Doctor of Philosophy / In healthy individuals, the autoimmune system is the body's natural defense against foreign materials and organisms. The main tools utilized for this defense mechanism are immune cells. However, in patients suffering from autoimmune diseases, the autoimmune system is overactive resulting in its attack on healthy cells, which leads to reduced or eliminated function of the targeted organs. To suppress these overreactive immune responses, pharmaceutical intervention is needed. An integral part of autoimmune response is the lipid sphingosine-1-phosphate (S1P). Interactions of S1P with its response-inducing receptors prompts the release of immune cells, lymphocytes in particular, from lymph tissue to migrate and participate in the invoked immune response. The pharmaceutical industry has produced five FDA approved drugs that disrupt this S1P-receptor interaction by blocking the receptor to reduce the autoimmune response in patients suffering from autoimmune diseases such as multiple sclerosis and ulcerative colitis. However, these treatments had adverse side effects on the cardiovascular system due to the presence of S1P receptors in the heart. Due to this, there is attraction to target a different node of the S1P signaling pathway to avoid these side effects while still suppressing the immune response. A node that is a viable target for therapeutic target that has recently become the focus of medicinal chemistry campaigns is the transporter protein spinster homolog 2 (Spns2). This protein is responsible for the transport of S1P from intracellular space to extracellular space to interact with its receptors and induce the immune response. Recently, our group has developed several effective inhibitors of Spns2. In this dissertation, several improvements of previously reported inhibitors are revealed. The pinnacle of this work is the development of 4.22v that is optimized to have drug-like properties for testing in mice. Administration of 4.22v to mice resulted in reduced circulating lymphocytes and without showing signs of toxicity following chronic dosing for 14 days. These results suggest that 4.22v is a potential drug candidate and is currently undergoing further biological evaluation.

Les cellules T mémoires (Tm) protègent l’organisme contre les réinfections de pathogènes qu’il a déjà combattu. Les Tm possèdent plusieurs propriétés en commun avec les cellules souches hématopoïétiques (CSH), notamment la capacité de se différencier, de s’auto-renouveler et de maintenir une population relativement constante au sein de l’organisme via des mécanismes homéostatiques. Il a été démontré que Hoxb4, un membre de la famille des facteurs de transcription Hox, était capable d’induire l’expansion des CSH in vivo et in vitro de façon rapide. Au vu de ces parallèles, nous avons posé l’hypothèse que la surexpression de Hoxb4 pourrait induire l’expansion de populations de Tm. Nous avons analysé les populations de Tm et lymphocytes T naïfs (Tn) dans les organes lymphoïdes de souris transgéniques surexprimant Hoxb4 et les avons comparées à des souris de type sauvage (wt). Alors que la fréquence des cellules T matures Hoxb4 diminuait avec l’âge, leur phénotype ainsi que leur viabilité demeuraient inchangés. Ensuite, nous avons procédé à des transplantations en compétition de Tm (CD4+CD44hi) Hoxb4 et wt chez des hôtes dépourvus de lymphocytes T (CD3-/-) dans le but d’évaluer leur contribution à la reconstitution du compartiment T après 2 mois. Au final, les Tm wt avait contribué un peu plus que les Tm Hoxb4 à la reconstitution (~60%). Des analyses fonctionnelles et phénotypiques ont montré que les Tm Hoxb4 possédaient une fonctionnalité normale, mais se distinguaient des Tm wt par la présence d’une faible population qui présentait un phénotype « mémoire central » (Tcm), conférant habituellement une longévité accrue. Les cellules des ganglions lymphatiques totaux des hôtes furent transplantées de façon sérielle chez trois générations de nouveaux hôtes. Le phénotype Tcm observés chez les Tm Hoxb4 était récapitulé chez les hôtes secondaires uniquement. Les ratios sont demeurés en faveur des Tm wt lors des deux transplantations suivantes, mais les Tm Hoxb4 ont commencé à montrer un avantage compétitif chez certains hôtes quaternaires. Une transplantation en compétition à court terme de Tm Hoxb4 et wt marqués avec un marqueur cytoplasmique ont démontré la présence chez les Tm Hoxb4 seulement d’une faible population CD62Lhi proliférant lentement. Ainsi, l’expansion préférentielle de Tcm CD4 par le biais d’une sélection ou d’une différenciation induite par la surexpression de