Thesis (M.Sc.). / Written for the Dept. of Epidemiology & Biostatistics. Title from title page of PDF (viewed 2008/12/07). Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--University of Florida, 2004. / Typescript. Title from title page of source document. Document formatted into pages; contains 42 pages. Includes Vita. Includes bibliographical references.

L'autisme et la déficience mentale (DM) sont des pathologies neurodéveloppementales fréquentes qui partagent des facteurs génétiques communs. Afin de mieux comprendre leur étiologie, nous avons étudié les mécanismes moléculaires de la neurofibromatose de type 1 (NF1), qui est souvent associée à l'autisme et à la DM. La neurofibromine, dont le gène est muté dans la NF1 interagit avec LIMK2. Cette protéine fait partie de la voie des Rho-GTPases dont des mutations de plusieurs membres ont été trouvés mutés dans des cas d'autisme et de DM. Chez le rat, nous avons montré que l’expression de Limk2d, une isoforme sans domaine kinase, augmente la croissance des neurites des cellules neuronales NSC-34. Chez l'homme, LIMK2-1 est la seule isoforme qui comporte un domaine inhibiteur de la phosphatase 1 (PP1i). Nous avons montré que l’expression de cette protéine diminue la longueur des neurites des cellules NSC-34 in vitro. Nous avons observé l'association de la variation située dans le domaine PP1i à la DM (p.S668P, rs151191437) (p=0,04, test de Fisher, OR = 3,29). Elle abolit l’effet inhibiteur de croissance des neurites de l'isoforme LIMK2-1 diminue l'interaction de LIMK2-1 avec la neurofibromine. La fréquence de l'autisme est plus élevée chez les patients atteints ayant des délétions de 14 gènes du locus NF1. Nous avons observé une association entre la variation R115K (rs111902263) du gène RNF135 de ce locus et l'autisme (p=0,00014, test de Fisher) ainsi qu’une anomalie du nombre de copies située dans l'intron 2 de ce gène chez un d’entre eux. Ce travail souligne la spécificité de deux isoformes de LIMK2 sur la croissance des neurites. Il renforce l’intérêt d’étudier l’implication du gène RNF135 dans l’autisme. Des études fonctionnelles seront entreprises afin de confirmer le rôle de LIMK2 et de RNF135 dans l'étiologie de l'autisme et de la DM. / Autism and mental deficiency (MD) are two neurodevelopemental diseases which share genetic factors in common. To better understand their etiologies, we studied the molecular mechanisms of neurofibromatosis type 1, a pathology frequently associated with autism and MD. Neurofibromatosis type 1 is due to deletions or mutations of the NF1 gene which encodes neurofibromin. This protein interacts with several proteins such as LIMK2. This protein belongs to the Rho-GTPases pathway in wich mutations of numerous members have been associated with autism and MD. In our study, we showed that LIMK2 isoforms do not only have important structural differencies but have also functional specificities. Limk2d, which lacks the kinase domain, promotes neurite outgrowth of NSC-34 cells. On the contrary, LIMK2-1, which is primate specific and has a C-terminal PP1i domain, inhibits neurite outgrowth. Analysis of the LIMK2-1 coding sequence, revealed the association between MD and a variation located in the PP1i domain, S668P (rs151191437) (p=0.04, Fisher test, OR = 3.29). This variation abrogated the LIMK2-1 effect on neurite outgrowth and inhibited LIMK2-1 interaction with neurofibromin. Deletions occuring in neurofibromatosis type 1 which include the NF1 gene and 13 others are associated with a higher frequency of autism. Mutations of one of them, RNF135, have been identified in patients with MD and overgrowth syndrome. Two of these patients also presented autistic features. By analysing RNF135 gene in autistic patients, we showed the association of the variation R115K (rs111902263) with autism. We also identified a duplication of a region located in RNF135 gene intron 2 in one patient presenting autism and MD. Our results highlight the importance and specificity of LIMK2 isoforms on neurite outgrowth and strengthen the importance to analyze both the sequence and copy-number of RNF135 gene. Further functional experiments will be undertaken to confirm the implication of LIMK2 and RNF135 in autism and MD etiology.

