Deux grandes classes de cellules composent le pool de lymphocytes T (LT) CD8 mémoires. D'une part, les LT CD8 mémoires conventionnels sont générés via la reconnaissance spécifique d'antigènes dérivés de pathogènes ou de tumeurs. D'autre part, les LT CD8 mémoires innés sont générés via différents mécanismes impliquant de fortes stimulations par des cytokines γc indépendamment de la reconnaissance d'antigènes du non soi. Le phénotype extrêmement similaire de ces deux populations cellulaires ne permet pas de les distinguer in vivo. En conséquence, la population de LT CD8 mémoires innés est relativement peu caractérisée. Mon travail de thèse comportait donc deux objectifs majeurs : 1 / Identifier des marqueurs permettant de distinguer in vivo ces deux classes de LT CD8 mémoires. 2/ Caractériser la population de LT CD8 mémoires innés. Dans cette étude, nous démontrons qu'au sein du pool de LT CD8 mémoires, seules les cellules conventionnelles expriment la chimiokine CCL5 et le récepteur NKG2D. Ces deux biomarqueurs permettent ainsi pour la première fois de distinguer les LT CD8 mémoires innés et conventionnels in vivo, à la fois chez la souris et chez l'homme. Grâce à l'expression de NKG2D, nous démontrons que ces LT CD8 mémoires innés possèdent des caractéristiques typiques de cellules mémoires, notamment une réactivité augmentée ainsi qu'un programme génétique comparable à celui des LT CD8 mémoires conventionnels. Néanmoins, cette population cellulaire conserve certaines caractéristiques de cellules naïves. Ainsi, le répertoire TCR diversifié de cette population cellulaire permet à ces cellules de participer à des réponses immunitaires primaires contre différents pathogènes. Enfin, dans un contexte inflammatoire, les LT CD8 mémoires innés présentent un défaut d'accès au tissu pulmonaire comparé aux LT CD8 mémoires conventionnels. Ceci corrèle avec un déficit d'expression de certaines intégrines par les LT CD8 mémoires innés. L'ensemble de nos résultats démontre que les LT CD8 mémoires innés, caractérisés par l'absence d'expression de CCL5 et NKG2D, constituent une population cellulaire hybride, à la frontière entre cellules naïves et cellules mémoires conventionnelles / The pool of memory CD8 T cells is composed of two major cell classes. On one hand, conventional memory CD8 T cells are generated consequently to the specific recognition of pathogen or tumor derived antigens. On the other hand, innate memory CD8 T cells are generated through several mechanisms involving strong yc cytokine stimulation in the absence of cognate antigen recognition. However, these cell classes harbor a very similar phenotype. As a consequence, innate memory CD8 T cell population remains poorly characterized. This PhD has two main objectives : 1 / Identify new biomarkers that enable the discrimination between memory CD8 T cell classes 2/ Characterize the population of innate memory CD8 T cells in physiological condition Our results show that among the pool of memory CD8 T cells, only the conventional ones express the chemokine CCL5 and the NK receptor NKG2D. These two biomarkers enable for the first time the discrimination of memory CD8 T cell classes in physiological settings, in both mouse and human. Thanks to these new tools, we show that innate memory CD8 T cells hold typical memory features, such as an increased reactivity compared to naïve cells and a genetic program similar to the one of conventional memory cells. Nevertheless, this cell population also retains some features typical of naïve cells. The diversified TCR repertoire of this cell population allows it to participate to primary immune responses against various intracellular pathogens. Moreover, like naïve cells, innate memory CD8 T cells fail to access peripheral tissues upon local inflammation, which correlate with an absence of expression of some integrins. Altogether, these results demonstrate that innate memory CD8 T cells, characterized by the absence of expression of CCL5 and NKG2D, represent a hybrid cell population, at the boundary between naïve cells and conventional memory cells

Les lymphocytes T CD8 sont des acteurs clés de l'immunité adaptative, impliqués dans la lutte contre les pathogènes intracellulaires et les cellules tumorales. En outre, les lymphocytes T CD8 sont capables, lors d’une réponse primaire, de se différencier en cellules mémoires capables de se maintenir dans l’organisme et de le protéger efficacement contre une nouvelle rencontre avec ces dangers. Ceci est permis grâce à leurs fonctions effectrices améliorées, leur plus grand potentiel prolifératif et leur capacité à migrer dans les tissus non-lymphoïdes, des propriétés toutes trois régulées au niveau moléculaire par le cytosquelette d'actine.            