Perpetuation of immunological memory through common MHC-I binding modes of peptidomimic and antigenic peptides

Understanding the molecular mechanisms of immunological memory assumes importance in vaccine design. We had earlier hypothesized a mechanism for the maintenance of immunological memory through the operation of a network of idiotypic and anti-idiotypic antibodies (Ab2). Peptides derived from an internal image carrying anti-idiotypic antibody are hypothesized to facilitate the perpetuation of antigen specific T cell memory through similarity in peptide-MHC binding as that of the antigenic peptide. In the present work, the existence of such peptidomimics of the antigen in the Ab2 variable region and their similarity of MHC-I binding was examined by bioinformatics approaches. The analysis employing three known viral antigens and one tumor-associated antigen shows that peptidomimics from Ab2 variable regions have structurally similar MHC-I binding patterns as compared to antigenic peptides, indicating a structural basis for memory perpetuation. (C)) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Antigenic peptides containing large PEG loops designed to extend out of the HLA-A2 binding site form stable complexes with class I major histocompatibility complex molecules.

Recognition of peptides bound to class I major histocompatibility complex (MHC) molecules by specific receptors on T cells regulates the development and activity of the cellular immune system. We have designed and synthesized de novo cyclic peptides that incorporate PEG in the ring structure for binding to class I MHC molecules. The large PEG loops are positioned to extend out of the peptide binding site, thus creating steric effects aimed at preventing the recognition of class I MHC complexes by T-cell receptors. Peptides were synthesized and cyclized on polymer support using high molecular weight symmetrical PEG dicarboxylic acids to link the side chains of lysine residues substituted at positions 4 and 8 in the sequence of the HLA-A2-restricted human T-lymphotrophic virus type I Tax peptide. Cyclic peptides promoted the in vitro folding and assembly of HLA-A2 complexes. Thermal denaturation studies using circular dichroism spectroscopy showed that these complexes are as stable as complexes formed with antigenic peptides.

Periodic variation in side-chain polarities of T-cell antigenic peptides correlates with their structure and activity.

We present an analysis that synthesizes information on the sequence, structure, and motifs of antigenic peptides, which previously appeared to be in conflict. Fourier analysis of T-cell antigenic peptides indicates a periodic variation in amino acid polarities of 3-3.6 residues per period, suggesting an amphipathic alpha-helical structure. However, the diffraction patterns of major histocompatibility complex (MHC) molecules indicate that their ligands are in an extended non-alpha-helical conformation. We present two mutually consistent structural explanations for the source of the alpha-helical periodicity, based on an observation that the side chains of MHC-bound peptides generally partition with hydrophobic (hydrophilic) side chains pointing into (out of) the cleft. First, an analysis of haplotype-dependent peptide motifs indicates that the locations of their defining residues tend to force a period 3-4 variation in hydrophobicity along the peptide sequence, in a manner consistent with the spacing of pockets in the MHC. Second, recent crystallographic determination of the structure of a peptide bound to a class II MHC molecule reveals an extended but regularly twisted peptide with a rotation angle of about 130 degrees. We show that similar structures with rotation angles of 100-130 degrees are energetically acceptable and also span the length of the MHC cleft. These results provide a sound physical chemical and structural basis for the existence of a haplotype-independent antigenic motif which can be particularly important in limiting the search time for antigenic peptides.

Identification des peptides du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I par spectrométrie de masse

L’immunité adaptive et la discrimination entre le soi et le non-soi chez les vertébrés à mâchoire reposent sur la présentation de peptides par les récepteurs d’histocompatibilité majeur de classe I. Les peptides antigéniques, présentés par les molécules du complexe d’histocompatibilité (CMH), sont scrutés par les lymphocytes T CD8 pour une réponse immunitaire appropriée. Le répertoire des peptides du CMH de classe I, aussi appelé immunopeptidome, est généré par la dégradation protéosomale des protéines endogènes, et a un rôle essentiel dans la régulation de l’immunité cellulaire. La composition de l’immunopeptidome dépend du type de cellule et peut présenter des caractéristiques liées à des maladies comme le cancer. Les peptides antigéniques peuvent être utilisés à des fins immunothérapeutiques notamment dans le traitement voire la prévention de certains cancers. La spectrométrie de masse est un outil de choix pour l’identification, le séquençage et la caractérisation de ces peptides. Cependant, la composition en acides aminés, la faible abondance et la diversité de ces peptides compliquent leur détection et leur séquençage. Nous avons développé un programme appelé StatPeaks qui permet de calculer un certains nombres de statistiques relatives à la fragmentation des peptides. À l’aide de ce programme, nous montrons sans équivoque que les peptides du CMH classe I, en mode de fragmentation par dissociation induite par collision (CID), fragmentent très différemment des peptides trypsiques communément utilisés en protéomique. Néanmoins, la fragmentation par décomposition induite par collision à plus haute énergie (HCD) proposée par le spectromètre LTQ-Orbitrap Velos améliore la fragmentation et fournit une haute résolution qui permet d’obtenir une meilleure confiance dans l’identification des peptides du CMH de classe I. Cet avantage permet d’effectuer le séquençage de novo pour identifier les variants polymorphes qui ne sont normalement pas identifiés par les recherches utilisant des bases de données. La comparaison des programmes de séquençage Lutefisk, pepNovo, pNovo, Vonode et Peaks met en évidence que le dernier permet d’identifier un plus grand nombre de peptides du CMH de classe I. Ce programme est intégré dans une chaîne de traitement de recherche d’antigènes mineurs d’histocompatibilité. Enfin, une base de données contenant les informations spectrales de plusieurs centaines de peptides du CMH de classe I accessible par Internet a été développée.