Hoxb4 pourrait potentiellement leur permettre de maintenir un état de quiescence leur permettant de persister plus longtemps suite à des transplantations sérielles. / Memory T cells (Tm) protect the organism against reinfection from pathogens they’ve already encountered. Tm share characteristics with hematopoietic stem cells (HSC), such as the capacity to differentiate, self-renew and maintain a relatively constant population via homeostatic mechanisms. Hoxb4, a member of the Hox genes family of transcription factors, has been shown to expand HSCs rapidly in vivo and in vitro. Thus, drawing from these parallels we hypothesise that Hoxb4 overexpression could lead to expansion of Tm populations. Tm and naïve T cell (Tn) populations were analysed in the lymphoid organs of young and aged transgenic mice overexpressing Hoxb4 in comparison with wild type (wt) mice. While the frequencies of mature Hoxb4 T cells in lymphoid organs seemed to decline with age, the phenotype or the cell viability remained unaffected. Next, CD4+CD44hi Hoxb4 Tm were transferred into T cell deficient (CD3-/-) hosts in competition with wt CD4+CD44hi Tm and evaluated for their contribution to T cell reconstitution after 2 months. Engraftment of wt Tm in secondary lymphoid organs was slightly higher than Hoxb4 Tm (~60%). Functional assays and phenotypic analysis showed that Hoxb4 Tm exhibited normal functionality, but in contrast to wt Tm, a fraction of Hoxb4 Tm exhibited a more central memory (Tcm) phenotype, indicative of a longer lifespan. Total lymph nodes from hosts were serially re-transplanted for three generations. The Tcm phenotype of the Hoxb4 Tm present in the primary hosts was recapitulated in the secondary but not in the tertiary hosts. The ratios remained in favor of the wt Tm after two subsequent expansion rounds, but Hoxb4 Tm showed a competitive advantage over wt Tm in some quaternary hosts. Cell tracking of a short term transplantation of Hoxb4 and wt Tm in competition exposed a small population of CD62Lhi cells displaying slow proliferation in the Hoxb4 Tm only. Thus preferential CD4+ Tcm expansion by selection or differentiation could potentially allow Hoxb4 Tm to persist longer following serial transplantations due to a more quiescent state.

La thymectomie est un geste chirurgical fréquemment nécessaire lors des interventions cardiaques en période néonatale. Il est connu que la résection du thymus entraîne une lymphopénie ne semblant pas avoir de conséquences cliniques graves. La lymphopénie constatée serait plus importante chez les patients ayant eu une chirurgie cardiaque de type Fontan. Toutefois, on ignore si la lymphopénie est uniquement secondaire à la thymectomie ou si elle est liée à ce type particulier de chirurgie cardiaque. La présente recherche porte sur 19 patients opérés selon l'approche Fontan; ils ont été comparés à 6 patients "contrôle" ayant eu une thymectomie au cours d'une chirurgie cardiaque d'un autre type. Les résultats indiquent que les patients de type Fontan accusent une diminution du nombre de cellules naïves CD4+ et CD8+ et plus particulièrement une baisse de leurs émigrants thymiques (CD45RA+CD31+/CD4+). On note en contrepartie une expansion du répertoire mémoire (CD45RO+). Ces altérations lymphocytaires sont comparables aux contrôles. Il semble donc que les anomalies lymphocytaires relevées soient reliées principalement à la thymectomie et non pas au type de chirurgie. Les infections plus importantes chez les Fontan, quant à elles, pourraient s'expliquer par une évolution post-opératoire défavorable. / The thymectomy is a surgical procedure often done during cardiac surgery. It is well known that the resection of the thymus can cause alterations of lymphocyte subpopulations without major clinical consequences. This lymphopenia could be more pronounced in patients who undergone a cardiac surgery named "Fontan". Nevertheless, it is not known if these alterations are due to the thymectomy or this specific type of cardiac surgery. We recruited 19 patients with Fontan surgery and compared them to 6 patients who had a cardiac surgery of another type. Our results show decreased CD4+ and CD8+ naive T cells populations and more specifically, low numbers of thymic emigrants (CD45RA+CD31+/CD4+). Expansion of memory repertoire (CD45RO+) is also noted. These findings are also found in the control group. Thus, perturbations of T cells populations seem to be related to the thymectomy rather than the type of cardiac surgery. Infections were more severe in the Fontan group but they can be explained by an unfavourable post-operative evolution in this group of patients.