Récemment, notre équipe a montré que pleckstrin, un gène impliqué dans la régulation du cytosquelette d'actine, était fortement exprimé dans les lymphocytes T CD8 mémoires (générés suite à une infection virale), par comparaison avec des cellules T CD8 naïves. Grâce à des expériences d'infection par le virus de la Vaccine in vivo, nous avons pu mettre en évidence que l'absence de pleckstrin n'altère pas les fonctions effectrices des lymphocytes T CD8 (i. e. cytotoxicité et production de cytokines). En revanche, pleckstrin semble nécessaire à la génération des lymphocytes T CD8 mémoires et à leur localisation au sein des tissus infectés.            Ces travaux de recherche apportent ainsi un regard nouveau sur les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la mise en place d'un compartiment T CD8 mémoire au sein des tissus non-lymphoïdes. / CD8 T cells are key players of adaptive immunity, and are involved in the elimination of intracellular pathogens and cancer cells. During a primary immune response, memory CD8 T cells are generated, and are able to maintain long-term and protect efficiently the organism against a secondary encounter with these threats. Indeed, memory CD8 T cells mediate durable protection through enhanced effector functions, increased proliferative capacity and distinct migratory behaviors, three processes that are tightly regulated by actin cytoskeleton.            Recently, the laboratory has shown that pleckstrin, a gene involved in actin cytoskeleton, is highly up-regulated in pathogen-induced memory CD8 T cells compared to naïve cells. Using pleckstrin deficient CD8 T cells, we show in an in vivo model of Vaccinia virus infection that pleckstrin deficiency does not affect global CD8 functions, in terms of cytokine production and cytotoxicity. However, pleckstrin is required for the optimal generation and localization of memory CD8 T cells within infected tissues.            As a whole, this work gives new insight into the molecular and cellular mechanisms that allow the establishment of a memory CD8 T cell compartment within non-lymphoid tissues.

Mon travail de Thèse a porté sur la description de l’immunité antibactérienne de la planaire, et plus particulièrement la mémoire immunitaire innée.La mémoire immunitaire innée constitue une ligne de défense de l’hôte à la réinfection qui ne fait intervenir que des composants de l’immunité innée. Présente chez les vertébrés et les invertébrés, ces derniers constituent un modèle de choix car dépourvus d’immunité acquise. La planaire dispose d’une mémoire immunitaire innée envers S. aureus, qui, suite à une réinfection, se traduit par une élimination exacerbée. La déplétion des planaires en cellules souches et la greffe tissulaire ont permis de mettre en avant les cellules souches comme acteurs principaux de cette réponse immunitaire. Un criblage RNAi associé à un profilage transcriptomique ont fait ressortir des gènes en les hiérarchisant au sein d’une voie de signalisation impliquant un récepteur au peptidoglycane (pgrp-2), une histone méthyltransférase (setd8.1), et un mécanisme effecteur dans l’élimination bactérienne (p38 et morn2). Setd8.1, histone méthyltransférase, se placerait au cœur du processus en déposant des marques épi-génétiques sur des loci de l’ADN, garantissant l’expression accrue des gènes effecteurs suite à la réinfection. Ce mécanisme, décrit chez l’Homme, n’avait jusqu’alors jamais impliqué des cellules souches, ni ce type d’histone méthyltransférase comme acteurs dans la mémoire immunitaire innée.Collectivement, l’investigation du système immunitaire de la planaire a permis la découverte de mécanismes de défense antibactérienne inédits, dont le transfert à l’Homme pourrait compléter l’approche actuelle du traitement des maladies infectieuses. / My Thesis work has focused on the description of the planarian antibacterial immunity, and more precisely the innate immune memory.The innate immune memory forms a host defense line to the reinfection which only involves components from innate immunity. Present in vertebrates and invertebrates, invertebrates are a model of choice because devoid of acquired immunity. The planarian has an innate immune memory against S. aureus, which, after a reinfection, displays an exacerbated elimination. The depletion of stem cells from planarians and tissue graft highlighted stem cells as the main actors of this immune response. An RNAi screening combined with a transcriptomic profiling brought out genes and classified them within a signaling pathway involving a peptido-glycan receptor (pgrp-2), a histone methyltransferase (setd8.1), and an effector mechanism of the bacterial elimination (p38 and morn2). Setd8.1, histone methyltransferase, would be the core of the process putting epigenetic marks on DNA loci, ensuring the increased expression of effector genes after reinfection. This mechanism, described in humans, has neither involved stem cells, nor this type of histone methyltransferase as actors in the innate immune memory.Collectively, the investigation of the planarian immune system allowed the discovery of new antibacterial defense mechanisms, and transferring it to humans could complete the actual approach of the infectious disease treatment.

