La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neurodégénérative du système nerveux central (SNC) caractérisée par une démyélinisation, une perte axonale, une activation des cellules gliales et une accumulation de cellules immunitaires dans le parenchyme cérébral. Les lymphocytes T (LT) jouent un rôle clé dans la mise en place d’un tel environnement neuroinflammatoire. Notre compréhension des mécanismes impliqués dans le dialogue entre les LT et les astrocytes reste cependant incomplète.
Les astrocytes représentent les premières cellules que rencontrent les LT lors de leur migration dans le parenchyme cérébral. Cette interaction est essentielle et peut être modulée par différents processus inflammatoires. Afin d’étudier comment l’inflammation modifie la rencontre des LT avec les cellules neurales, nous avons développé un modèle de co-culture de cellules neurales primaires humaines et de LT CD8+ humains permettant la visualisation de ces interactions par la microscopie en temps réel. Le suivi vidéo des LT a permis de montrer que la réponse des astrocytes et des neurones à la cytokine pro-inflammatoire IL-1β augmente la motilité des LT. L’analyse visuelle appuyée par une analyse statistique de différents paramètres spatiotemporels a montré que les LT adoptent des comportements différents associés à des interactions stables de type synapse ou dynamiques de type kinapse. Nous avons montré que l’inflammation des astrocytes affecte la dynamique de certains comportements et que l’expression des molécules du CMH de classe I par les astrocytes contribue à la mise en place des comportements de type synapse.
Parmi les cytokines impliquées dans la physiopathologie de la SEP, l’interleukine-27 (IL-27) semble être associée à des effets bénéfiques en modulant l’activité des cellules immunitaires périphériques. Notre équipe a démontré que dans le cerveau des patients atteints de la SEP, des niveaux élevés d’IL-27 sont observés ainsi que la présence de son récepteur (IL-27R) sur des astrocytes et des lymphocytes T infiltrants. Afin d’évaluer l’impact de l’IL-27 sur les astrocytes humains, nous avons réalisé une analyse transcriptomique des astrocytes exposés à l’IL-27. Les astrocytes exposés à l’IL-27 augmentent l’expression de gènes impliqués dans la modulation de la réponse inflammatoire. La co-culture de ces cellules gliales avec des LT CD4+ et CD8+ a démontré que les astrocytes exposés à l’IL-27 modifient l’expression de facteurs de transcription impliqués dans la polarisation des LT, ainsi que l’expression de molécules impliquées dans la réponse immunitaire. Enfin, l’utilisation de notre modèle de microscopie sur cellules vivantes a révélé que les astrocytes exposés à l’IL-27 augmentent la motilité des LT CD8+ provenant de patients atteints de la SEP et de donneurs sains, mais que les LT provenant des patients présentent une motilité accrue comparés aux LT de donneurs sains.
En conclusion, nos résultats fournissent de nouveaux éléments permettant de mieux comprendre l’interaction des LT avec des astrocytes et des neurones humains. Ces résultats soulignent l’importance de la réponse des astrocytes à différentes cytokines et leur implication dans la modulation de la réponse des LT dans des conditions physiologiques et pathologiques comme la SEP. / Multiple sclerosis (MS) is a neurodegenerative disease of the central nervous system (CNS) characterized by an important demyelination, axonal loss, glial activation and accumulation of immune cells in the brain parenchyma. Among immune infiltrating cells, T lymphocytes are key players of the neuroinflammatory processes observed in MS. Our understanding of the dialogue between T lymphocytes and astrocytes in this context of neuroinflammation is still incomplete.
Upon their entry in the CNS, T lymphocytes come into close contact with astrocytes. This physical and molecular interaction can be modulated by the inflammatory context. In order to study how inflammatory context affects the interactions of human T lymphocytes with human neural cells, we have developed a co-culture model allowing the visualization of T lymphocytes interacting with primary human astrocytes and neurons using time lapse microscopy. Individual T lymphocyte tracking showed that astrocytes and neurons exposed to the pro-inflammatory cytokine IL-1β increase T lymphocyte motility. Visual interpretation supported by statistical analysis of T lymphocytes spatio-temporal variables allowed us to identify four different behaviors that can be associated to stable synapse-like interactions or dynamic kinapse-like interactions. Finally, we showed that inflammation of astrocytes specifically affects T cell behaviors and that MHC class I expression by inflamed astrocytes is implicated in synapse-like behaviors.
Among the cytokines implicated in MS physiopathology, the interleukine-27 (IL-27) has been associated with beneficial effects by modulating peripheral immune cell activity. Our group has shown that IL-27 is elevated in the brain of MS patients and that both astrocytes and infiltrating T lymphocytes express the receptor of IL-27. To evaluate the impact of IL-27 on human astrocytes, we analyzed gene and protein expression of astrocytes exposed to IL-27. We found that most of the IL-27-induced differentially expressed genes in astrocytes are involved in immune responses and immune modulation. Moreover, IL-27-exposed astrocytes when co-cultured with CD4+ and CD8+ T lymphocytes specifically induce the expression of transcriptional factors involved in T lymphocytes polarization and surface molecules that can actively modulate immune processes. Finally, using our live imaging co-culture model, we showed that IL-27-treated astrocytes increase the motility of CD8+ T lymphocytes from healthy donors and MS patients. Notably, T lymphocytes form MS patients have an increased motility compared with those from healthy donors after contact with IL-27-treated astrocytes.
In conclusion, our results provide a better understanding of the complex dialogue between human T lymphocytes and human astrocytes and neurons and highlight the role of neural cell responses to different cytokines in physiological and pathological conditions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/26953 |
| Date | 12 1900 |
| Creators | Lemaitre, Florent |
| Contributors | Arbour, Nathalie |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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