LIMK1 et LIMK2 sont des sérines/thréonine kinases capables de phosphoryler et d’inactiver la cofiline, un facteur de dépolymérisation de l’actine. Elles sont régulées négativement par la neurofibromine, responsable de la neurofibromatose de type 1, et pourraient être impliquées à la fois dans les aspects tumoraux et cognitifs de cette maladie par leur rôle dans la dynamique de l’actine. Nous avons étudié l’isoforme LIMK2‐1 de LIMK2, spécifique des hominidés et précédemment associée à la déficience intellectuelle. Cette isoforme possède un domaine kinase tronqué et un domaine inhibiteur de la phosphatase 1 (PP1i) en C‐terminal. Nos résultats montrent, d’une part, que LIMK2‐1 existe sous forme de protéine et qu’elle est exprimée dans le système nerveux central chez l’homme, en particulier au cours du neurodéveloppement. D’autre part, il apparaît que cette isoforme favorise la polymérisation de l’actine. Cette action semble indépendant de l’activité kinase puisque LIMK2‐1 ne phosphoryle pas la cofiline. Nous avons également montré que le domaine PP1i interagissait spécifiquement avec la phosphatase 1 et des résultats complémentaires suggèrent un rôle de ce domaine dans l’inhibition de la dépolymérisation de l’actine. Ces données mettent en évidence un mécanisme moléculaire nouveau pour une protéine de la famille des LIMK et soulignent l’intérêt d’étudier ces protéines afin de mieux comprendre leur implication dans les troubles cognitifs et dans la neurofibromatose de type 1. / LIMK1 and LIMK2 are serine/threonine kinases that phosphorylate and subsequently inactivate cofilin, an actin-depolymerizing factor. Neurofibromin, the protein responsible for neurofibromatosis type 1, negatively regulates these proteins that may be involved in tumoral and cognitive aspects of the disease through their role in actin dynamics. We studied LIMK2-1, a hominidae-specific isoform previously involved in intellectual disability. This isoform possesses a truncated kinase domain and a protein phosphatase 1 inhibitory (PP1i) domain at its C-terminal extremity. Our results showed that LIMK2-1 exists at a protein level and that it is expressed in human central nervous system, especially during neurodevelopment. Moreover, LIMK2-1 promotes actin polymerization independently from a kinase activity, since this isoform does not phosphorylate cofiline. We also highlighted an interaction between the PP1i domain and protein phosphatase 1 and complementary results suggest a role of this domain in the inhibition of actin depolymerization. These data highlight a new molecular mechanism for a LIMK protein and emphasize the interest of studying these proteins to understand their involvement in cognitive disorders and in neurofibromatosis type 1.

Les coxsackievirus du groupe B (CVB) sont des petits virus à ARN appartenant à au genre Enterovirus et à la famille des Picornaviridae. Chez, l’homme, les CVB sont responsables de nombreuses infections aiguës bénignes ou sévères. Ils sont également incriminés dans le développement de maladies chroniques telles que le diabète de type 1 (DT1). En effet, plusieurs données épidémio-cliniques sont en faveur d’un lien entre les entérovirus et notamment les CVB et le DT1. Deux mécanismes majeurs ont été proposés pour expliquer cette pathogenèse entérovirale du DT1. Il s’agit de l’activation « en passant » d’un environnement inflammatoire et la persistance virale qui concourent à l’initiation du processus auto-immun. Les études présentées dans cette thèse visent à comprendre les caractéristiques et conséquences de l’infection à CVB qui pourraient expliquer l’implication de ces mécanismes. Les résultats obtenus suggèrent que CVB4 (utilisé comme modèle des CVB) est un virus inflammatoire. In vitro, il induit la production de grandes quantités d’IFNα par les cellules mononuclées du sang (CMN). Néanmoins cette induction d’IFNα n’est possible qu’en cas de facilitation de l’infection par des anticorps non neutralisants, qui se traduit par une entrée importante du virus dans les cellules. Dans nos travaux, l’IFNα a été détecté dans le plasma de sujets diabétiques, et fréquemment associé à la présence d’ARN entéroviral. De même, parmi les CMN, les monocytes ont été identifiés comme les principales cellules cibles du virus. En dehors de l’IFNα, nous avons montré que CVB4 peut induire la synthèse de plusieurs autres cytokines pro-inflammatoires notamment l’IL-6 et le TNFα. De façon intéressante, l’infection des cellules n’est pas indispensable car cette induction est possible par des particules non infectieuses. Cette production de cytokines pro-inflammatoires par les CMN peut également être amplifiée par la facilitation de l’infection en présence de particules infectieuses de CVB4. Nous avons montré que les macrophages, cellules effectrices importantes de l’immunité innée au niveau tissulaire, peuvent produire en présence de CVB4 de l’IFNα et d’autres cytokines pro-inflammatoires. Les macrophages dérivés de CMN en présence de M-CSF (mais pas de GM-CSF) sont infectables par CVB4 et le virus peut persister dans ces cellules. CVB4 peut également établir une infection chronique productive de type « état porteur » dans des cellules canalaires pancréatiques. Les cellules chroniquement infectées peuvent être guéries grâce à un traitement par de la fluoxétine. Cette molécule utilisée dans le traitement de troubles psychiatriques, présente in vitro une activité antivirale vis-à-vis de certains entérovirus, et permet d’éliminer complètement en quelques semaines le virus des cellules