L’objectif de ma thèse a été d’étudier l’expression et l’activité de deux récepteurs de chimiokine dans deux désordres immunitaires, CCR1 dans le modèle murin NZB/W de néphrite lupique et CXCR4 dans la Lymphopénie T CD4+ Idiopathique (LCI), un déficit immunitaire rare chez l’Homme. Le Lupus Erythémateux Disséminé est une maladie autoimmune, chronique et inflammatoire dont le développement est caractérisé par une perte progressive de la fonction rénale associé notamment à une infiltration leucocytaire. Je me suis intéressé à la contribution de CCR1 et de ses ligands CCL3/CCL5 au recrutement leucocytaire intra-rénal chez la souris NZB/W néphritique. Nos résultats révèlent une augmentation de l’expression et de la fonction de CCR1 à la surface des cellules T (LT), des phagocytes et des neutrophiles issues de souris néphritiques. Un traitement aigu par un antagoniste non-peptidique de CCR1 administré par voie orale a réduit l’infiltration rénale des LT et des macrophages. L’inhibition de CCR1 à long terme a permis de diminuer l’accumulation rénale des LT CD4+ effecteurs/mémoires, des monocytes inflammatoires Ly6C+ et des macrophages polarisés M1 ou M2, a amélioré les atteintes tubulo-interstitielles et glomérulaires, a retardé l’apparition d’une protéinurie fatale et in fine a prolongé la survie des souris NZB/W. Ainsi, la combinaison d’approches pharmacologiques et fonctionnelles nous a permis de dévoiler un rôle pathogénique de CCR1, dans la progression de la néphrite lupique chez la souris NZB/W. La LCI est un déficit immuno-hématologique hétérogène et d’étiologie inconnue associant un nombre faible et persistant de LT CD4+ circulants et des infections opportunistes sévères en particulier d’origine fongique. Nos analyses multi-paramétriques par cytométrie en flux ont permis de révéler une perte d’expression et de fonction de CXCR4 à la membrane des LT de 17 des 20 patients étudiés. Ces données suggèrent que l’anomalie de CXCR4 constitue un trait biologique commun de la LCI. Notre approche transcriptomique a également permis d’identifier des signatures spécifiques de l’expression de gènes associés au seuil d’activation du TCR et à l’immuno-sénescence dans la LCI. Nos analyses phénotypiques et fonctionnelles ont confirmé ces observations et rapportent pour la première fois que les LT circulants résiduels de patients présentent un profil sénescent (exemple : perte d’expression des molécules de co-stimulation CD27 et CD28), des anomalies de réponse du TCR in vitro et une érosion des télomères. Sur un plan mécanistique, nous avons montré que les anomalies de signalisation intrinsèque aux LT des patients sont causées par l’expression accrue de la DUal-Specific Phosphatase 4 (DUSP4). Par conséquent, nos travaux révèlent une sénescence précoce des LT de patients souffrant de LCI, qui pourrait résulter d’une hyperstimulation chronique. Ce phénomène semble dépendre de la surexpression de DUSP4, dont la modulation pourrait constituer une piste thérapeutique dans la LCI afin d’améliorer les stratégies vaccinales. / My PhD works focused on the expression and function of chemokine receptors in two immune disorders, namely CCR1 in the lupus-prone NZB/W mouse model and CXCR4 in the Idiopathic CD4+ T-cell lymphopenia, a rare human immune defect.Systemic lupus erythematosus is a chronic inflammatory autoimmune disease, the development of which is characterized by a progressive loss of renal function. Such dysfunction is associated with renal leukocyte infiltration. During my PhD, I investigated the role of the CCR1 chemokine receptor in this process during the progression of nephritis in NZB/W mice. We found that peripheral T-cells, mononuclear phagocytes and neutrophils from nephritic NZB/W mice were more responsive to CCR1 ligands than the leukocytes from younger prenephritic mice. Short-term treatment of nephritic NZB/W mice with a orally available CCR1 antagonist decreased renal infiltration by T-cells and macrophages. Longer Ccr1 blockade decreased kidney accumulation of effector/memory CD4+ T-cells, Ly6C+ inflammatory monocytes, and both M1 and M2 