Immunosensor based on immobilization of antigenic peptide NS5A-1 from HCV and silk fibroin in nanostructured films

The peptide NS5A-1 (PPLLESWKDPDYVPPWHG), derived from hepatitis C virus (HCV) NS5A protein, was immobilized into layer-by-layer (LbL) silk fibroin (SF) films. Deposition was monitored by UV-vis absorption measurements at each bilayer deposited. The interaction SF/peptide film induced secondary structure in NS5A-1 as indicated by fluorescence and circular dichroism (CD) measurements. Voltammetric sensor (SF/NS5A-1) properties were observed when the composite film was tested in the presence of anti-HCV. The peptide-silk fibroin interaction studied here showed new architectures for immunosensors based on antigenic peptides and SF as a suitable immobilization matrix. © 2013 American Chemical Society.

Variant antigenic peptide promotes cytotoxic T lymphocyte adhesion to target cells without cytotoxicity

Timelapse video microscopy has been used to record the motility and dynamic interactions between an H-2Db-restricted murine cytotoxic T lymphocyte clone (F5) and Db-transfected L929 mouse fibroblasts (LDb) presenting normal or variant antigenic peptides from human influenza nucleoprotein. F5 cells will kill LDb target cells presenting specific antigen (peptide NP68: ASNENMDAM) after “browsing” their surfaces for between 8 min and many hours. Cell death is characterized by abrupt cellular rounding followed by zeiosis (vigorous “boiling” of the cytoplasm and blebbing of the plasma membrane) for 10–20 min, with subsequent cessation of all activity. Departure of cytotoxic T lymphocytes from unkilled target cells is rare, whereas serial killing is sometimes observed. In the absence of antigenic peptide, cytotoxic T lymphocytes browse target cells for much shorter periods, and readily leave to encounter other targets, while never causing target cell death. Two variant antigenic peptides, differing in nonamer position 7 or 8, also act as antigens, albeit with lower efficiency. A third variant peptide NP34 (ASNENMETM), which differs from NP68 in both positions and yet still binds Db, does not stimulate F5 cytotoxicity. Nevertheless, timelapse video analysis shows that NP34 leads to a significant modification of cell behavior, by up-regulating F5–LDb adhesive interactions. These data extend recent studies showing that partial agonists may elicit a subset of the T cell responses associated with full antigen stimulation, by demonstrating that TCR interaction with variant peptide antigens can trigger target cell adhesion and surface exploration without activating the signaling pathway that results in cytotoxicity.

SVRMHC prediction server for MHC-binding peptides

The binding between antigenic peptides (epitopes) and the MHC molecule is a key step in the cellular immune response. Accurate in silico prediction of epitope-MHC binding affinity can greatly expedite epitope screening by reducing costs and experimental effort. Recently, we demonstrated the appealing performance of SVRMHC, an SVR-based quantitative modeling method for peptide-MHC interactions, when applied to three mouse class I MHC molecules. Subsequently, we have greatly extended the construction of SVRMHC models and have established such models for more than 40 class I and class II MHC molecules. Here we present the SVRMHC web server for predicting peptide-MHC binding affinities using these models. Benchmarked percentile scores are provided for all predictions. The larger number of SVRMHC models available allowed for an updated evaluation of the performance of the SVRMHC method compared to other well- known linear modeling methods. SVRMHC is an accurate and easy-to-use prediction server for epitope-MHC binding with significant coverage of MHC molecules. We believe it will prove to be a valuable resource for T cell epitope researchers.

Genetic associations and functional characterization of M1 aminopeptidases and immune-mediated diseases

Endosplasmic reticulum aminopeptidase 1 (ERAP1), endoplasmic reticulum aminopeptidase 2 (ERAP2) and puromycin-sensitive aminopeptidase (NPEPPS) are key zinc metallopeptidases that belong to the oxytocinase subfamily of M1 aminopeptidase family. NPEPPS catalyzes the processing of proteosome-derived peptide repertoire followed by trimming of antigenic peptides by ERAP1 and ERAP2 for presentation on major histocompatibility complex (MHC) Class I molecules. A series of genome-wide association studies have demonstrated associations of these aminopeptidases with a range of immune-mediated diseases such as ankylosing spondylitis, psoriasis, Behçet's disease, inflammatory bowel disease and type I diabetes, and significantly, genetic interaction between some aminopeptidases and HLA Class I loci with which these diseases are strongly associated. In this review, we highlight the current state of understanding of the genetic associations of this class of genes, their functional role in disease, and potential as therapeutic targets.