Il est maintenant connu que de nombreux invertébrés peuvent moduler leur réponse immunitaire en fonction de leur expérience immunologique. Ce phénomène est appelé priming immunitaire. Si les mécanismes du priming immunitaire restent encore assez méconnus, il a pour conséquence d’apporter un bénéfice aux individus lors d’une seconde rencontre avec un agent pathogène, via une élévation de leur immunocompétence. Une caractéristique assez étonnante du priming immunitaire est qu’il peut se manifester chez la descendance. Ce transfert trans-générationnel d’immunité (TTGI), ainsi que le priming immunitaire, doivent avoir évolués à la suite de challenges répétitifs par les mêmes agents pathogènes durant la vie des individus et au fil des générations. Ainsi, le priming et le TTGI doivent être plus efficaces et moins coûteux vis à vis des parasites exposant l’hôte à la plus grande probabilité de réinfection. De plus, il est maintenant prouvé que la réponse immunitaire chez les insectes est génétiquement variable. Pour comprendre l’évolution du TTGI et de son potentiel de réponse à la sélection, il convient d’étudier la composante génétique de sa variabilité. Au cours de cette thèse, j’ai associé l’expression du priming et du TTGI chez un insecte à un type de bactéries, qui a du agir comme la principale pression de sélection sur le système immunitaire de cette espèce hôte. Cela s’est fait via l’identification de différents coûts et bénéfices, qui ont également mis en exergue certains mécanismes possibles dans la réalisation de ces phénomènes immunitaires. Pour ce faire, j’ai utilisé comme organisme modèle le ténébrion meunier, Tenebrio molitor.Dans le premier chapitre, nous avons étudié la survie d’individus adultes de T. molitor face à une infection bactérienne, en fonction de leur propre expérience immunitaire ou de celle de leur mère. Nous avons constaté que le priming et le TTGI étaient plus efficaces et moins coûteux vis à vis des bactéries à Gram-positif. Cetté étude a également révélé que, contrairement à ce que de précédentes recherches suggérent, les hémocytes ne jouent pas nécessairement un rôle majeur dans le priming immunitaire et le TTGI.Dans le deuxième chapitre, nous avons stimulé le système immunitaire de femelles adultes de T. molitor avec deux bactéries Gram-positives. Nous avons mis en évidence que la protection transmise aux oeufs pouvait résulter d’un transfert maternel de peptides antibactérien, ou que ces peptides pouvaient être produits par l’œuf lui-même, en fonction de la bactérie utilisé pour stimuler la mère. Il s’avère que quel que soit le mécanisme, le TTGI améliore le taux d’éclosion des œufs et peut même s’accompagner d’un bénéfice en survie pour les jeunes larves.Dans le troisième chapitre, nous avons stimulé le système immunitaire de femelles de lignées consanguines afin de quantifier la variation génétique de l'investissement maternel à la protection des œufs et mesuré d’autres traits associés à la valeur sélective des mères et de la descendance. Malheureusement, du fait d’un nombre trop faible de lignées et d’individus utilisés au sein de nos lignées, il nous a été impossible de conclure quant à l’existence de bases génétiques associées au TTGI.Dans le quatrième chapitre, nous avons passé en revue l’ensemble des études concernant le TTGI. Cela nous a permis de mettre en exergue les principales caractéristiques et les mécanismes identifiés, en fonction de l’écologie et de l’évolution du phénomène.Les bénéfices et les coûts associés au priming ainsi qu’au TTGI suggèrent que les bactéries à Gram-positif ont été la principale pression de sélection ayant contraint l’évolution du système immunitaire de T. molitor. En ce qui concerne le TTGI, de plus amples recherches sont nécessaires afin de trancher quant à l’existence de bases génétiques associées au phénomène. / Many