macrophages; reduced tubulointerstitial and glomerular injuries; delayed fatal proteinuria; and prolonged animal lifespan. Altogether, these findings highlight a pivotal role for CCR1 in the recruitment of T and mononuclear phagocyte cells to inflamed kidneys of NZB/W mice, which in turn contribute to the progression of renal injury.ICL is heterogeneous immunological syndrome of unclear molecular mechanisms, characterized by a profound and persistent CD4+ T-cell defect and by opportunistic infections in particular of fungal origin. We detected using multiparametric flow-cytometry analyses, reduced levels of CXCR4 expression and chemotactic function on T-cells from 17 of 20 ICL patients. These results suggest that the impaired membrane expression and function of CXCR4 is a common biologic trait of ICL. Using a transcriptomic approach, we also identified an ICL-specific T-cell gene expression signature characteristic of low TCR sensitivity and accelerated T-cell aging. Phenotypic and functional analyses of circulating T cells confirmed these observations and extended them to include an expansion of terminally-differentiated T cells with hallmarks of aging including loss of the co-stimulatory molecules CD27 and CD28, defective in vitro TCR responses, and telomere erosion. Mechanistically, we further showed that intrinsic T-cell signaling defects were caused by higher expression of DUal-Specific Phosphatase 4 (DUSP4). These findings suggest that premature T-cell senescence occurs in ICL as a result of chronic T-cell activation. This is in part due to abnormally high DUSP4 expression in CD4+ T cells, the modulation of which may constitute a novel therapeutic avenue in ICL to improve vaccination strategies.

La thymectomie est un geste chirurgical fréquemment nécessaire lors des interventions cardiaques en période néonatale. Il est connu que la résection du thymus entraîne une lymphopénie ne semblant pas avoir de conséquences cliniques graves. La lymphopénie constatée serait plus importante chez les patients ayant eu une chirurgie cardiaque de type Fontan. Toutefois, on ignore si la lymphopénie est uniquement secondaire à la thymectomie ou si elle est liée à ce type particulier de chirurgie cardiaque. La présente recherche porte sur 19 patients opérés selon l'approche Fontan; ils ont été comparés à 6 patients "contrôle" ayant eu une thymectomie au cours d'une chirurgie cardiaque d'un autre type. Les résultats indiquent que les patients de type Fontan accusent une diminution du nombre de cellules naïves CD4+ et CD8+ et plus particulièrement une baisse de leurs émigrants thymiques (CD45RA+CD31+/CD4+). On note en contrepartie une expansion du répertoire mémoire (CD45RO+). Ces altérations lymphocytaires sont comparables aux contrôles. Il semble donc que les anomalies lymphocytaires relevées soient reliées principalement à la thymectomie et non pas au type de chirurgie. Les infections plus importantes chez les Fontan, quant à elles, pourraient s'expliquer par une évolution post-opératoire défavorable. / The thymectomy is a surgical procedure often done during cardiac surgery. It is well known that the resection of the thymus can cause alterations of lymphocyte subpopulations without major clinical consequences. This lymphopenia could be more pronounced in patients who undergone a cardiac surgery named "Fontan". Nevertheless, it is not known if these alterations are due to the thymectomy or this specific type of cardiac surgery. We recruited 19 patients with Fontan surgery and compared them to 6 patients who had a cardiac surgery of another type. Our results show decreased CD4+ and CD8+ naive T cells populations and more specifically, low numbers of thymic emigrants (CD45RA+CD31+/CD4+). Expansion of memory repertoire (CD45RO+) is also noted. These findings are also found in the control group. Thus, perturbations of T cells populations seem to be related to the thymectomy rather than the type of cardiac surgery. Infections were more severe in the Fontan group but they can be explained by an unfavourable post-operative evolution in this group of patients.