chroniquement infectées par CVB4. Des modifications cellulaires ont été observées au niveau des cellules chroniquement infectées notamment une diminution de l’expression de PDX-1, une résistance à la lyse au cours d’une réinfection par CVB4, ainsi qu’une diminution très importante de l’expression du récepteur CAR. Ces modifications cellulaires acquises au cours de l’infection chronique pouvaient persister après l’élimination du virus. Les cellules chroniquement infectées présentent également un profil de microARNs très différent de celui des cellules non infectées. Une évolution du virus a été également observée avec des changements phénotypiques et génotypiques. L’ensemble de nos observations montre que les caractéristiques de l’infection à CVB4 sont compatibles avec les mécanismes évoqués dans la pathogenèse entérovirale du DT1 et renforcent l’hypothèse de l’implication des CVB dans cette maladie. / Group B coxsackieviruses (CVB) are small RNA viruses belonging to Enterovirus genus and to the Picornaviridae family. In humans, CVB can cause numerous mild and severe acute infections. They are also thought to be involved in the development of chronic diseases such as type 1 diabetes (T1D). Several epidemiological and clinical data support a link between enteroviruses, especially CVB and T1D. Two main mechanisms have been described to explain this enteroviral pathogenesis of T1D including a “bystander activation” of an inflammatory environment and viral persistence. These mechanisms contribute to initiation of the autoimmune process. Our studies aimed to understand the features and outcomes of CVB infection that could explain their involvement in these mechanisms. The results suggest that CVB4 (used as CVB model) is an inflammatory virus. CVB4 induces in vitro the production by peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of high amounts of IFNα. However this induction is only possible when CVB4 infection is enhanced by non-neutralizing antibodies, resulting in increased viral entry in cells. We also reported detection of IFNα in plasma of T1D patients, commonly associated with enteroviral RNA. In addition, monocytes have been identified as major targets of enteroviruses among PBMCs. Besides IFNα, CVB4 can induce the synthesis of other proinflammatory cytokines, mainly IL-6 and TNFα. Interestingly, infection is not needed, since inactivated viral particles can induce these proinflammatory cytokines. In addition, the enhancing of CVB4 infection in PBMCs results in increased production of these cytokines. We have shown that macrophages that are known as major innate immunity effectors can produce IFNα and other proinflammatory cytokines upon infection with CVB4. Macrophages derived from PBMCs in presence of M-CSF (but not GM-CSF) can be infected by CVB4, and the virus can persist in these cells. CVB4 can also establish a productive, carrier-sate persistent infection in pancreatic ductal-like cells. The virus can be completely cleared from chronically-infected cells using fluoxetine. This molecule already used in the treatment of depression and other mental disorders, has displayed antiviral activity against many enteroviruses, and can completely clear CVB4 from chronically-infected cells within few weeks. Cellular changes have been observed during chronic infection including a reduced expression of PDX-1, a resistant profile to lysis upon superinfection with CVB4, and an important decrease of CAR expression. These changes can linger even after the clearance of CVB4. In addition the miRNA profile in chronically-infected ductal-like cells was clearly different from that of mock-infected cells. Some phenotypic and genotypic changes were also observed in the virus derived from chronic infection. Altogether, these findings show the features of CVB4 infection are compatible with mechanisms reported in the enteroviral pathogenesis of T1D, and support the hypothesis of involvement of CVB in this disease.

Le genre Enterovirus comporte de nombreux virus à ARN non enveloppés regroupés en espèces EV-A-J et Rhinovirus A-C. Les coxsackievirus B (CV-B) appartiennent à l’espèce EV-B. Le rôle des CV-B et notamment de CV-B4 dans la pathogenèse du diabète de type 1 (DT1) est fortement suspecté. Coxsackievirus-B4 E2 (CV-B4 E2) isolé à partir du pancréas d’un patient souffrant de DT1 est capable d’induire une hyperglycémie chez des souris. Les mécanismes de la pathogenèse entérovirale du diabète ne sont pas encore bien connus. Il a été montré que les monocytes humains sont infectés par CV-B4 in vitro grâce à des anticorps anti-VP4 formant des complexes avec le virus, et que les macrophages humains également sont infectés par CV-B4 in vitro. Les études réalisées in vitro sont riches d’informations mais des modèles d’infection in vivo sont nécessaires pour explorer d’avantage les mécanismes des infections à entérovirus. Malgré l’impact des entérovirus en pathologie les moyens de lutte contre ces virus sont limités.Nos principaux objectifs étaient i) d’étudier l’infection à CV-B4 E2 chez la souris et de déterminer si les monocytes/macrophages sont des cibles du virus in vivo ii) de mettre en œuvre un modèle de diabète induit par CV-B4 E2 chez la souris iii) d’étudier l’activité anti-CV-B4 de diverses molécules in vitro iiii) de mettre en évidence la survenue d’infections entérovirales naturelles chez des animaux.L'ARN viral est présent in vivo dans les monocytes (CD14+) et macrophages (F4/80+) de la rate et dans les cellules de la moelle osseuse de souris ICR-CD1 inoculées avec