La grippe porcine est une infection enzootique touchant 50% du cheptel français. Elle passe parfois inaperçue, mais peut également induire une forte morbidité au sein des lots d’animaux touchés, entraînant une baisse des performances zootechniques et des pertes économiques importantes. La sévérité de l’infection à virus influenza A chez le porc peut dépendre de divers facteurs, comme les virus eux-mêmes, les pratiques d’élevage, le statut immunitaire des animaux, les infections concomitantes par d’autres pathogènes respiratoires, etc. De la même manière, diverses formes épidémiologiques de la grippe existent en élevage. Ainsi, des infections peuvent se répéter à un âge déterminé, sur toutes les bandes successives d’un élevage, notamment chez des jeunes présentant une immunité passive. Afin de mieux comprendre cette diversité clinique et épidémiologique de la grippe porcine, et aider à l’élaboration de stratégies d’intervention adéquates pour le contrôle de la maladie, nous avons cherché à apporter de nouvelles connaissances quant à certains facteurs pouvant favoriser l’exacerbation du syndrome grippal et/ou son caractère récurrent, et plus généralement aux mécanismes sous-jacents à la pathogenèse des virus influenza A chez le porc, en relation avec les réponses de l’hôte infecté. Nous avons d’abord comparé, suite à inoculations expérimentales de porcs exempts d’organismes pathogènes spécifiés, la pathogénicité des deux virus influenza porcins les plus fréquemment rencontrés chez le porc en France, l’un du lignage européen « avian-like swine H1N1 » (H1avN1), l’autre du lignage européen « human-like reassortant swine H1N2 » (H1huN2), seuls ou en association avec Mycoplasma hyopneumoniae (Mhp), autre pathogène respiratoire répandu en élevage. Nous avons montré que l’infection H1huN2 induit une pathologie plus marquée que l’infection H1avN1, et que la pré-infection des porcs par Mhp induit une exacerbation de l’infection H1avN1, mais pas H1huN2. Nous avons utilisé le modèle de co-infection Mhp/H1avN1 pour évaluer deux approches alternatives qui permettraient de diminuer l’impact des infections grippales et de leurs complications : l’apport de composés aux propriétés antioxydantes via l’alimentation ; et la restriction alimentaire de courte durée. Dans ces deux cas nous avons montré des effets bénéfiques sur les paramètres zootechniques pendant les jours suivant l’infection grippale. Ce travail a également apporté de nouvelles connaissances quant aux modifications des marqueurs plasmatiques de stress oxydant, ainsi que sur les modifications métaboliques faisant suite à la co-infection Mhp/H1avN1. La sévérité des manifestations cliniques de la grippe étant liée à la qualité de la réponse immunitaire mise en place chez l’hôte infecté, nous avons entrepris d‘étudier les réponses immunitaires du porc touché par la grippe et d’évaluer l’impact de facteurs tels que la présence de Mhp ou d’anticorps d’origine maternelle sur ces réponses. Nous avons ainsi montré que l’infection virale induit une inflammation et une réponse interféron. La pré-infection par Mhp exercerait un effet additif sur cette inflammation et pourrait favoriser la persistance du virus dans le poumon. Nous avons également montré que la présence d’immunité passive protège cliniquement le porcelet mais n’empêche pas l’excrétion du virus, retarde la réponse lymphocytaire T et inhibe la réponse humorale post-infectieuse. Malgré la réponse immunitaire humorale défaillante, les animaux étaient totalement protégés d’une seconde infection homologue lorsque les anticorps maternels avaient disparus. Ces travaux ont permis d’apporter de nouvelles connaissances sur les facteurs influençant l’infection grippale en élevage porcin ainsi que sur les mécanismes sous-jacents, ce qui est une prérequis pour l’amélioration des mesures de lutte et de maitrise de la maladie. Ils permettent, d’envisager d’améliorer la santé des animaux en agissant sur leur régime alimentaire. / Swine influenza is an enzootic infection affecting 50% of the French livestock. The infection can be unnoticed but can also induce high morbidity among batches of affected animals, resulting in lower production performance and significant economic losses. The severity of influenza A virus in pig is influenced by many factors such as the virus strain, husbandry practices, the immune status of animals, concomitant infections with other respiratory pathogens, etc. In the same way, various epidemiological forms of influenza exist in farms. Thus, infections can be repeated in all successive batches within a farm, especially among young animals with passive immunity. In order to better understand the clinical and epidemiological diversity of the swine flu, and help develop appropriate strategies to control the disease, we tried to bring new knowledge about factors that promote the exacerbation of the flu syndrome and/or its recurrence, and more generally to give new information about the mechanisms underlying the pathogenesis of influenza viruses in pigs, in relation to the response of the infected host. Firstly, we compared, through experimental infections of specific pathogen free pigs, the pathogenicity of the two swine influenza viruses mostly detected in pigs in France, i.e. one from the European “avian-like swine H1N1” lineage (H1avN1) and the other one from the European “human-like reassortant swine H1N2” lineage (H1huN2), each one alone or in co-infection with Mycoplasma hyopneumoniae (Mhp), another respiratory pathogen widespread in French farms. We showed that the H1huN2 infection induced a more marked pathology than the H1avN1 infection, and that Mhp pre-infection induced the exacerbation of the H1avN1, but not the H1huN2, infection. Then, we used the Mhp/H1avN1 co-infection model to evaluate alternative approaches that could reduce the impact of influenza infections and their complications: firstly, a supply of compounds with antioxidant properties in food; and secondly, a feed restriction of short duration. In both cases, we showed beneficial effects on zootechnical parameters the days following influenza infection. This work has also brought new knowledge on modulation of oxidative stress markers in plasma, as well as metabolic changes following the co-infection with Mhp and H1avN1 in pigs. The severity of flu clinical manifestations being related, among other, to the quality of the immune responses developed by the infected host, we studied these responses in pigs experimentally infected by H1avN1 and assessed the impact of factors such as the presence of Mhp or maternal derived antibodies on these responses. We showed that the viral infection induced inflammation and interferon response. The Mhp pre-infection exerted an additive effect on inflammation of lung tissue and may promote the virus persistence in the lung. Finally, we have shown that the presence of maternally-derived immunity protected the piglets clinically but did not prevent viral shedding, delayed the T cell response and strongly inhibited the post-infectious humoral response. However, despite the failed humoral immune response, animals were completely protected from a second infection occurring when maternal antibodies had disappeared. Therefore, this work have brought new knowledge on factors influencing influenza infection in pig as well as the underlying mechanisms, which is a prerequisite for improving disease control. They allow, between-other, to consider improving the health and welfare of animals by acting on their diet.