Les cellules T mémoires (Tm) protègent l’organisme contre les réinfections de pathogènes qu’il a déjà combattu. Les Tm possèdent plusieurs propriétés en commun avec les cellules souches hématopoïétiques (CSH), notamment la capacité de se différencier, de s’auto-renouveler et de maintenir une population relativement constante au sein de l’organisme via des mécanismes homéostatiques. Il a été démontré que Hoxb4, un membre de la famille des facteurs de transcription Hox, était capable d’induire l’expansion des CSH in vivo et in vitro de façon rapide. Au vu de ces parallèles, nous avons posé l’hypothèse que la surexpression de Hoxb4 pourrait induire l’expansion de populations de Tm. Nous avons analysé les populations de Tm et lymphocytes T naïfs (Tn) dans les organes lymphoïdes de souris transgéniques surexprimant Hoxb4 et les avons comparées à des souris de type sauvage (wt). Alors que la fréquence des cellules T matures Hoxb4 diminuait avec l’âge, leur phénotype ainsi que leur viabilité demeuraient inchangés. Ensuite, nous avons procédé à des transplantations en compétition de Tm (CD4+CD44hi) Hoxb4 et wt chez des hôtes dépourvus de lymphocytes T (CD3-/-) dans le but d’évaluer leur contribution à la reconstitution du compartiment T après 2 mois. Au final, les Tm wt avait contribué un peu plus que les Tm Hoxb4 à la reconstitution (~60%). Des analyses fonctionnelles et phénotypiques ont montré que les Tm Hoxb4 possédaient une fonctionnalité normale, mais se distinguaient des Tm wt par la présence d’une faible population qui présentait un phénotype « mémoire central » (Tcm), conférant habituellement une longévité accrue. Les cellules des ganglions lymphatiques totaux des hôtes furent transplantées de façon sérielle chez trois générations de nouveaux hôtes. Le phénotype Tcm observés chez les Tm Hoxb4 était récapitulé chez les hôtes secondaires uniquement. Les ratios sont demeurés en faveur des Tm wt lors des deux transplantations suivantes, mais les Tm Hoxb4 ont commencé à montrer un avantage compétitif chez certains hôtes quaternaires. Une transplantation en compétition à court terme de Tm Hoxb4 et wt marqués avec un marqueur cytoplasmique ont démontré la présence chez les Tm Hoxb4 seulement d’une faible population CD62Lhi proliférant lentement. Ainsi, l’expansion préférentielle de Tcm CD4 par le biais d’une sélection ou d’une différenciation induite par la surexpression de Hoxb4 pourrait potentiellement leur permettre de maintenir un état de quiescence leur permettant de persister plus longtemps suite à des transplantations sérielles. / Memory T cells (Tm) protect the organism against reinfection from pathogens they’ve already encountered. Tm share characteristics with hematopoietic stem cells (HSC), such as the capacity to differentiate, self-renew and maintain a relatively constant population via homeostatic mechanisms. Hoxb4, a member of the Hox genes family of transcription factors, has been shown to expand HSCs rapidly in vivo and in vitro. Thus, drawing from these parallels we hypothesise that Hoxb4 overexpression could lead to expansion of Tm populations. Tm and naïve T cell (Tn) populations were analysed in the lymphoid organs of young and aged transgenic mice overexpressing Hoxb4 in comparison with wild type (wt) mice. While the frequencies of mature Hoxb4 T cells in lymphoid organs seemed to decline with age, the phenotype or the cell viability remained unaffected. Next, CD4+CD44hi Hoxb4 Tm were transferred into T cell deficient (CD3-/-) hosts in competition with wt CD4+CD44hi Tm and evaluated for their contribution to T cell reconstitution after 2 months. Engraftment of wt Tm in secondary lymphoid organs was slightly higher than Hoxb4 Tm (~60%). Functional assays and phenotypic analysis showed that Hoxb4 Tm exhibited normal functionality, but in contrast to wt Tm, a fraction of Hoxb4 Tm exhibited a more central memory (Tcm) phenotype, indicative of a longer lifespan. Total lymph nodes from hosts were serially re-transplanted for three generations. The Tcm phenotype of the Hoxb4 Tm present in the primary hosts was recapitulated in the secondary but not in the tertiary hosts. The ratios remained in favor of the wt Tm after two subsequent expansion rounds, but Hoxb4 Tm showed a competitive advantage over wt Tm in some quaternary hosts. Cell tracking of a short term transplantation of Hoxb4 and wt Tm in competition exposed a small population of CD62Lhi cells displaying slow proliferation in the Hoxb4 Tm only. Thus preferential CD4+ Tcm expansion by selection or differentiation could potentially allow Hoxb4 Tm to persist longer following serial transplantations due to a more quiescent state.