CV-B4 E2. In vitro, CV-B4 E2 infecte les cellules CD14+ et les cellules F4/80+ de la rate. Les macrophages dérivés de la moelle osseuse cultivés en présence de M-CSF sont infectés par CV-B4 in vitro. Le sérum de souris infectée par CV-B4 E2 facilite l’infection in vitro des cellules spléniques par CV-B4 E2, mais pas celle des macrophages dérivés de la moelle osseuse. Chez des souris ICR-CD1 préalablement traitées par des doses sub-diabétogènes de streptozotocine β (STZ), l’inoculation de CV-B4 E2 provoque une hyperglycémie associée à une hypo-insulinémie. La charge virale du pancréas évaluée par RT-PCR quantitative n’est pas différente chez les animaux diabétiques (STZ/CV-B4 E2) par rapport aux animaux inoculés avec le virus mais non diabétiques. L'analyse histologique du pancréas d’animaux diabétiques (STZ/CV-B4 E2) met en évidence des foyers d’inflammation au niveau des ilots de Langerhans. Des dérivés de pirodavir, molécules qui se fixent à la capside des entérovirus inhibent l’infection à echovirus 7 et 11 mais pas à CV-B4 E2 in vitro. Par contre la fluoxétine a fait preuve d’un effet anti-CV-B4 E2 dans un modèle de culture de fragments de pancréas et de cellules béta pancréatiques murins. La détection d’anticorps sériques anti-VP4 par ELISA, à l’aide d’un peptide de 50 acides-aminés de la protéine VP4 d’EV-G1 (un entérovirus porcin), a été appliquée à la mise en évidence de l’infection de jeunes porcs par des entérovirus. Une homologie de 88% de la séquence du peptide VP4 d’EV-G1 avec celle des protéines VP4 d’ autres EV-G suggère que des anticorps dirigés contre ces virus distincts d’EV-G1 puissent être détectés.En conclusion, CV-B4 E2 peut infecter les monocytes et les macrophages in vitro et in vivo dans un système murin, et le virus peut provoquer un diabète chez des souris préalablement exposées à de faibles doses de STZ. La fluoxétine inhibe l’infection à CV-B4 E2 de cellules pancréatiques in vitro. La détection d’anticorps anti-VP4 d’EV-G1 a permis de mettre en évidence des infections naturelles à entérovirus chez des jeunes porcs. Ce modèle porcin pourrait être mis à profit pour étudier la physiopathologie des infections à entérovirus et tester des moyens de lutte contre ces virus. / Enterovirus genus encompasses a number of non-enveloped RNA viruses grouped into 12 species, EV-A-J and Rhinovirus A-C. Group B coxsackieviruses (CV-B) belong to the EV-B species. CV-B and particularly CV-B4 is thought to be involved in the development of chronic diseases like type 1 diabetes (T1D). A strain of CV-B4 (CV-B4 E2) was isolated from the pancreas of a patient with T1D, and was able to induce a hyperglycemia in mouse. The mechanisms of the enteroviral pathogenesis of T1D are not well known yet. It has been observed that the infection of human monocytes with CV-B4 E2 in vitro can be enhanced by anti-VP4 antibodies bound to the virus, and human macrophages are also infected by CV-B4 in vitro. The in vitro studies are rich with information but in vivo infection models are needed to better understand the mechanisms of enterovirus infections. Despite the effect of enterovirus on health, the means in the fight against these viruses are limited.Our main objectives were i) to investigate CV-B4 E2-infection in mice and to determine whether monocytes / macrophages are targets of the virus in vivo ii) to implement a CV-B4 E2-induced diabetes model in mice iii) to study the anti-CV-B4 activity of various molecules in vitro iiii) To highlight the natural occurrence of enterovirus infections in animals.Viral RNA was found in vivo in monocytes (CD14+) and macrophages (F4/80+) of the spleen and in bone marrow cells of ICR-CD1 mice inoculated with CV-B4 E2. In vitro, CV-B4 E2 infected the CD14+ and the F4/80+ cells of the spleen. Bone marrow-derived macrophages (BMDM) were infected by CV-B4 in vitro. The serum of CV-B4 E2- infected mice enhanced in vitro the infection of spleen cells by CV-B4 E2 but not the infection of BMDM. ICR-CD1 mice, treated with a sub-diabetogenic dose of Streptozotocin β (STZ), and afterwards inoculated with CV-B4 E2 developped hyperglycaemia and hypoinsulinemia. The viral load of pancreas assessed by quantitative RT-PCR was not different in diabetic animals (STZ/CV-B4 E2) compared to non-diabetic animals inoculated with CV-B4 E2. Histological analysis of diabetic animals highlighted an inflammation of pancreas isletsPirodavir-derived molecules, which bind to the enteroviruses capsid, inhibited the infection with echovirus 7 and 11 but not the infection with CV-B4 E2 in vitro. On the other hand, it was displayed that an anti-CV-B4 E2 effect of fluoxetine in cultures of mouse pancreas fragments and mouse beta cells. The detection of anti-VP4 antibodies in serum by ELISA using a 50 amino acids peptide of VP4 from EV-G1 (a porcine enterovirus) was applied to piglets to highlight enterovirus infections. A strong sequence homology (88%) between the VP4 of EV-G1 and of other EV-G suggests that antibodies directed against viruses other than EV-G1 can be detected.In conclusion, CV-B4 E2 can infect monocytes and macrophages in vitro and in vivo in a murine system, and the virus can cause diabetes in mice previously exposed to low doses of STZ. Fluoxetine inhibits the infection of pancreatic cells with CV-B4 E2 in vitro. The detection of anti-EV-G1-VP4 antibodies highlighted natural enterovirus infections in young pigs. This porcine model could be used to study the pathophysiology of enterovirus infections and to evaluate approaches aimed to fight these viruses.