L’expression d’un transgène grâce au vecteur AAV offre une perspective thérapeutique très prometteuse dans le traitement de maladies monogéniques. Malheureusement, il apparait souvent que des réponses immunes contre le vecteur et le transgène conduisent à un rejet des cellules transduites ainsi qu’à la mise en place d’une mémoire immunitaire spécifique empêchant un nouveau traitement ultérieur. Avec la perspective d’éviter tout rejet immun des cellules transduites, j’ai développé deux approches distinctes. D’une part, nous avons développé un système dans lequel l’expression du transgène est déstabilisée dans les cellules présentatrices de l’antigène grâce à l’ajout de cibles du miRNA 142.3p qui est spécifiquement exprimé dans le système hématopoïétique. Nous avons ainsi montré que la réponse immunitaire contre le transgène était favorisée par la transduction des cellules présentatrices de l’antigène par le vecteur, conduisant à la présentation directe du produit du transgène. En comparant l’initiation des réponses immunes contre plusieurs transgènes modèles, nous avons montré que la réponse immune dirigée contre le transgène pouvait être contrôlée mais que celle-ci dépendait étroitement de l’immunogénicité intrinsèque du transgène en question, c'est-à-dire de la présence d’épitopes reconnus par des lymphocytes T CD4 auxiliaires ainsi que par les lymphocytes B. Une autre approche a concerné l’utilisation de lymphocytes T régulateurs exprimant le facteur de transcription Foxp3 (Treg) et plus particulièrement l’étude de leur mode d’induction in vivo. La présence de Treg conférant une tolérance immunitaire spécifique du transgène a été décrite dans diverses situations et les Treg induits à partir de CD4+ matures (pTreg/iTreg) semblent avoir un potentiel thérapeutique important. Cependant, la population précise de lymphocytes CD4+ à même d’être convertie en Treg n’avait pas été identifiée auparavant. Au cours de mes travaux, analysant la capacité de conversion de cellules naïves, mémoires ou de récents émigrants thymiques, j’ai mis en évidence que le potentiel de conversion des lymphocytes CD4 naïfs issus de souris âgées était diminué et que ceci était dû à une caractéristique intrinsèque des lymphocytes T CD4+ provenant de telles souris. Enfin, nous avons montré que cette faible capacité de conversion des lymphocytes CD4 naïfs en Treg était associée à un rejet de greffe accru dans un modèle de transplantation de peau, montrant que la sénescence peut impacter négativement des protocoles d’induction de tolérance faisant appel à l’induction de Treg en périphérie. / Transgene expression through AAVvectors offers a very promising therapeutic perspective in the treatment of monogenic disorders. Unfortunately, it often appears that the immune responses against the transgene and the vector lead to the rejection of transduced cells and to an establishment of a specific immune memory preventing further processing. With a view to avoid immune rejection of transduced cells, I developed two distinct approaches.First, we have developed a system where the transgene expression is destabilized in the antigen presenting cells by addition of the target miRNA 142.3p which is specifically expressed in the hematopoietic system. We have shown that the immune response against the transgene was favored by transduction of antigen presenting cells with the vector, leading to the direct presentation of the transgene product. Comparing the initiation of immune responses against more transgenes models, we showed that the immune response against the transgene could be controlled but it depended greatly on the intrinsic immunogenicity of the transgène: the presence of epitopes recognized by T helper cells and CD4 by B lymphocytes. Another approach has involved the use of regulatory T cells expressing the transcription factor Foxp3 ( Treg ) and more specifically the study of their mode of induction in vivo. The presence of Treg conferring transgene -specific immune tolerance has been described in various situations and induced Treg from CD4 + mature ( pTreg / iTreg ) appear to have a significant therapeutic potential . However, the precise population of CD4 + lymphocytes capable of being converted into Treg was not identified previously. During my work, analyzing the conversion capacity naive, memory cells or thymic recent emigrants, I highlighted that the potential of conversion of naive CD4 lymphocytes from old mice was decreased and this was due to an intrinsic defect of CD4 + T cells from such mice. Finally, we showed that low conversion ability of CD4 naive Treg was associated with an increased graft rejection in a model of skin transplantation, showing that senescence may negatively impact protocols of tolerance induction using induction of Treg in the periphery.