L’atteinte de l’âge sur les populations lymphocytaires T conventionnelles CD4 et CD8 avec l’avancée en âge est relativement bien décrite en périphérie lymphoïde secondaire chez la souris, et dans le sang périphérique chez l’homme. Deux paramètres sont observés : réduction du nombre de ces cellules et altération du ratio naïve/mémoire. À l’inverse, l’évaluation des tissus lymphoïdes tertiaires et des tissus extra lymphoïdes dans les réponses immunes, reste à affiner. Notre étude au cours du vieillissement physiologique du compartiment T fut menée dans des tissus lymphoïdes et non lymphoïdes de souris C57BL/6 wild-type, âgées entre 2 et 6 mois, entre 10 et 14 mois et entre 22 et 26 mois. Nous avons démontré que la lymphopénie T classiquement décrite liée au vieillissement dans les organes lymphoïdes secondaires ne s’applique pas à tout l’organisme : les compartiments intestinaux étudiés présentent une accumulation de cellules TCRαβ+ CD4+ (TCD4) et CD8+ (TCD8). Nos résultats dévoilent un impact différentiel du vieillissement sur le nombre absolu des différents compartiments cellulaires TCRαβ+ dans les organes lymphoïdes et la muqueuse intestinale. Ces résultats suggèrent donc que la lymphopénie T décrite dans les organes lymphoïdes s’établissant au cours du vieillissement pourrait être essentiellement liée à une redistribution des lymphocytes. A l’inverse, la persistance des cellules T régulatrices dans les organes lymphoïdes secondaires pourrait être liée à une production locale dans la muqueuse intestinale. Il semble donc que l’équilibre TCD8/TCD4 peut être différemment affecté selon le site considéré et cette observation peut fournir une justification pour la plus grande susceptibilité aux infections observée avec l’âge. / Consequences of ageing on conventional CD4 and CD8 T lymphocytes populations is relatively well described in murine secondary lymphoid organs and in human peripheral blood: reduction the number of these cells and alteration of naïve/effector-memory ratio in favour of effector-memory cells. Conversely, evaluation in tertiary lymphoid tissues and non-lymphoid tissues remains to be refined. We conducted an exhaustive analysis of T cell compartments during physiological aging in lymphoid and non-lymphoid tissues isolated from wild-type C57BL/6 mice aged of 2 to 6 months, 10 to 14 months and 22 to 26 months. We demonstrated that T lymphopenia described classically associated with aging in the secondary lymphoid organs does not apply to the whole organism: intestinal compartments studied show an accumulation of TCRαβ+ CD4+ cells (TCD4) and CD8+ (TCD8). Our results reveal a differential impact of aging on the absolute number of different TCRαβ+ cellular compartments in lymphoid organs and intestinal mucosa. T cell lymphopenia in secondary lymphoid organs currently associated to ageing may essentially reflect T cell redistribution. TCD8/TCD4 balance may be affected differently depending on the site considered and this observation may provide a rationale for the greater susceptibility to infection observed with age.

Dans les cas de lymphopénie, les lymphocytes T résiduels prolifèrent exagérément dans un phénomène appelé «expansion homéostatique périphérique» (HPE), qui est efficace pour la régénération des T CD8+, mais inefficace pour les T CD4+. L’interleukine-7 (IL7) est une cytokine homéostatique utilisée afin d’augmenter les comptes lymphocytaires T des patients lymphopéniques. Toutefois, la raison de l’expansion préférentielle des lymphocytes T CD8+ par l’IL7 demeure toujours inconnue. Nous montrons que cette expansion est due au fait que l’IL7 induit une prolifération efficace des T CD8+ périphériques (CD8+PERI) ainsi que des émigrants thymiques CD8+ (CD8+RTEs). Par contre, l’effet prolifératif de l’IL7 est restreint presqu’uniquement aux CD4+RTEs même si les CD4+PERI survivent mieux que les CD4+RTEs. De plus faibles doses d’IL7 sont nécessaires aux CD4+RTEs afin de phosphoryler STAT5 ou de proliférer comparativement aux CD4+PERI et nous démontrons que les contacts TCR/CMHII sont nécessaires à la prolifération induite par l’IL7 des CD4+RTEs en périphérie. De fait, augmenter au Flt3 ligand le nombre de cellules dendritiques périphériques d’une souris donneuse, avant de transférer ses TPERI dans des souris receveuses traitées à l’IL7 induit une