HINTERGRUND: Eine inadäquate Aktivierung von Typ-1-IFN kann in der Entstehung von Autoimmunität und Autoinflammation resultieren. Die einer solchen dysregulierten Typ-1-IFN-Achse zu Grunde liegenden Störungen werden primär über das angeborene Immunsystem vermittelt. Krankheitsbilder, die durch eine chronische Typ-1-IFN-Aktivierung bedingt sind, werden daher unter dem Begriff Typ-1-Interferonopathien zusammengefasst. Diese Gruppe seltener, genetisch bedingter Erkrankungen zeichnet sich durch eine große symptomatische Bandbreite aus, wobei vor allem neurologische und kutane Manifestationen im Vordergrund stehen. Bisher aufgeklärte Pathomechanismen dieser systemisch-entzündlichen Erkrankungen haben einen Einblick in neue zellintrinsische Mechanismen gegeben, die zu einer Typ-1-IFN-Aktivierung führen und auf Störungen im Metabolismus und der immunologischen Erkennung intrazellulärer Nukleinsäuren beruhen. Daraus ergeben sich auch Erkenntnisse hinsichtlich des Einsatzes einer immunmodulatorischen Therapie zur kausalen Behandlung von Typ-1-Interferonopathien. FRAGESTELLUNG: Typ-1-Interferonopathien gehören zu den genetisch bedingten, seltenen Erkrankungen. Eine Diagnosestellung ist jedoch aufgrund mangelnder Kenntnisse über die Krankheitsursache häufig nicht möglich, sodass kausale Therapieansätze für viele Patienten nicht existieren. Die Aufklärung der genetischen Ursache solcher Erkrankungen ist demnach von essentieller Bedeutung. Auch die hier untersuchten Familien leiden an bisher nicht molekulargenetisch diagnostizierten Krankheiten, deren Phänotyp jedoch eine Typ-1-Interferonopathie vermuten lässt. Vor diesem Hintergrund war es das Ziel dieser Arbeit, bisher unbekannte Gene zu identifizieren und zu charakterisieren, welche Krankheitsbilder mit chronischer Typ-1-IFN-Aktivierung verursachen. MATERIAL UND METHODEN: Anhand klinischer Daten wurden zunächst die Krankheitsbilder der zwei betroffenen Familien charakterisiert und hinsichtlich der Gemeinsamkeiten mit bekannten Typ-1-Interferonopathien untersucht. Zudem wurde das Vorliegen einer chronischen Typ-1-IFN-Aktivierung bei den erkrankten Familienmitgliedern untersucht. Mit Hilfe von Exomanalysen und anschließenden bioinformatischen Analysen wurde nach dem ursächlichen Krankheitsgen gesucht. Die in diesem Rahmen in der Familie 1 nachgewiesene STING-Mutation wurde unter Verwendung von molekularbiologischen sowie zellbiologischen Analysen eingehend untersucht und zudem ihre Konsequenzen auf die IFN-Achse und die Stabilität des STING-Dimers mittels Strukturmodellierungen charakterisiert. Hinsichtlich der Aufklärung der genetischen Ursache der Erkrankung der Familie 2 wurde ebenfalls eine Exomanalyse durchgeführt. Da dabei jedoch keine Mutation identifiziert werden konnte, erfolgte eine Analyse differentiell exprimierter Transkripte mit Hilfe von Transkriptomdaten von Fibroblasten gesunder Kontrollen im Vergleich zu erkrankten Familienmitgliedern der Familie 2. ERGEBNISSE: Im Verlauf dieser Arbeit konnte in der Familie 1 mit einem familiären Chilblain Lupus eine kausale heterozygote Mutation im STING-Gen identifiziert werden. Diese bisher nicht beschriebene Mutation bedingt den Aminosäureaustausch Gly166Glu (G166E) im hochkonservierten Dimerinterface des STING-Proteins. Strukturmodelle ergaben Hinweise auf strukturverändernde Eigenschaften der Mutation G166E, die das STING-Dimer konstitutiv aktivieren. Dies konnte experimentell bestätigt werden, da in den peripheren Blutzellen der Patienten eine erhöhte IFN-Signatur nachgewiesen werden konnte und Patientenfibroblasten eine erhöhte Produktion von IFN-β sowie eine vermehrte Phosphorylierung von IRF3 zeigten. Um den Einfluss einer therapeutischen Immunmodulation über eine JAK-Inhibition zu untersuchen, wurden zwei Erkrankte der Familie 1 mit dem JAK-Inhibitor Tofacitinib über einen Zeitraum von 17 Tagen behandelt. Es konnte dabei in vivo eine signifikant reduzierte IFN-Signatur nachgewiesen werden. Mit Hilfe der Exomanalyse konnte in der konsanguinen Familie 2 mit einem AGS-ähnlichen Phänotyp keine kausale Mutation identifiziert werden. Es zeigte sich zudem, dass in den Patientenzellen keine erhöhte IFN-Signatur sowie keine erhöhte IFN-β Produktion nachweisbar waren. Die vergleichende Transkriptomanalyse ergab keine auffällige differentielle Expression von Genen des Aminosäure-Metabolismus, der Seneszenz, des Zellzyklus, der DNA-Schadensantwort und DNA-Reparatur sowie von Genen immunologischer Prozesse. Allerdings wurde die vollständig fehlende Expression der Gene COL6A1 und COL6A2 in den Patientenzellen nachgewiesen. SCHLUSSFOLGERUNG: Die identifizierte STING-Mutation der Familie 1 führt zu einer chronischen Aktivierung der Typ-1-IFN-Achse und ist folglich als Gain-of-function Mutation anzusehen. Die Behandlung mit dem immunmodulierenden JAK-Inhibitor Tofacitinib führt zu einer Verminderung der IFN-Signatur und bietet somit einen vielversprechenden Ansatz für eine kausale Therapie. Weiterführende Untersuchungen, vor allem bezüglich der Langzeiteffekte, sind hier jedoch noch erforderlich. Die Erkrankung der Familie 2 ist dagegen vermutlich nicht den Typ-1-Interferonopathien zuzuordnen. Vielmehr scheint es zum jetzigen Zeitpunkt wahrscheinlich, dass eine Mutation innerhalb eines regulatorischen Elements, das die Expression der Gene COL6A1 und COL6A2 reguliert, für den Phänotyp der Erkrankten verantwortlich ist. Weiterführende Untersuchungen sind hier zukünftig von großem Interesse.