Lors d'une infection virale, l'hôte déclenche une réponse rapide, la rémonse immunitaire innée, dont l'interféron (IFN) de type I est la cytokine centrale. Des motifs moléculaires associés aux micro-organismes (MAMP) sont déteectés par de nombreux récepteurs dédiés, dont les récepteurs cytoplasmiques de type RIG-I (RLR) identifiés à partir de 2004. Les RLR, au nombre de trois, RIG-I, MAD5 et LGP2, sont les ARN-hélicases composées de deux ou trois types de domaines : deux domaines CARD, resposables du recrutement de la cascade de signalisation, un domaine C-terminal CTD, site de liaison initial de l'ARN viral, et le domaine central hélicase, site secondaire de liaison àl'ARN et possédant également une activité enzymatiques ATP-dépendante. RIG-I est impliqué dans la détection de plusieurs virus dont ceux de l'ordre des mononegavirales (virus de la rage, de la rougeole, Ebola). Ce récepteur reconnait des ARN viraux possédant une région double brin adjacente à une extrémité 5'-triphosphate. Les nombreuses études menées n'ont cepnedant pas encore permis de dégager un mécanisme complet et cohérent de l'activation de RIG-I. Notre objectif était donc d'apporter des réponses molécualires quant au mécanismes d'activation de RIG-I. Dans un premier temps, l'élucidation de la structure de la protéine entière RIG-I de canard, par l'équipe de Stephen Cusack, leur a permis d'identifier une conformation auto-réprimée de la protéine. En l'absence d'ARN le domaine CARD2 interagit avec le sous domaine Hel2i du domaine hélicase. Nous avons apporté une preuve fonctionelle de cette observation. Les mutations F540 A/D, du résidu situé dans le sous domaine Hel2i, inhibent l'interaction CARD2-Hel2i et produisent des mutant constituvement actifs. A l'opposé, les mutations correspondantes dans le domaine CARD2 rendent RIG-I inactif. L'interaction CARD2-Hel2i semble donc impliquer une double auto-répression via (i) le masquage du site de liaison à l'ARN du sous-domaine Hel2i, et (ii) le masquage de résidus du domaine CARD2 impliqués dans le recrutement d'intermédiaires requis pour la transduction du signal. Par ailleurs, l'étude de mutants impliqués dans la liaison et l'hydrolyse de l'ATP nous a permis de proposer un nouveau rôle régulateur pour cette activité enzymatique. Dans un deuxième temsp, l'étude de la nécessité de l'oligomérisation de RIG-I pour l'activation de la réponse IFN a été menée. Eva Kowalinski, en thèse dans l'équipe de Stephen Cusack, n'observe la formation de dimères de RIG-I, in vitro, qu'en présence d'un ARN synthétique possédant deux extrémités 5'-triphosphate. Nous avons complété cette observation avec des analyse montrant que des ARN synthéttiques leader incapables d'induire la dimérisation de RIG-I in viro, activent néanmoins ce récepteur in cellula. Par ailleurs, nim'utilisation de la technique de co-immunoprécipitation, ni celle du test de complémentation basé sur la luciférase Gaussia, avec ou sans activiation par un ARN ou une infection virale, n'ont permis d'observer d'oligomérisation de RIG-I. L'auto-association de RIG-I ne semble donc pas être indispensable pour son activation. / Vertebrate are permanently threatened by infections that they manage to counteract using a dedicated system. The innate immunity allows a rapid response against viral infection, mainly through the type I interferon (IFN) production. Dedicated receptors detect microbe-associated molecular patterns (MAMPs), and among them the RIG-likereceptors (RLRs), RIG-I, MDA5 and LGP2, can sense viral RNA into the cytoplasm. RLRs are compossed of two or three different domains : two N-terminal CARDs domains are resposible for signal transduction, a C-terminal domains is the first RNA binding site, and a central helicase domainis the second RNA binding site and possesses an ATP-dependent activity. RIG-I is important for sensing of several mononegavirales, such as rabies, measle and Ebola viruses, and recongnized 5'-triphosphorylated double stranded RNA. Despite intensive studies, a full and comprehensive model of the mechanismof RIG-I activation is still lacking. Our aim was to clarify the first molecular steps of RIG-I activation. First, Stephen Cusack's team elucidated the structure of the full lenght duck RIG-I protein and identified the principle of RIG-I auto-repressed conformation. In absence of ligand RNA, CARD2 domain interacts with Hel2i subdomain of helicase domain. We confirmed this conformation with functional evidence. Mutaions F540A/D, in Hel2i subdomain, inhibits CARD2:Hel2i interaction and renders RIG-I constitutively active. In contrast, the corresponding mutations in the Hel2i contacting site of CARD2 domain produce inactive mutants. Thus CARDS;Hel2i interactio induces an auto-repressed state through a deual masking of both Hel2i RNA binding site and CARD2 residus necessary for signal transduction. Moreover, study of mutants involved in ATP binding and hydrolysis reealed a portential unsuspected regulatory role for the ATP-dependent enzymatic activity of RIG-I. Second, we studied the necessity of RIG-I oligomerization for RIG-I activation. Eva Kowalinski, PhD student in Stephen Cusack's team, observed RIG-I dimers in vitro, only in presence of synthetic RNA with two 5'triphosphorylated ends. We complete this observation with functional assays showing that synthetic leader RNA incapable to induce RIG-I oligomerization in vitro, did activate RIG-I in cellula. Moreover, we did not observe RIG-I oligomerization using either co-immunoprecipitation or Gaussia Luciferase-based-protein complementation assay, after activation with cognate RNA or viral infection. Altogether our results indicate that the self-oligomerization og RIG-I is either dispensable or very transient for signal transduction.