prolifération significative des CD4+PERI. Nos résultats indiquent donc que l’abondance des contacts TCR/CMHII reçus dans le thymus semble contrôler la sensibilité à l’IL7 des CD4+RTEs. Finalement, l’observation que les CD8+PERI et CD8+RTEs prolifèrent pareillement pendant la thérapie à l’IL7, alors que la prolifération des T CD4+ est largement restreinte aux RTEs expliquerait pourquoi, dans les cas de lymphopénie, la régénération des T CD4+ est aussi dépendante de la thymopoïèse. / In lymphopenic settings, residual T lymphocytes typically undergo exaggerated proliferation via homeostatic peripheral expansion (HPE). While HPE efficiently regenerates CD8+ T cells, it is unable to normalize CD4+ T-cell counts. Interleukin-7 (IL7) is a homeostatic cytokine, currently used in trials in order to increase T-cell counts in lymphopenic humans. Nowadays, it is still not known why IL7 therapy is more effective toward the expansion of CD8+ T cells rather than CD4+ T cells. Here we show that CD8+ T cells preferential expansion is due to IL7-induced efficient proliferation of peripheral CD8+ T cells (CD8+PERI) and CD8+ recent thymic emigrants (CD8+RTEs). In contrast, the proliferative action of IL7 is largely restricted to CD4+RTEs although CD4+PERI survive better than CD4+RTEs. Interestingly, CD4+RTEs require lower concentrations of IL7 in order to phosphorylate STAT5 or proliferate when compared to CD4+PERI, and we demonstrate the requirement for TCR/MHCII contacts to support the IL7-induced HPE of CD4+RTEs in the periphery. Furthermore, augmenting the number of MHCII expressing cells in the periphery of donor mice by treating them with Flt3 ligand (Flt3L) prior transferring their TPERI cells in IL7 therapy-treated recipients, significantly enhances the IL7-induced proliferation of CD4+PERI. Our results indicate so far that the abundance of TCR triggering occurring inside the thymus drives IL7 responsiveness of CD4+RTEs. Moreover, the observation that CD8+PERI and CD8+RTE proliferate similarly during IL7 therapy, while proliferation of CD4+ T cells is largely restricted to RTEs, may explain why CD4+ T cells regeneration in lymphopenic settings is highly dependent on thymopoiesis.

Dans les cas de lymphopénie, les lymphocytes T résiduels prolifèrent exagérément dans un phénomène appelé «expansion homéostatique périphérique» (HPE), qui est efficace pour la régénération des T CD8+, mais inefficace pour les T CD4+. L’interleukine-7 (IL7) est une cytokine homéostatique utilisée afin d’augmenter les comptes lymphocytaires T des patients lymphopéniques. Toutefois, la raison de l’expansion préférentielle des lymphocytes T CD8+ par l’IL7 demeure toujours inconnue. Nous montrons que cette expansion est due au fait que l’IL7 induit une prolifération efficace des T CD8+ périphériques (CD8+PERI) ainsi que des émigrants thymiques CD8+ (CD8+RTEs). Par contre, l’effet prolifératif de l’IL7 est restreint presqu’uniquement aux CD4+RTEs même si les CD4+PERI survivent mieux que les CD4+RTEs. De plus faibles doses d’IL7 sont nécessaires aux CD4+RTEs afin de phosphoryler STAT5 ou de proliférer comparativement aux CD4+PERI et nous démontrons que les contacts TCR/CMHII sont nécessaires à la prolifération induite par l’IL7 des CD4+RTEs en périphérie. De fait, augmenter au Flt3 ligand le nombre de cellules dendritiques périphériques d’une souris donneuse, avant de transférer ses TPERI dans des souris receveuses traitées à l’IL7 induit une prolifération significative des CD4+PERI. Nos résultats indiquent donc que l’abondance des contacts TCR/CMHII reçus dans le thymus semble contrôler la sensibilité à l’IL7 des CD4+RTEs. Finalement, l’observation que les CD8+PERI et CD8+RTEs prolifèrent pareillement pendant la thérapie à l’IL7, alors que la prolifération des T CD4+ est largement restreinte aux RTEs expliquerait pourquoi, dans les cas de lymphopénie, la régénération des T CD4+ est aussi dépendante de la thymopoïèse. / In lymphopenic settings, residual T lymphocytes typically undergo exaggerated proliferation via homeostatic peripheral expansion (HPE). While HPE efficiently regenerates CD8+ T cells, it is unable to normalize CD4+ T-cell counts. Interleukin-7 (IL7) is a homeostatic cytokine, currently used in trials in order to increase T-cell counts in lymphopenic humans. Nowadays, it is still not known why IL7 