Le modèle murin le plus utilisé pour le diabète de type 1 est la souris NOD. L’activation des lymphocytes T autoréactifs vis à vis des cellules béta nécessite la reconnaissance par le TCR de l’auto antigène présenté par le CMH ainsi que des signaux de co stimulation. Nous apportons la preuve que la voie de costimulation ICOS/ICOSL est indispensable au développement du diabète chez la souris NOD. En effet, les souris invalidées pour le gène Icos ou IcosL sont protégées du diabète. Nous avons démontré que cette protection est liée à un défaut d’activation des LT diabétogènes. De façon inattendue, nous avons observé chez ces souris ICOS-/- et ICOSL-/- une neuromyopathie. Cette pathologie se développe parallèlement au diabète chez la souris ICOSL+/+. Sur le plan histologique, le muscle strié périphérique et le nerf périphérique est envahi par un infiltrat lymphocytaire et par des cellules présentatrices d’antigène. Nous avons démontré par des expériences de transfert adoptif que la neuromyopathie est une maladie auto-immune données, nous avons étudié les souris NOD ICOSL-/- CIITA-/-. Ces souris sont dépourvues de lymphocytes T -CD4+ et ne développent pas de neuromyopathie ni de diabète. De même, nous avons étudié les souris NOD ICOSL-/- béta2m-/-. Ces souris sont dépourvues de lymphocytes T-CD8+ et développent une neuromyopathie. Cette déviation de l’auto-immunité est liée à l’interaction entre les LT et les lymphocytes B via le signal ICOS/ICOSL. Nous avons prouvé via des expériences de transfert et de chimères que l’absence de signal ICOS/ICOSL entre les lymphocytes T et les lymphocytes B oriente l’auto-immunité vers le système nerveux périphérique et le muscle strié. Enfin, l’analyse du spectre de spécificité des anticorps présent chez la souris ICOSL-/- par western blot puis par spectrométrie de masse a précisé les cibles antigéniques de la myopathie. L’invalidation de la voie ICOS/ICOSL conduit donc à une déviation de l’auto-immunité du pancréas vers le muscle et le système nerveux périphérique. Ces données prouvent que la voie ICOS/ICOSL est indispensable à l’initiation du diabète, mais aussi au contrôle de l’auto-immunité / Costimulation pathways are described as central in T cell activation and the control of autoimmune responses. We previously reported that NOD mice that are deficient for the icosl gene are protected from diabetes, but instead develop a spontaneous autoimmune neuromyopathy. The general phenotype of the neuromyopathy observed in ICOSL-/- NOD mice is globally similar to that observed in ICOS-/- and ICOS-/-ICOSL-/- double knockout NOD mice. The neuromyopathy is observed in 100% of female mice by the age of 35 weeks. The neuropathy remains limited to the peripheral nerve tissue. The disease is characterized by an infiltration of immune cells: CD4+ T cells, CD8+ T cells, dendritic cells and B lymphocytes, but does not extend to the central nervous system. A similar infiltrate is seen in muscles. Autoimmune neuromyopathy can be transfer to naive recipients by T lymphocytes. Transfer is achieved in NOD.scid recipient mice by CD4+ T-cells, although not by CD8+ T-cells, isolated from 35 week old ICOSL-/- NOD. The predominant role of CD4+T-cells is further demonstrated in this model by the observation that CIITA-/-ICOSL-/- NOD mice do not developed the neuromyopathy. By contrast, ȕ2m-/-ICOSL-/- NOD mice develop a neuromyopathy. We obtained evidence (in chimeric mice) that the interaction between antigen-presenting cells (APC) and T lymphocytes via ICOS/ICOSL is a prerequisite to the development of diabetes, while the loss of the interaction between T lymphocytes and APC play a key role in the development of nervous and muscular autoimmunity. Finally, the spectrum analysis of antibodies specificity in mouse ICOSL-/- with Western blot and mass spectrometry indicated the antigenic targets of myopathy. Altogether, our data indicate that the deviation of autoimmunity in NOD mice from the pancreas to muscles and the peripheral nervous system in the absence of ICOS/ICOSL signal is dependent on the loss of the physiological interaction between T cells and APC