Les mycotoxines sont des métabolites secondaires des moisissures qui peuvent naturellement contaminer de nombreuses denrées alimentaires, notamment les céréales. Dans les travaux de thèse, nous nous sommes intéressés à deux mycotoxines majeures produites par des champignons du genre Fusarium, le Déoxynivalénol (DON) et la Fumonisine (FB). Les objectifs de la thèse ont été de déterminer les effets individuels et combinés d’une contamination en DON et FB chez le porc, une espèce cible et sensible aux mycotoxines. Les effets sur les fonctions immunitaires lors d’un challenge antigénique ainsi que sur les fonctions intestinales ont été évalués. Par ailleurs, dans le cadre d’un partenariat avec un industriel, nous avons évalué in vivo les effets de méthodes de détoxification par biotransformation et ciblant spécifiquement ces deux toxines. Chez le porc, l’ingestion d’aliments contaminés avec de faibles doses de mycotoxines (DON, 3 mg/kg ; FB, 6 mg/kg) a provoqué des lésions tissulaires (foie, reins et poumons) et a fortement altéré la mise en place d’une réponse immunitaire spécifique de l’antigène (expression des cytokines, prolifération des lymphocytes et anticorps spécifiques). Les animaux ont été significativement plus affectés après la consommation du régime co-contaminé, et l’interaction a pu être considérée comme additive. De plus, les paramètres intestinaux examinés ont révélé des changements dans la morphologie, dans le profil de sécrétion des cytokines et dans l’adhésion cellulaire. L’interaction des deux toxines a pu ici être caractérisée comme moins qu’additive. Les approches de détoxification biologique proposées par l’industriel étaient basées sur la transformation par voie enzymatique du DON et des FB, à partir d’un microorganisme entier et d’une enzyme respectivement. La stratégie d’élimination des FB a suscité un intérêt plus important étant donné que cette méthode est non commercialisée et en cours de développement. Ainsi, la toxicité du produit d’hydrolyse de la FB1 (mycotoxine principale de la famille des FB) obtenu initialement par traitement enzymatique, a été comparée in vivo à celle de la molécule mère la FB1. Les résultats ont montré que l’hydrolyse de la FB1 réduisait fortement la toxicité hépatique et intestinale chez les porcelets. L’expérimentation animale avec le DON et la FB, seuls ou en combinaison a ensuite été reproduite afin de déterminer l’efficacité d’hydrolyse de ce procédé chez le porc après incorporation de l’enzyme dans les aliments contaminés. Dans ces aliments, le microorganisme entier ciblant le DON avait également été inclus. La nette diminution du marqueur d’exposition des FB et la neutralisation partielle ou totale des effets ont suggéré que le procédé avait fortement réduit la biodisponibilité des FB dans le tractus gastro-intestinal. Cette observation a aussi été en partie confirmée pour l’approche de dégradation du DON. La biotransformation par voie enzymatique des mycotoxines représente ainsi une stratégie biotechnologique prometteuse dans la lutte contre ces contaminants. / Mycotoxins are secondary metabolites of fungi that are natural contaminants of several commodities, in particular cereals. In the present work, we focused on two major mycotoxins produced by the Fusarium genus, Deoxynivalenol (DON) and Fumonisin (FB). The main objectives of the thesis were to determine the toxic effects of individual and combined DON and FB contamination in pig, a target species highly sensitive to mycotoxins. The effects on the immune functions following an antigenic challenge and also on the intestinal functions were evaluated. Besides, within the framework of an industrial partnership, we evaluated in vivo the effects of detoxifying methods by biotransformation and targeting specifically these two toxins. In pigs, ingestion of contaminated feeds with low doses of mycotoxins (DON, 3 mg/kg ; FB, 6 mg/kg) triggered tissular lesions (liver, kidneys and lungs) and strongly impaired the establishment of the antigenic immune response (cytokines expression, lymphocytes proliferation and specific antibodies). Animals consuming the cocontaminated diet were more affected and the interaction could be considered as additive. In addition, changes in morphology, in profile of cytokines secretion and in cell adhesion were observed at intestinal level. The interaction here could be characterized as less than additive. The biological detoxification approaches proposed by the industrial were based on the transformation by enzymatic way of DON and FB, from intact microorganism and enzyme respectively. We paid a particular attention to the strategy of FB removal as this method is not marketed and still in development. Therefore, the toxicity of the hydrolysis product of FB1 (major mycotoxin in the FB group) initially obtained by enzymatic way, was compared in vivo to the toxicity of the parent compound FB1. Results showed that the hydrolysis of FB1 strongly reduced the toxicity in piglets at intestinal and hepatic levels. The animal experiment with DON and FB, alone or in combination was then repeated in order to determine in pigs the hydrolysis efficiency of this process when enzyme was incorporated in contaminated feeds. In these feeds, the intact microorganism toward DON was also included. The marked decrease of the biomarker of exposure to FB and the partial or total counteraction of the effects suggested that the process had greatly reduced the FB bioavailability in the gastrointestinal tract. This observation was also in part confirmed for the method degrading DON. The biotransformation method of mycotoxins by enzymatic way represents therefore a promising biotechnological strategy in the control of these contaminants.

Streptococcus suis, l'une des principales bactéries pathogènes présentes chez les porcelets sevrés, est responsable d’importantes pertes économiques dans l'industrie porcine. Aujourd'hui, les vaccins autogènes composés de bactéries tuées (bactérines) sont principalement utilisés mais les études ayant mesuré leur effet chez les porcs sont rares et controversées. Cette étude a évalué la réponse immunitaire induite par ces vaccins sur le terrain en comparant la vaccination des truies (immunité passive transférée aux porcelets) et des porcelets (immunité active). L’étude utilisait une ferme ayant des problèmes récurrents à S. suis et était divisée en deux parties : I) Les porcelets de truies non vaccinées ont reçu 2 doses d'une bactérine autogène. II) Les truies ont reçu 2 doses du même vaccin durant la gestation. Les réponses en anticorps ont été analysées par ELISA et leur effet protecteur par un test d'opsonophagocytose (OPA). La vaccination des porcelets n'a pas induit de réponse immunitaire active même après deux doses. Dans la deuxième partie, des taux élevés d'anticorps (principalement d'origine maternelle) avec une importante activité OPA ont été observés chez les porcelets âgés d’environ 1 semaine, indépendamment de la vaccination des truies. Ils diminuaient à 3 semaines d’âge, période la plus à risque. Malgré une légère augmentation des anticorps chez les truies vaccinées, le transfert d'immunité maternelle aux porcelets restait identique. Globalement, un programme de vaccination actif ou passif de porcelet avec la bactérine autogène utilisée ici n'a pas induit de protection durable chez les porcelets post-sevrés. Une amélioration de la formulation du vaccin est requise. / Streptococcus suis, one of the most important bacterial pathogen in weaned piglets, is responsible for serious economic losses in the swine industry. Today, mostly autogenous vaccines composed of killed bacteria (bacterins) are used but studies that assessed their protective effect on pigs are missing and their ability to protect is controversial. This comparative field study evaluated the immunological response induced by these vaccines comparing vaccination of sows (passive immunity transferred to piglets) or piglets (active immunity). Using a sow herd with recurrent S. suis problems, the study was divided in two parts: I) Piglets from non-vaccinated sows received 2 doses of an autogenous bacterin. II) Sows received 2 doses of the same vaccine during gestation. Antibody responses were analyzed by ELISA and their protective effect was evaluated by an opsonophagocytosis assay (OPA). Piglet vaccination failed to induce an active immune response even after two vaccine doses. In the 2nd part of the study, high levels of antibodies (mainly maternal-derived) with marked OPA activity were observed in piglets at 1 week old approximately, independently of sow vaccination. These antibodies decreased at 3 weeks of age, in the post-weaning high-risk period. In spite of a slight increase of antibodies in vaccinated sows, maternal immunity transfer to piglets did not increase. Overall, an active or passive piglet vaccination program with the autogenous bacterin used herein failed to induce lasting protection in post-weaned piglets. An improvement of vaccine formulation may be required.