organisms can improve their immune response as a function of their immunological experience, a phenomenon called immune priming. While the mechanisms through which immune priming is achieved remain unknown, individuals that survived to a given parasite are better protected against subsequent exposures. This immune priming can cross generations (trans-generational immune priming – TGIP), preparing offspring for prevailing parasite environment. Both individual and trans-generational immune priming might be adaptive and may have evolved from repeated challenges by the same pathogens during the host lifetime or across generation. While protection could be cross-reactive, a certain level of specificity may exist in response to the range of pathogens from which immue priming may have evolved. Thus, immune priming and TGIP should be more efficient and less costly with respect to pathogens exposing the host to the greatest probability of re-infection. Moreover, it is now known that insect immune response is genetically variable. To understand the evolution of TGIP and its impact on life history evolution, we need to explore its quantitative genetics. During my thesis, I found that the expression of individual immune priming and TGIP in the mealworm beetle, Tenebrio molitor, is dependent of a range of pathogens that might have been a major selective pressure on the immune system of this insect species. This was done through the characterisation of costs and benefits of the expression of immune priming in response to challenges with a large range of bacterial pathogens. This work also highlighted potential mechanisms through which these immune phenomena could be achieved.In a first chapter of this thesis, we examined the survival of individuals to infection with different bacteria according to their own immunological experience or that of their mother with these bacteria. We found that priming response to Gram-positive bacteria was particularly more efficient and less costly than priming response to Gram-negative bacteria. This study also shows that, contrary to what is currently believed, the cellular component of the T. molitor immune system does not necessarly play a major role in providing immune protection through individual immune priming or TGIP.In a second chapter, we have stimulated the immune system of adult females with two Gram-positive bacteria to study maternal transfer of immunity to the eggs. We found that the process throght which eggs are protected is dependent on the bacterial pathogen used to immune challenge the mother. Indeed, depending of the bacterial pathogen that immune challenged the mother, antibacterial activity in the eggs are either transfeered by the mother or produced by the egg itself, Furthermore, whatever the mechanism through which egg protection was achieved, primed eggs exhibited enhanced hatching rate and the resulting larvae even showed improved early survival to food privation.In a third chapter, we used inbred lines of T. molitor to study the quantitative genetics of TGIP. The aim of this work was to test whether TGIP could be heritable and whether its expression is genetically associated to other fintness traits of mothers and offspring. Unfortunately, due to a low number of inbred lines available and a low number of samples within some of these lines, it was impossible to conclude about the genetic basis associated to TGIP.In a fourth chapter, we produced a review on TGIP. This allowed us to highlight the main characteristics and mechanisms curently identified, and the ecology and the evolution of the phenomenon.Costs and benefits associated to immune priming and TGIP suggest that Gram-positive bacteria might have been a major selective pressure at the origin of these phenomena in T. molitor. Whether TGIP has genetic basis still required further research.