Les cellules NKT invariantes (iNKT) sont des lymphocytes T non conventionnels restreints par la molécule CD1d qui présente des glycolipides. Les cellules iNKT expriment un TCR avec une chaîne a invariante, Va14-Ja18 chez la souris et Va28-Ja18 chez l’homme. Elles ont la particularité de produire de grande quantité de cytokines (IFN-? et IL-4) rapidement après leur activation et peuvent à leur tour stimuler d’autres cellules du système immunitaire comme les cellules dendritiques, les cellules NK et les lymphocytes T. Elles représentent ainsi un pont entre les réponses immunitaires innées et adaptatives. Le diabète de type 1 est une maladie autoimmune caractérisée par la destruction des cellules ß pancréatiques productrices d’insuline. Bien que l’apparition de diabète de type 1 soit associée à des polymorphismes génétiques, les facteurs environnementaux ont également été impliqués dans l’étiologie de cette maladie. De nombreuses études suggèrent que les infections virales, en particulier les infections par le virus de coxsackie B4 (CVB4), pourraient être impliquées dans le développement de cette maladie. Notre étude a été réalisée avec des souris NOD qui développent un diabète de type 1 vers 15 semaines d’âge et des souris NOD déficientes pour la proinsulin 2 (Pro-ins2-/-) développant un diabète vers 8 semaines d’âge. Nos résultats montrent qu’après infection par CVB4, la moitié des souris NOD et Pro-ins2-/- développent un diabète accéléré par rapport à des souris non infectées. Toutefois, une injection de l’agoniste des cellules iNKT, la molécule aGalactosylceramide (aGalCer), au moment de l’infection des souris, diminue fortement l’incidence de diabète. L’infection par CVB4 induit un fort recrutement de macrophages dans le pancréas et l’activation des cellules iNKT modifie la fonction de ces macrophages. En effet, les macrophages pancréatiques des souris infectées par CVB4 expriment fortement les cytokines IL-1ß, IL-6 et TNF-a, révélant leur caractère pro-inflammatoire alors que les macrophages des souris infectées et traitées par aGalCer expriment faiblement ces cytokines inflammatoires et fortement des enzymes immunosuppressives iNOS (inducible NO synthase), IDO (Indoleamine 2,3-dioxygenase) et arginase I. L’utilisation d’inhibiteurs de ces enzymes montre que la protection contre le diabète est induite par IDO. Nous avons également observé une forte infiltration de lymphocytes T autoréactifs dans les îlots pancréatiques des souris infectées. De façon intéressante, l’incidence accrue de diabète du groupe CVB4 est associée à une fréquence élevée de cellules T autoréactives produisant de l’IFN-? dans le pancréas, alors que la production d’IFN-? par les cellules T autoréactives est très faible dans les souris du groupe CVB4+aGalCer. Cette inhibition de la production d’IFN-? est dépendante de l’enzyme IDO, car l’utilisation d’un inhibiteur d’IDO augmente fortement la production d’IFN-? par les lymphocytes T anti-îlots et l’incidence de diabète. Dans l’ensemble nos résultats montrent, que l’activation des cellules iNKT lors de l’infection par CVB4 induit des macrophages immunosuppresseurs dans le pancréas, ces cellules inhibant la fonction des lymphocytes T autoréactifs et ainsi le développement du diabète. / INKT cells are non-conventional T lymphocytes that are restricted to glycolipid presenting CD1d molecule. iNKT cells express an invariant TCR a chain (Va14-Ja18 in mice and Va28-Ja18 in humans). Their particularity is to rapidly produce copious amounts of cytokines (IFN-? and IL-4) after activation and to activate other cells of the immune system such as dendritic cells, NK cells and T lymphocytes. iNKT cells, therefore, form a bridge between innate and adaptive immune responses. Type 1 diabetes is an autoimmune disease characterized by the destruction of pancreatic ß cells whose role is to produce insulin. While diabetes development can clearly be associated with genetic polymorphisms, environmental factors were also implicated in the etiology of the disease. Numerous studies suggest that viral infections, particularly infections with Coxsackievirus B4 (CVB4), could be implicated in the development of type 1 diabetes. Our study was performed with NOD mice that develop type 1 diabetes around 15 weeks of age and with proinsulin 2 knockout NOD mice (Pro-ins2-/-) which become diabetic around 8 weeks of age. Our results show that CVB4 infection induces accelerated diabetes in around half of NOD and Pro-ins2-/- mice compared to uninfected mice. However, the activation of iNKT cells with their agonist, aGalactosylceramide (aGalCer), at the time of infection greatly decreases diabetes incidence. CVB4 