophiles pré-stimulés avec l’IL-3 alors que contrairement au modèle murin, l’IL-33 n’est pas indispensable. L’activation des basophiles par les IgIV est associée à l’expression augmentée de CD69 et la sécrétion d’IL-4, d’IL-6 et d’IL-8. Ces fonctions sont médiées par les fragments F(ab’)2 qui se lient à des IgE membranaires et activent la voie Syk. / Intravenous immunoglobulin (IVIG), a therapeutic normal immunoglobulin G preparation, is used in the therapy of various autoimmune and inflammatory conditions. The mechanisms by which IVIG exerts anti-inflammatory effects are not completely understood. It interacts with numerous components of the immune system including dendritic cells, macrophages, T and B cells and modulates their functions. Recent studies have reported that heme oxygenase-1 (HO-1) pathway plays an important role in the regulation of inflammatory response in several pathologies. Several therapeutic agents exert anti-inflammatory effects via induction of HO-1. Therefore, in view of common anti-inflammatory role exerted by both HO-1 and IVIG, I investigated if mechanisms of IVIG implicate HO-1. I show that anti-inflammatory effects of IVIG were not associated with an induction of HO-1 either in innate cells such as monocytes, dendritic cells and macrophages or in the kidneys or liver of experimental autoimmune encephalomyelitis. Recent data in experimental models suggest that IVIG induces IL-4 in basophils by enhancing IL-33 in SIGN-R1+ innate cells. I reported that IVIG directly induces activation of IL-3-primed basophils while unlike mice IL-33 was dispensable. The activation of basophils by IVIG was associated with enhanced expression of CD69 and secretion of IL-4, IL-6 and IL-8. These functions of IVIG are mediated via F(ab’)2 fragments that bind to basophil surface IgE and activate Syk pathway.

L'activation dérégulée de lymphocytes T conduit à une réponse immune délétère envers les antigènes du soi. Malgré une utilisation croissante de doses élevées d'IVIg pour traiter les maladies auto-immunes, la compréhension des mécanismes sous-jacents aux bénéfices thérapeutiques demeure un enjeu majeur. En effet, les effets des IVIg restent inexplorés dans le cadre des maladies auto-immunes associées aux lymphocytes T. J'ai recherché les effets de doses élevées d'IVIg dans la polarisation des lymphocytes T en utilisant le modèle de l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), une maladie auto-immune associée aux lymphocytes T. Les IVIg inhibent la différenciation des lymphocytes T CD4+ naïfs en sous-populations effectrices (lymphocytes Th1 et Th17) et induisent, de manière concomitante, une prolifération des lymphocytes T Foxp3+. Les IVIg diminuent les effets délétères des lymphocytes T sur les tissus en diminuant l'expression du GM-CSF et de la podoplanine. En outre, les IVIg empêchent la dégénérescence neuronale en inhibant l'infiltrat en lymphocytes T CD4+ dans le système nerveux central (SNC). Ce mécanisme passe par une séquestration de ces lymphocytes dans les ganglions lymphatiques drainants à travers la voie de signalisation S1P-S1P1-mTor. De manière intéressante, et contrairement aux données actuelles, le récepteur inhibiteur FcγRIIB et la sialylation des IVIg ne sont pas indispensables pour la modulation des sous-populations de lymphocytes T CD4+ effecteurs et régulateurs induite par les IVIg. Ainsi, le bénéfice thérapeutique des IVIg dans le modèle de l'EAE implique un déséquilibre de la balance entre les lymphocytes Th17/Th1 et les lymphocytes Trég, au profit des lymphocytes Trég. Ces cellules diminuent l'expression de médiateurs favorisant l'apparition de l'encéphalomyélite et inhibent la migration des lymphocytes T vers l'organe cible.