La vaccination est considérée aujourd’hui comme une des méthodes les plus efficaces de se prémunir des maladies infectieuses. Cependant notre incapacité à produire un vaccin protégeant contre certaines maladies comme le SIDA ou l’hépatite C trahissent notre manque de compréhension des processus immuns. Cette thèse s’appuie sur une modèle primate non-humain associé à un vaccin vivant attenué dérivé du virus de la vaccine, le MVA (Modified Vaccinia virus Ankara) pour y décortiquer en détails la réponse immunitaire innée, mais aussi adaptative. Le MVA induit une importante réaction inflammatoire au niveau du site d’injection et dans le compartiment systémique par voie intramusculaire, sous-cutanée, et intradermique. Pourtant, l’amplitude de cette réaction immunitaire ainsi que les effecteurs cellulaires et moléculaires engagés varie selon la voie d’administration. Les conséquences en sont importantes, puisque cela est à l’origine d’une réponse adaptative plus orientée Th2 après voie sous cutanées, et plutôt Th1 après voies intramusculaires et intradermiques. Ainsi, nous mettons en évidence certaines signatures cellulaires et moléculaires susceptible d’orienter la réponse immunitaire dans notre modèle. / Vaccination is considered as one of the best therapeutic intervention to fight against infectious diseases. However, we still fail to develop protective vaccines for diseases such as AIDS or B hepatitis, which highlights our lack of knowledge of immune processes.For this thesis, we relied on a non-human primate model associated wih a vaccinia virus living attenuated vaccine derived called MVA (Modified Vaccinia virus Ankara). We deciphered innate, but also adaptive immune response using this model. MVA induces an important inflammatory reaction at the injection site and in the blood after intramuscular, subcutaneous, and intradermal administration. However, the magnitude of this immune reaction, as well as cellular and molecular effectorsin varies depending on the administration route. The consequences are important and lead to different adaptive immune profiles, with Th2 oriented response after subcutaneous route, and Th1 oriented response after intramuscular and intradermal route. It allowed us to highlight several cellular and molecular signatures that might modulate immune response in our model.

La tuberculose (TB), maladie pulmonaire causée par le Mycobacterium tuberculosis (Mtb), reste la première cause de mortalité par un agent infectieux. La TB est responsable de près de 1,7 million de morts et de 10,4 millions de nouveaux cas par an dans le monde. L’émergence et la propagation de souches bactériennes multi-résistantes aux antibiotiques (MDR) représentent une menace majeure grandissante et reflètent l’efficacité partielle des thérapies actuelles. Le traitement des patients atteints de TB-MDR est constitué actuellement de combinaisons d’antibiotiques, souvent toxiques, administrés pendant une longue durée, avec une efficacité limitée. Il existe donc un besoin urgent de développer de nouveaux traitements antituberculeux. L’immunothérapie, dont l’objectif est d’améliorer la réponse immunitaire de l’hôte contre le Mtb, représente une approche complémentaire intéressante dans le but de diminuer la durée et d’augmenter l’efficacité des traitements actuels de la TB-MDR. Le premier objectif de cette thèse a été de caractériser un nouveau vaccin thérapeutique, basé sur le virus de la vaccine modifié d’Ankara (Modified Vaccinia virus Ankara, MVA), le MVATG18598, qui exprime dix antigènes représentatifs des trois phases de l’infection par Mtb. En utilisant différentes lignées de souris, nous avons montré que la vaccination par MVATG18598 entraîne l'induction de réponses spécifiques cellulaires et humorales. Les cellules T produisent plusieurs cytokines de type Th1 et présentent une activité cytolytique. Dans des modèles murins d’efficacité, le MVATG18598, associé à un traitement antibiotique, réduit significativement la charge bactérienne dans les animaux infectés ainsi que le taux de rechute de la maladie après l’arrêt du traitement. Le deuxième objectif de cette thèse a été d'analyser l'impact des antituberculeux sur l'immunogénicité du vaccin MVATG18598. Nous avons montré que les antibiotiques de première ligne, et principalement l’isoniazide, diminuent la réponse immunitaire Th1 induite par le MVATG18598. De plus, nous avons démontré que la réponse humorale induite par le candidat vaccin est modifiée et s’oriente vers une augmentation du rapport IgG1/IgG2a en présence d’antibiotiques. En conclusion, nous montrons qu'un vaccin immunothérapeutique, tel que le MVATG18598, a la capacité de contribuer au contrôle de la tuberculose en augmentant l'efficacité des traitements antituberculeux. De plus, nos résultats indiquent que les antibiotiques modulent la réponse immunitaire induite par le vaccin, données devant être prises en compte lors du développement des futures stratégies immunothérapeutiques / Tuberculosis (TB), a lung disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb), remains the leading cause of death worldwide from an infectious disease. TB is responsible for an estimated 1,7 million of deaths and 10,4 million new cases annually. The emergence and spreading of multidrug resistance (MDR) Mtb strains represent a major global threat and reflect limitation of current treatments. Patients with MDR-TB are currently treated with multiple drug regimens, often toxic, given for long durations, with a limited efficacy. Therefore, developing novel TB therapies is urgently needed. Immunotherapy aiming at triggering specific immune response against