therapy is more effective toward the expansion of CD8+ T cells rather than CD4+ T cells. Here we show that CD8+ T cells preferential expansion is due to IL7-induced efficient proliferation of peripheral CD8+ T cells (CD8+PERI) and CD8+ recent thymic emigrants (CD8+RTEs). In contrast, the proliferative action of IL7 is largely restricted to CD4+RTEs although CD4+PERI survive better than CD4+RTEs. Interestingly, CD4+RTEs require lower concentrations of IL7 in order to phosphorylate STAT5 or proliferate when compared to CD4+PERI, and we demonstrate the requirement for TCR/MHCII contacts to support the IL7-induced HPE of CD4+RTEs in the periphery. Furthermore, augmenting the number of MHCII expressing cells in the periphery of donor mice by treating them with Flt3 ligand (Flt3L) prior transferring their TPERI cells in IL7 therapy-treated recipients, significantly enhances the IL7-induced proliferation of CD4+PERI. Our results indicate so far that the abundance of TCR triggering occurring inside the thymus drives IL7 responsiveness of CD4+RTEs. Moreover, the observation that CD8+PERI and CD8+RTE proliferate similarly during IL7 therapy, while proliferation of CD4+ T cells is largely restricted to RTEs, may explain why CD4+ T cells regeneration in lymphopenic settings is highly dependent on thymopoiesis.

Des travaux antérieurs de l’équipe ont démontré l’impact majeur de la lymphopénie (<1Giga/L), détectée avant tout traitement, sur la survie globale des patients atteints d’un cancer solide en phase métastatique, soulignant ainsi l’importance du système immunitaire dans le contrôle de la progression tumorale. Au cours de mon projet de thèse, j’ai analysé l’apport de la diversité combinatoire de la chaine β du TCR, autre indicateur de la qualité du système immunitaire, en tant que marqueur pronostique chez des patientes atteintes de cancer du sein en phase métastatique. J’ai pu montrer qu’un score combinant la diversité des TCR et le nombre de lymphocytes (score NDL) est un facteur indépendant de mauvais pronostic en analyse multivariée. Ce score permet l’identification d’une sous population de patientes à risque qui présente à la fois une lymphopénie et une faible diversité (< 33%) combinatoire du TCR et pour laquelle une très forte réduction de la médiane de survie est observée. Nous avons également réalisé une étude plus approfondie de l’impact des sous-populations de lymphocytes et des cytokines plasmatiques produites. En parallèle, j’ai été amené à développer des tests de biologie moléculaire pour améliorer l’étude de la diversité du répertoire des TCR au niveau génomique. Ces travaux nous ouvrent la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques qui intégreraient les perturbations du système immunitaire. En effet, suite à ces résultats, un essai clinique basé sur l’administration d’IL-7, cytokine permettant l’expansion des cellules T avant ou pendant la chimiothérapie vient d’être activé au Centre Léon Bérard / Previous work of the team demonstrated the major impact of lymphopenia (<1Giga/L), detected before treatment, on overall survival of patients with solid metastatic cancer, highlighting the importance of immune system in controlling tumor progression. During my thesis project, I analyzed the contribution of the combinatorial diversity of the TCR β chain, another indicator of the quality of the immune system, as a prognostic marker in patients with metastatic breast cancer. I was able to show that a score combining the diversity of TCR and the number of lymphocytes (score NDL) is an independent factor of poor prognostic in multivariate analysis. This score allows identification of a subpopulation of patients at risk who has both a lymphopenia and a low combinatorial diversity (<33%) of TCR and for which a reduction in the median survival was observed. We also made further study of the impact of subpopulations of lymphocytes and plasma cytokines. In parallel, I developed molecular tests to improve the study of TCR repertoire diversity at the genomic level. This work opens the door to new therapeutic strategies that would consider immune system dysfunctions. Indeed, following these results, a clinical trial based on the administration of IL-7 cytokine for the expansion of T cells before or during chemotherapy has been activated at the Centre Léon Bérard