L'objectif de cette thèse était de caractériser phénotypiquement et fonctionnellement les cellules NK activées par l'IL-21 et d'étudier leur interaction avec les lymphocytes T CD4*. Les lymphocytes Natural Killer (NK) sont essentiels pour la protection exercée par l'immunité innée. Les cellules NK, en plus de leurs fonctions cytotoxiques, peuvent orienter la réponse immunitaire adaptative vers un profile TH1 grâce à leur production d'IFN-y. Dans cette étude, nous avons montré que l'IL-21, une cytokine produite in vivo au cours de l'inflammation chronique ou de maladies infectieuses, induit la différenciation d'une sous-population spécifique de cellules NK co-exprimant ÇD86 et HLA-DR. Les cellules NK HLA-DR* induites par l'IL-21 sont capables d'apprêter et de présenter des antigènes aux lymphocytes T CD4*. De plus, ces cellules produisent MIF (Macrophage Migration Inhibitory Factor) et apportent un signal de costimulation durant le priming des lymphocytes T CD4 naïfs en induisant leur différenciation vers un profile central mémoire (Tcm) peu différencié. Les Tcm activés en présence des cellules NK HLA-DR" sont CXCR3' CCR4' CCR6' CXCR5' et produisent de PIL-2 et du TNF-a. La costimulation des lymphocytes T ÇD4 par les cellules NK HLA-DR" prévient l'acquisition d'un phénotype effecteur mémoire induit par l'IL-2. Ainsi, ces résultats montrent une nouvelle fonction pour l'IL-21 qui peut moduler l'interaction NK/CD4 et favoriser l'expansion des lymphocytes centraux mémoires. / Natural Killer lymphocytes are critical for innate immunity-mediated protection. Main roles of NK cell rely on their cytotoxic functions or depend on the tuning of TH1 adaptive immunity by IFN-y. Here, we provide evidence that 1L-21, a cytokine produced in vivo during chronic inflammation or infectious diseases, promotes the differentiation of a specifie subset of NK co-expressing CD86 and HLA-DR. IL-21-propagated HLA-DR' NK were able to process and present antigens to CD4' T lymphocytes. More importantly, IL-21-propagated HLA-DR' NK produced macrophage migration inhibitory factor and provided a co-stimulatory signaling during naive CD4* T cell priming inducing the differentiation of uncommitted central memory (Tcm) lymphocytes. Tcm expanded in the presence of HLA-DR* NK were CXCR3 CCR4" CCR6' CXCR5' and produced IL-2, as well as low levels of TNF-a. Co-stimulation of CD4* T cells by HLA-DR' NK prevented the acquisition of effector memory phenotype induced by IL-2. Altogether, these results demonstrate a novel function for IL-21 in tuning NK and CD4~ T cell interactions promoting a specifie expansion of central memory lymphocytes.

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Les lymphocytes T (LT) CD8 sont un sous-type de cellules immunitaires qui participent à l’élimination des certains agents infectieux et de cellules tumorales. La capacité de réponse des LT CD8 est dépendante de leur état de différenciation. Lors d’une réponse immunitaire, les LT CD8 spécifiques à l’agent infectieux sont activés, se différencient et prolifèrent en LT effecteurs (LTE) qui participent à l’élimination de l’agent pathogène. Les LTE peuvent être distingués en effecteurs de courte durée de vie (SLEC), terminalement différenciés et éliminés par apoptose après l’infection, et en précurseurs des cellules mémoires (MPEC) qui survivent et génèrent les LT mémoires (LTM). Par contre, lors d’une infection chronique ou d’une réponse antitumorale, la persistance antigénique et inflammatoire induisent l’épuisement des LT CD8, soit un état de différenciation caractérisé par des fonctions effectrices et prolifératives diminuées ainsi qu’une forte expression de récepteurs inhibiteurs (RI). Afin d’améliorer les thérapies vaccinales, les traitements antitumoraux et les thérapies lors des infections chroniques, il est important de mieux comprendre la différenciation des LT CD8. Nous avons étudié le rôle de NR4A3 dans la différenciation des LT CD8 chez la souris. NR4A3 est un récepteur nucléaire et un facteur de transcription (FT) dont l’expression est rapidement induite par une stimulation antigénique, mais dont le rôle dans les LT CD8 n’a pas été encore déterminé. Nous avons émis l’hypothèse que l’expression de NR4A3 dans ces cellules suite à une stimulation antigénique contrôle leur différenciation. Premièrement nous avons étudié le rôle du NR4A3 dans la différenciation des LT CD8 lors d’une infection aiguë et avons déterminé que la délétion de