Mtb represents an attractive approach to shorten the duration and increase the efficacy of current MDR-TB treatment. The first aim of this PhD project was to characterize a novel therapeutic vaccine, based on the Modified Vaccinia virus Ankara (MVA), MVATG18598, expressing ten antigens representative of the three phases of Mtb infection. Using different strains of mouse, we showed that MVATG18598 vaccination is able to trigger Mtb antigens-specific humoral and cellular responses. Both CD4 and CD8 T cells display the capacity to produce multiple Th1-cytokines together with cytolytic activity. In post-exposure mouse models, MVATG18598 combined with an antibiotic regimen decreases significantly the bacterial burden in lungs of infected mice as well as the disease relapse rate after treatment completion. The second aim of this project was to analyze the impact of TB antibiotics on the immunogenicity of the MVATG18598 vaccine. We showed that first-line antibiotic regimen, mostly isoniazid, decreases antigen-specific Th1 immune response triggered by MVATG18598 vaccination in mice. Moreover, we demonstrated that Mtb-specific antibody response induced by the vaccine candidate is modified and shifted towards an increase of IgG1/IgG2a ratio in presence of drugs. Altogether, these results illustrate that immunotherapeutic vaccine such as MVATG18598 has the capacity to contribute to the control of TB by improving efficiency of anti-TB drugs treatment. In addition, our results indicate that antibiotics are able to modulate vaccine-induced immune response, a feature to consider for the future development of immunotherapies

La sensibilité des primates aux pathogènes et aux maladies inflammatoires chroniques varie considérablement. Par exemple, les singes (tels que les humains et les chimpanzés) sont très sensibles à de très petites doses de lipopolysaccharide (LPS), une molécule mimétique d'agent pathogène, qui cause de graves lésions tissulaires en raison de l'immunopathologie tandis que les singes africains et asiatiques clades soeurs AAM (tels que les macaques et les babouins) sont beaucoup plus tolérants à des doses beaucoup plus élevées de LPS. Cet écart entre l'homme et les autres primates est connu pour être, au moins partiellement, dû à la différence interspécifique de la réponse immunitaire. Dans cette thèse, j'ai effectué une analyse comparative de la réponse immunitaire à travers différentes lignées de primates pour obtenir des informations supplémentaires sur l'évolution de la réponse immunitaire. J'ai trouvé que les singes provoquent une réponse immunitaire beaucoup plus forte aux stimulants (bactériens ou viraux) par rapport aux AMM. Une telle réponse plus élevée s'est également avérée corrélée avec la phylogénie du primate, la plus élevée chez le primate supérieur (humain) et la plus faible chez le primate basal (lémurien). Une réponse aussi élevée peut être bénéfique pour la médiation d'une destruction efficace des agents pathogènes, mais elle est probablement accompagnée de lésions tissulaires plus élevées, ce qui pourrait expliquer pourquoi les humains sont plus sensibles aux maladies immunopathologiques telles que la septicémie. J'ai également caractérisé le paysage réglementaire de la réponse immunitaire chez ces primates. J'ai trouvé que l'activité des éléments régulateurs était significativement différente entre les différentes espèces de primates après une stimulation immunitaire mettant en évidence le rôle de l'épigénétique dans la conduite du changement de la réponse immunitaire chez les primates. De plus, j'ai trouvé une signature d'évolution adaptative sur les régions actives associées aux gènes qui ont la réponse la plus élevée chez l'homme par rapport aux AMM révélant le rôle de la sélection naturelle sur le façonnement de la réponse immunitaire chez les primates. / Primates vary remarkably in their disease susceptibility to pathogens and chronic inflammatory diseases. For instance, apes (such as humans and chimps) are highly sensitive to very small doses of lipopolysaccharide (LPS), a pathogen mimicry molecule, that causes severe tissue damage due to immunopathology while sister clade African and Asian monkeys AAMs (such as macaque and baboon) are far more tolerant to much higher doses of LPS. This discrepancy between humans and other primates is known to be, at least partially, due to interspecies differences of the immune response. In this dissertation, I performed comparative analyses of immune responses across different primate lineages to gain further insights on the evolution of immune response. I found that apes elicit a much stronger immune response to stimulants (bacterial or viral) relative to AMMs. Such a higher response was also found to be correlated with the primate phylogeny, highest in the higher primate (human) and lowest in the basal primate (lemur). Moreover, this high response may be beneficial in mediating effective pathogen killing but it is likely accompanied by higher tissue damage, which might explain why humans are more susceptible to immunopathological diseases such as sepsis. I also characterized the regulatory landscape of immune response across these primates. I found the regulatory elements activity to be significantly different between different primate species after immune stimulation highlighting the role of epigenetics in driving the immune response change across primates. In addition, I found a signature of adaptive evolution on active regions associated with genes that have the highest response in humans versus AMMs revealing the role of natural selection in shaping the immune response in primates.