infection induces a strong recruitment of macrophages into the pancreas. Interestingly, iNKT cell activation modifies the function of these macrophages. Indeed, pancreatic macrophages of CVB4 infected mice strongly express IL-1, IL-6 and TNF-a, indicating their pro-inflammatory character. On the contrary, macrophages of mice infected with CVB4 and treated with aGalCer express low levels of these cytokines, but strong levels of suppressive enzymes iNOS (inducible NO synthase), IDO (Indoleamine 2,3-dioxygenase) and arginase I. The use of inhibitors of these enzymes showed that diabetes prevention is induced by IDO. We have also observed that autoreactive T cells strongly infiltrate the pancreatic islets after CVB4 infection. It is interesting to note that the high diabetes incidence of CVB4 infected mice is associated with an increased frequency of IFN-? producing autoreactive T cells in pancreatic islets. On the contrary, the frequency of these cells is very low in infected mice treated with aGalCer. The inhibition of IFN-? production is dependent on IDO enzyme, since the use of its inhibitor strongly increases IFN-? production by anti-islet T cells and diabetes incidence. To summarize, our results show that iNKT cell activation during the infection with CVB4 induces immunosuppressive macrophages in the pancreas. These cells inhibit the function of autoreactive T cells and prevent diabetes development.

L'interleukine-2 (IL-2) est nécessaire à l'homéostasie des lymphocytes T régulateurs CD4+ Foxp3+ (Tregs) et son administration à faibles doses permet d'induire une expansion spécifique et dose-dépendante de ces cellules. Nous avons précédemment démontré que l'administration d'IL-2 à faibles doses permet de restaurer la tolérance immunitaire chez la souris NOD (modèle murin de diabète autoimmun). Toutefois cette stratégie n'est efficace à long terme que chez 30% des souris traitées.Mon travail de thèse a porte? sur l'amélioration de la thérapie par faibles doses d'IL-2. Dans un premier temps, nous avons démontré que la combinaison de l'IL-2 avec la rapamycine, une drogue ciblant préférentiellement les lymphocytes T effecteurs et épargnant les Tregs, ne permet pas d'améliorer le traitement. Au contraire, la rapamycine abolit de façon transitoire la tolérance induite par l'IL-2. Dans un deuxième temps, nous avons essayé d'augmenter les doses d'IL-2, dans le but d'induire une activation plus forte des Tregs. Néanmoins, le traitement par fortes doses d'IL-2 ne prévient pas le diabète autoimmun mais accélère son développement et est associé à une très forte toxicité.Ensuite, un deuxième axe de ma thèse s'est articulé autour de notre découverte de l'existence d'autoanticorps anti-IL-2 neutralisants chez la souris NOD et les patients souffrant de diabète de type 1. Ces autoanticorps modulent négativement l'homéostasie des Tregs in vivo, suggérant un rôle potentiel dans la physiopathologie du diabète autoimmun.Dans l'ensemble, ces résultats permettent de reconsidérer l'utilisation de l'IL-2 à faibles doses, seule ou combinée, dans le contexte du diabète de type 1. / CD4+ Foxp3+ regulatory T cells (Treg cells) are essential for the maintenance of immune tolerance. Interleukin-2 (IL-2) is mandatory for the homeostasis of Treg cells and its administration at low-doses induces a specific dose-dependent boost of Treg cells. Previous work has demonstrated that a short-tem treatment with low-doses IL-2 can revert established autoimmune diabetes in the NOD mouse model. However, this strategy induces long-term reversal in only 30% of the treated mice and can be optimized. During my PHD, my work has focused on the optimization of T1D therapy with low-doses of IL-2. First, we tried to combine low-doses of IL-2 with rapamycin, an immunosuppressive drug known to mainly affect Teff cells. The combined treatment (IL-2/Rapa) did not induce diabetes reversal and even reversibly broke IL-2-induced tolerance. Then, we tried to increase the IL-2 dose in order to increase the amplitude of the Treg boost. However, despite an important Treg cell boost, high-doses IL-2 administration to pre-diabetic NOD mice was toxic and precipitated T1D onset. In a second project, we described the existence of neutralizing anti-IL-2 autoantibodies in NOD mice and T1D patients. Our data suggested that anti-IL-2 autoantibodies negatively impacted on Treg cell homeostasis in vivo, contributing to the impaired immune tolerance observed in NOD mice and T1D patients. Altogether, our results lead to the consideration of low-doses IL-2, alone or combined, for the treatment of T1D. In addition, our demonstration of the existence of anti-IL-2 autoantibodies in NOD mice and T1D patients leads to a better understanding of T1D physiopathology.