NR4A3 dans les LT CD8 augmente la différenciation MPEC, la génération des LTM et la production de cytokines. La régulation de la différenciation des LT CD8 par NR4A3 est transcriptionnelle et, lors des premiers jours postinfection, sa délétion induit un programme transcriptionnel associé avec la différenciation des LTM. De plus, dès les premières heures postactivation, la délétion de NR4A3 favorise l’induction d’un état de chromatine plus ouvert avec une prédiction d’activité augmentée des FT bZIP. Deuxièmement, nous avons étudié le rôle de NR4A3 lors d’une réponse immunitaire antitumorale au cours d’une thérapie cellulaire adoptive (ACT) sous traitement d’anti-PD-L1 (ligand d’un RI) où la meilleure fonctionnalité et persistance des LT CD8 NR4A3 déficients ont été mises à l’épreuve. Ainsi, l’ACT avec des LT CD8 NR4A3 déficients augmente la survie de souris porteuses de tumeurs et les lymphocytes T infiltrants les tumeurs (TIL) NR4A3 déficients sont moins terminalement épuisés et présentent des plus fortes proportions et nombres cellulaires intra-tumoraux. Le profil transcriptomique au niveau de cellules uniques a révélé que les TIL NR4A3 déficients favorisent la génération de progéniteurs distincts et des populations fonctionnelles associées avec le traitement anti-PD-L1. En conclusion, NR4A3 est un régulateur de la fonction et la différenciation des LT CD8 dont l’activité pourrait être modulée afin d’améliorer les stratégies de vaccination ou les thérapies cellulaires. / CD8 T cells are an immune cell population involved in the clearance of different types of infections and the elimination of tumor cells. The response capacity of CD8 T cells depends on their differentiation state. During an immune response, antigen-specific CD8 T cells are activated, differentiate and proliferate into effectors that participate in elimination of the pathogen. Among the pool effectors, there are short-lived effector cells (SLEC) that are terminally differentiated and die by apoptosis after the infection clearance, and the memory precursors effector cells (MPEC) that survive to give rise to memory CD8 T cells. However, during chronic infection or an anti-tumor immune response, antigen persistence and inflammation induce CD8 T cell exhaustion, which is a differentiation state characterized by decreased effector functions and proliferative capacity and an increased expression of inhibitory receptors (IR). Thus, to be able to increase the efficiency of CD8 T cells following vaccination, in the context of antitumoral or during treatment against chronic viral infections, it is important to better understand CD8 T cell differentiation. We studied the role of NR4A3 in CD8 T cell differentiation in mice. NR4A3 in a nuclear receptor and transcription factor (TF), which expression is rapidly induced following antigenic stimulation, but the role of its induction in CD8 T cells was not yet identified. We propose that NR4A3 expression in CD8 T cells following antigenic stimulation controls their differentiation. First, we studied the role of NR4A3 in CD8 T cell differentiation during acute infection and determined that its deletion increases MPEC differentiation, memory generation, and cytokines production. NR4A3 regulates CD8 T cell differentiation at the transcriptional level, and its deletion induces a memory-related transcriptional program early during the immune response (day three post-infection). Moreover, a few hours following the CD8 T cell activation, NR4A3 deletion increased chromatin accessibility, particularly to bZIP TF. Secondly, we studied the role of NR4A3 during the antitumoral response in the context of adoptive cell therapy (ACT) and cotreatment with anti-PD-L1 (ligand of an IR), during which we tested the increased functionality and persistence of NR4A3 deficient cells. ACT with NR4A3-deficient cells increases the survival of tumor-bearing mice. In addition, NR4A3 deficiency increased the frequency of tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) and decreased T cell exhaustion. Single-cell transcriptional profile of TILs revealed that NR4A3 deficiency induces the generation of a transcriptionally distinct progenitor population and an increase in functional populations associated with the anti-PD-L1 treatment. To conclude, NR4A3 is a new regulator of CD8 T cell differentiation and function whose activity regulation could increase the efficiency of vaccinations and cell therapy treatments.