Introduction. Après 40 ans de recherche, l’éradication de la pandémie mondiale à VIH n’est pas encore à notre portée. Si le Canada a connu une raréfaction des cas de transmissions verticales, en 2019 on compte plus de 1,8 million d’enfants infectés par le VIH. Durant l’infection à VIH, la thérapie antirétrovirale (TAR) et les réponses immunitaires à médiation cellulaire, y compris celles véhiculées par les lymphocytes T cytotoxiques CD8+ (CTL), jouent aussi un rôle important dans la limitation de la réplication virale. L’atteinte et le maintien d’une suppression virale soutenue (SVS) sous l’effet de la TAR sont associés à une limitation de taille du réservoir cellulaire du VIH pédiatrique. Si l’on possède beaucoup d’informations sur le développement et l’évolution des réponses immunitaires à médiation cellulaire dirigées contre le VIH chez l’adulte, ce n’est pas le cas au niveau pédiatrique. Cette thèse avait pour but de caractériser la complexité phénotypique et fonctionnelle de la réponse antivirale des cellules CD8+ chez les enfants et les adolescents infectés par le VIH-1. Objectifs : Caractériser les réponses anti-VIH-1 à médiation cellulaire chez les enfants et les adolescents infectés. Mesurer la réponse immunitaire dirigée spécifiquement contre la protéine Gag du VIH-1. Nous avons aussi étudié l’expression des marqueurs d’épuisement des cellules T chez l’enfant et l’adolescent infectés verticalement, ainsi que le transcriptome des cellules T CD8+ effectrices mémoires. Résultats : Les enfants et les adolescents sont capables de développer des réponses à médiation cellulaire dirigées spécifiquement contre le VIH-1, et cela malgré une longue période sous TAR. Les réponses observées sont influencées par l’âge et la proportion de vie cumulative sous SVS (cPLUS). Les réponses IFN- spécifiques au VIH sont augmentées avec l'âge en termes d'amplitude et de spectre de reconnaissance antigénique et sont diminuée avec une cPLUS plus faible, ce qui pourrait refléter une exposition moindre aux antigènes du VIH. Les mécanismes de l'expansion quantitative des réponses des lymphocytes T sont différents de ceux qui conduisent à l'élargissement du spectre de reconnaissance des antigènes viraux par les lymphocytes T de l’hôte. L’âge et la cPLUS exerçaient une influence sur l’expression des récepteurs inhibiteurs, ce qui pourrait contribuer à la difficulté d’atteindre et de maintenir une SVS ainsi que la progression plus rapide de l’infection chez les enfants vivant avec le VIH. Comparativement aux lymphocytes T CD4+, des fréquences plus élevées de lymphocytes T CD8+ exprimaient des récepteurs inhibiteurs et exprimaient un plus grand nombre de récepteurs différents. Cette tendance était influencée par l'âge. Cela indique que les lymphocytes T CD8+ sont plus épuisés que les lymphocytes T CD4+, ce qui pourrait contribuer à la persistance du VIH de l'enfance à l'âge adulte sous TAR. Cependant, les corrélations des fréquences de cellules exprimant des récepteurs inhibiteurs avec l'ampleur des réponses immunitaires à médiation cellulaire spécifiques au VIH suggèrent fortement que ces cellules n'étaient pas fonctionnellement épuisées. L’âge et la cPLUS exerçaient une influence déterminante sur l’expression de certains gènes. L’exploitation de technologies récentes pour l’étude du transcriptome des cellules T CD8+ mémoires au niveau unicellulaire nous ont permis d’obtenir une grande quantité de données à partir qu’un faible échantillon de cellules. Les participants avec une longue cPLUS avaient une fréquence plus grande de cellules exprimant CD69 et exprimant des gènes stimulés par l'interféron (ISG). Cependant, chez ces patients, on observait également une expression moindre des gènes associés à l’épuisement. Conclusion. Nous avons apporté des réponses quant aux mécanismes de la réponse immunitaire pédiatrique, mais aussi d’identifier les facteurs qui peuvent l’influencer. Cependant, l’écriture de la thèse a révélé une carence importante dans la compréhension des mécanismes de l’immunité au niveau pédiatrique au niveau de la littérature. Pour dépasser les limites des études pédiatriques, il existe un besoin constant de mettre en place des techniques de suivi immunitaire réalisables sur de petits échantillons biologiques. / Introduction. After 40 years of research, the eradication of the global HIV pandemic is not yet within our reach. While Canada has experienced a decline in cases of vertical transmission, in 2019 there were more than 1.8 million children infected with HIV. During HIV infection, antiretroviral therapy (ART) and cell-mediated immune responses, including those mediated by CD8+ cytotoxic T lymphocytes (CTL), also play an important role in limiting viral replication. The achievement and maintenance of sustained viral suppression (SVS) under the effect of ART are associated with a limitation in the size of the cellular reservoir of HIV at the pediatric level. While there is a lot of information on the development and evolution of cell-mediated immune responses against HIV, this is not the case at the pediatric level. This thesis aimed to characterize the phenotypic and functional complexity of the antiviral response of CD8+ cells in children and adolescents infected with HIV-1. Objectives: To characterize cell-mediated anti-HIV-1 responses in infected children and adolescents. To measure the immune response directed specifically against the Gag protein of HIV-1. To study the expression of T cell exhaustion markers in vertically infected children and adolescents, as well as the transcriptome of effector memory CD8+ T cells. Results: Children and adolescents are able to develop cell-mediated responses specifically directed against HIV, despite SVS under ART. The immune responses observed are influenced by age and the proportion of cumulative life on SVS (cPLUS). HIV-specific IFN- responses are increased with age in terms of amplitude and antigen recognition spectrum and are decreased with lower cPLUS, which may reflect shorter exposure to HIV antigens. Two distinct mechanisms of T cell responses were observed. On one hand quantitative expansion of T cell responses and on the other hand the broadening of the T cells spectrum of viral antigens recognition. Age and cPLUS exerted an influence on the expression of inhibitory receptors, which could contribute to the difficulty of achieving and maintaining SVS as well as the more rapid progression of infection in children living with HIV. Compared to CD4+ T cells, higher frequencies of CD8+ T cells expressed inhibitory receptors and expressed more different type of receptors. This trend was influenced by age. This indicates that CD8+ T cells are more depleted than CD4+ T cells, which may contribute to the persistence of HIV from childhood to adulthood on ART. However, correlations of frequencies of cells expressing inhibitory receptors with the magnitude of HIV-specific cell-mediated immune responses strongly suggest that these cells were not functionally exhausted but rather recently activated. Age and cPLUS exerted a determining influence on the expression of certain genes. The exploitation of recent technologies for the study of the transcriptome of memory CD8+ T cells at the single-cell level has enabled us to obtain a large amount of data from only a small biological sample. Participants with long cPLUS had a higher frequency of cells expressing CD69 and ISGs. However, in these patients, there was also a lower expression of genes associated with exhaustion. Conclusion. We have provided answers as to the mechanisms of the pediatric immune response but also identify the factors that can influence it. However, the writing of the thesis revealed an important deficiency in the understanding of the immunity mechanisms at the pediatric level in current literature. To overcome limits in pediatric studies, there is a constant need to set up immune monitoring techniques that can be performed on small biological samples Keywords: HIV, perinatal infection, inhibitory receptors, immune response, sustained viral suppression.