Pour augmenter l'affinité des anticorps sécrétés en réponse à un antigène, les gènes d'immunoglobulines subissent l'hypermutation somatique, une mutagénèse adaptative initiée par l'action de l'activation-induced cytidine deaminase (AID). L'uracile provenant de la désamination des cytosines par cette enzyme est réparé de façon erronée par la suite : si il est pris en charge par l'uracile N-glycosylase (UNG), enzyme à l'origine d'une réparation poursuivie habituellement par des composantes de la voie du "base-excision repair", il reste à sa place un site abasique franchissable par les ADN polymérases translésionnelles avec un taux d'erreur très élevé. Si le mésappariement U:G est reconnu par la voie du " mismatch repair ", le brin d'ADN entourant le U est dégradé puis néo-synthétisé par une autre ADN polymérase translésionnelle particulièrement mutagène en face des bases T et A, la polymérase eta. Nous avons proposé que le choix entre ces deux voies de réparation mutagènes puisse être régulé en fonction du cycle cellulaire: les mutations des paires A:T seraient introduites dans les gènes d'immunoglobulines par la voie du mismatch repair en phase G1 alors que la voie erronée d'UN introduirait les autres mutations lors de la phase S. Nous sommes parvenus à restreindre l'activité de l'AID à deux parties distinctes du cycle, la phase G1 ou les phases S/G2/M, et nous avons établi le fonctionnement de ce système dans le modèle murin. De façon surprenante, nous avons détecté un taux de mutation proche du bruit de fond chez toutes les souris dont l'AID opérait uniquement dans les phases S/G2/M. Par contre, les souris dont l'AID a été restreinte en G1 présentaient un spectre de mutation diversifié sur les quatre bases et similaire au normal. A la lumière de ces résultats, nous proposons que les lésions introduites tout au long du cycle par l'AID soient diversifiées par les acteurs de l'hypermutation somatique pendant la phase G1, alors que les lésions seraient soit réparées de façon fidèle en dehors de cette phase-là, soit de faible impact. Afin d'expliquer le biais de brin dans l'hypermutation somatique observé pour les mutations sur les bases A :T, nous proposons pour l'ADN polymérase eta un rôle inhabituel de réparation du brin portant la " lésion ", et non de synthèse translésionnelle classique en face de cette lésion. Nous avons analysé le profil, le taux et la distribution des mutations introduites par Pol eta sur un oligonucléotide cible pour l'hypermutation, qui a été inséré au locus des immunoglobulines et utilisé pour l'établissement des souris knock-in avec un fond génétique déficient ou non en UNG. Nos résultats, selon lesquels Pol eta continue de cibler le brin codant indépendamment de la localisation des " points d'entrée " en forme d'uraciles, contredisent les rapports déjà publiés sur ce sujet. De façon inattendue, nos résultats mettent en évidence une coopération entre les voies UNG et et les activités endonucléasique du mismatch repair, fournissant la cassure simple brin qui va permettre d'initier la resynthèse à fort taux d'erreur à l'origine de la mutagénèse A/T. Ces résultats résolvent aussi le paradoxe de la non-participation apparente du complexe effecteur du mismatch repair (Mlh1/Pms2) dans le processus d'hypermutation, en proposant qu'il fonctionne en redondance avec UNG, dans une distribution des tâches qui dépend du contexte de la séquence ciblée et de la densité du processus de deamination.

Pour augmenter l'affinité des anticorps sécrétés en réponse à un antigène, les gènes d'immunoglobulines subissent l'hypermutation somatique, une mutagénèse adaptative initiée par l'action de l'activation-induced cytidine deaminase (AID). L'uracile provenant de la désamination des cytosines par cette enzyme est réparé de façon erronée par la suite : si il est pris en charge par l'uracile N-glycosylase (UNG), enzyme à l'origine d'une réparation poursuivie habituellement par des composantes de la voie du "base-excision repair", il reste à sa place un site abasique franchissable par les ADN polymérases translésionnelles avec un taux d'erreur très élevé. Si le mésappariement U:G est reconnu par la voie du " mismatch repair ", le brin d'ADN entourant le U est dégradé puis néo-synthétisé par une autre ADN polymérase translésionnelle particulièrement mutagène en face des bases T et A, la polymérase eta. Nous avons proposé que le choix entre ces deux voies de réparation mutagènes puisse être régulé en fonction du cycle cellulaire: les mutations des paires A:T seraient introduites dans les gènes d'immunoglobulines par la voie du mismatch repair en phase G1 alors que la voie erronée d'UN introduirait les autres mutations lors de la phase S. Nous sommes parvenus à restreindre l'activité de l'AID à deux parties distinctes du cycle, la phase G1 ou les phases S/G2/M, et nous avons établi le fonctionnement de ce système dans le modèle murin. De façon surprenante, nous avons détecté un taux de mutation proche du bruit de fond chez toutes les souris dont l'AID opérait uniquement dans les phases S/G2/M. Par contre, les souris dont l'AID a été restreinte en G1 présentaient un spectre de mutation diversifié sur les quatre bases et similaire au normal. A la lumière de ces résultats, nous proposons que les lésions introduites tout au long du cycle par l'AID soient diversifiées par les acteurs de l'hypermutation somatique pendant la phase G1, alors que les lésions seraient soit réparées de façon fidèle en dehors de cette phase-là, soit de faible impact. Afin d'expliquer le biais de brin dans l'hypermutation somatique observé pour les mutations sur les bases A :T, nous proposons pour l'ADN polymérase eta un rôle inhabituel de réparation du brin portant la " lésion ", et non de synthèse translésionnelle classique en face de cette lésion. Nous avons analysé le profil, le taux et la distribution des mutations introduites par Pol eta sur un oligonucléotide cible pour l'hypermutation, qui a été inséré au locus des immunoglobulines et utilisé pour l'établissement des souris knock-in avec un fond génétique déficient ou non en UNG. Nos résultats, selon lesquels Pol eta continue de cibler le brin codant indépendamment de la localisation des " points d'entrée " en forme d'uraciles, contredisent les rapports déjà publiés sur ce sujet. De façon inattendue, nos résultats mettent en évidence une coopération entre les voies UNG et et les activités endonucléasique du mismatch repair, fournissant la cassure simple brin qui va permettre d'initier la resynthèse à fort taux d'erreur à l'origine de la mutagénèse A/T. Ces résultats résolvent aussi le paradoxe de la non-participation apparente du complexe effecteur du mismatch repair (Mlh1/Pms2) dans le processus d'hypermutation, en proposant qu'il fonctionne en redondance avec UNG, dans une distribution des tâches qui dépend du contexte de la séquence ciblée et de la densité du processus de deamination.