Streptococcus suis est un pathogène porcin et un agent de zoonose en émergence causant des maladies invasives graves. Lorsque la bactérie envahit l’hôte et se retrouve dans le sang, des neutrophiles se mobilisent rapidement pour tenter d’éliminer la menace grâce à de nombreux mécanismes anti-microbiens. Ces cellules sont régulées par le granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) produit lors de l’infection. Il pourrait être un acteur clé du contrôle de l’infection par S. suis mais rien n’est connu sur la production et le rôle du G-CSF dans les infections à S. suis. De plus, le recrutement et l’activation des neutrophiles demeurent peu documentés. L’hypothèse de ce projet est que S. suis induit la production du G-CSF par les cellules de l’immunité innée suite à l’infection, et que le facteur module le recrutement et l’activation des neutrophiles. Cependant, S. suis limite l’activation des cellules immunitaires et se soustrait à l’élimination par les neutrophiles grâce à ses facteurs de virulence. Le 1er objectif consistait à caractériser le recrutement et l’activation des neutrophiles en réponse à S. suis dans un modèle d’infection murin (souris C57BL/6). Nous avons démontré que S. suis cause une mobilisation rapide des neutrophiles de la moelle osseuse vers le sang et la rate. Dans le sang, les neutrophiles présentent un phénotype activé. En parallèle, l’infection cause une élévation spectaculaire du G-CSF systémique, selon un patron similaire à celui des neutrophiles, suggérant un rôle du facteur dans la mobilisation de ces cellules. Le 2e objectif visait à comprendre les mécanismes moléculaires de production de G-CSF. Nous avons donc quantifié le G-CSF produit par différentes cellules immunitaires primaires de souris et démontré que les cellules dendritiques et les macrophages produisent du G-CSF en réponse à S. suis. Les cellules reconnaissent la bactérie par l’intermédiaire de leur Toll-like receptor (TLR) 2 et de récepteurs intracellulaires, ce qui engage des voies de signalisation clés pour la production de médiateurs pro-inflammatoires. Le 3e objectif consistait à élucider le rôle du G-CSF dans le recrutement et l’activation des neutrophiles lors de l’infection par S. suis, et les conséquences sur la pathogenèse. Dans unmodèle d’infection murin, nous avons démontré que le G-CSF cause la sortie des neutrophiles de la moelle osseuse vers le sang, sans que cela augmente l’élimination de la bactérie et la réponse inflammatoire. In vitro, S. suis active peu les neutrophiles porcins, et le G-CSF ne permet pas d’augmenter leurs fonctions. Le 4e objectif avait pour but de déterminer si certains facteurs bactériens de S. suis modulent la production de G-CSF et l’activation des neutrophiles. En utilisant des mutants et des composants bactériens purifiés, nous avons démontré que pour produire le G-CSF, les cellules dendritiques et les macrophages murins reconnaissent les lipoprotéines de S. suis. Cependant, celles-ci sont partiellement masquées par la capsule qui entoure la bactérie, limitant la production de la cytokine. De la même manière, la capsule gêne l’activation optimale des neutrophiles porcins ce qui empêche leur effet bactéricide. Une meilleure compréhension de la pathogenèse des infections à S. suis pourrait orienter de nouvelles stratégies thérapeutiques en lien avec les neutrophiles pour lutter contre la bactérie. Par exemple, le G-CSF couplé à des d’autres immunomodulateurs pourra être envisagé comme traitement métaphylactique dans les élevages porcins pour prévenir d’éventuelles éclosions. / Streptococcus suis is a porcine pathogen and an emerging zoonotic agent causing severe invasive diseases. When the bacterium invades the host and enters the bloodstream, neutrophils quickly mobilize to try to eliminate the threat through various antimicrobial mechanisms. These cells are regulated by granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), which is produced during the infection. It could be a key player in controlling S. suis infection, but nothing is known about the production and role of G-CSF in S. suis infections. Furthermore, neutrophil recruitment and activation remain poorly documented. The hypothesis of this project is that S. suis induces G-CSF production by innate immune cells following infection, and the factor modulates the recruitment and activation of neutrophils. Nevertheless, S. suis prevents immune cells activation and evades elimination by neutrophils due to its virulence factors. The first objective was to characterize the recruitment and activation of neutrophils in response to S. suis in a murine infection model (C57BL/6). We demonstrated that S. suis infection causes a rapid release of neutrophils from the bone marrow to the blood and spleen. In the blood, neutrophils exhibit an activated phenotype. Simultaneously, the infection causes a dramatic increase in systemic G-CSF, following a pattern similar to that of neutrophils, suggesting a role for the factor in the mobilization of these cells. The second objective aimed to understand the molecular mechanisms of G-CSF production. We quantified G-CSF produced by different primary mouse immune cells and showed that dendritic cells and macrophages produce G-CSF in response to S. suis. Cells recognize the bacterium through their Toll-like receptor (TLR) 2 and intracellular receptors, engaging key signaling pathways for pro-inflammatory mediator production. The third objective was to elucidate the role of G-CSF in the recruitment and activation of neutrophils during S. suis infection, and its consequences for pathogenesis. In a murine model, we demonstrated that G-CSF causes the release of neutrophils from the bone marrow into the blood, without increasing bacterial clearance and inflammatory response. In vitro, S. suis weakly activates porcine neutrophils, and G-CSF does not enhance the cellular functions. The fourth objective aimed to determine if certain bacterial factors of S. suis modulate G-CSF production and neutrophil activation. Using mutants and purified bacterial components, we demonstrated that dendritic cells and murine macrophages recognize S. suis lipoproteins to produce G-CSF. However, these lipoproteins are partially masked by the bacterium's capsule, limiting cytokine production. Similarly, the capsule hinders optimal activation of porcine neutrophils, preventing their bactericidal effect. A better understanding of the pathogenesis of S. suis infections could guide new therapeutic strategies related to neutrophils to combat the bacterium. For example, G-CSF combined with other immunomodulators could be considered as a metaphylactic treatment in pig farming to prevent potential outbreaks.