Interaction between ERAP1 and HLA-B27 in ankylosing spondylitis implicates peptide handling in the mechanism for HLA-B27 in disease susceptibility

Ankylosing spondylitis is a common form of inflammatory arthritis predominantly affecting the spine and pelvis that occurs in approximately 5 out of 1,000 adults of European descent. Here we report the identification of three variants in the RUNX3, LTBR-TNFRSF1A and IL12B regions convincingly associated with ankylosing spondylitis (P < 5 × 10-8 in the combined discovery and replication datasets) and a further four loci at PTGER4, TBKBP1, ANTXR2 and CARD9 that show strong association across all our datasets (P < 5 × 10-6 overall, with support in each of the three datasets studied). We also show that polymorphisms of ERAP1, which encodes an endoplasmic reticulum aminopeptidase involved in peptide trimming before HLA class I presentation, only affect ankylosing spondylitis risk in HLA-B27-positive individuals. These findings provide strong evidence that HLA-B27 operates in ankylosing spondylitis through a mechanism involving aberrant processing of antigenic peptides.

Ciblage exosomal et effet de HLA-DM sur la présentation antigénique par le complexe majeur d'histocompatibilité de classe II

Les molécules du complexe majeur d'histocompatibilité de classe II (CMH II) sont exprimées exclusivement à la surface des cellules présentatrices d'antigènes et servent à stimuler les cellules CD4+ initiant une réponse immunitaire. Le chargement peptidique sur HLA-DR se produit dans les endosomes tardifs et les lysosomes sous l'action de HLA-DM. Cette molécule de classe II non-classique enlève les fragments peptidiques de la chaîne invariante (Ii) restés associés aux molécules de classe II (CLIP) et édite leur répertoire d'antigènes présentés. En utilisant une forme mutante de HLA-DM (HLA-DMy) qui s'accumule à la surface plasmique, nous avons observé que HLA-DMy augmente les chargements de peptides exogènes et aussi la réponse des cellules T en comparaison avec HLA-DM sauvage. Il a été démontré que des molécules chimiques, comme le n-propanol, pouvait avoir le même effet que HLA-DM en remplaçant les peptides associés aux molécules de classe II de la surface cellulaire. De plus, HLA-DMy et le n-propanol ont présenté un effet additif sur la présentation de peptides exogènes. Certaines protéines de la voie endocytique, comme HLA-DR, HLA-DM, HLA-DO et Ii sont ciblés aux compartiments multivésiculaires (MVB) et peuvent être ciblées aux exosomes. Suite à une fusion entre les MVB et la membrane plasmique, les exosomes sont relâchés dans le milieu extracellulaire. Nous avons déterminé que le motif tyrosine de HLA-DMβ et son interaction avec HLA-DR n'affectaient pas le ciblage aux exosomes, sauf la molécule HLA-DO. Cette étude nous a permis de démontrer que HLA-DMy augmente la quantité de peptides exogènes chargés sur les CPA et que HLA-DM et HLA-DMy sont incorporés dans les exosomes.

Caractérisation structurale de la molécule HLA-DO

Les molécules classiques du CMH de classe II présentent des peptides antigéniques aux lymphocytes T CD4+. Cette présentation est régulée par deux molécules non classiques : HLA-DM catalyse la relâche de CLIP et le chargement de peptides et HLA-DO module l’activité de DM. Une expression insuffisante en cellules d’insectes empêche les expériences de cristallisation de DO, probablement en raison de sa conformation, rendant DO instable et inapte à sortir du réticulum endoplasmique (RE). DM corrige la conformation de DO et permet sa sortie du RE. Aussi, par ses ponts disulfures uniques, DM adopte une conformation stable et peut sortir du RE sans lier d’autre molécule. Nous avons tenté de corriger la conformation de DO en introduisant des cystéines pour établir des ponts homologues à ceux de DM. La conformation de DO ne fut pas corrigée. Par ailleurs, nous avons augmenté l’expression de DO en introduisant une séquence partielle de Kozak. Nous avons aussi étudié l’effet de DM sur l’expression de DO. DM a favorisé l’expression de DO, probablement en diminuant sa dégradation. Chaque chaîne du dimère DMαβ est impliquée dans l’oxydation de sa chaîne partenaire. La conformation non-optimale de DO pourrait traduire une incapacité des chaînes α ou β à favoriser l’oxydation de sa partenaire; DM corrigerait ce problème. Notre analyse d’immunobuvardage de type Western a toutefois démontré que DM ne modifie pas l’état d’oxydation de DOα et DOβ. Finalement, nous avons étudié l’interaction DO-DM. L’acide aminé DOαE41 est impliqué dans cette liaison. Certains des acides aminés entre α80 et α84 pourraient être impliqués. Nous avons muté des acides aminés de cette région de DOα. Les résidus testés ne semblent pas impliqués dans la liaison DO-DM. L’obtention de la structure tridimensionnelle de DO et la caractérisation de son état oxydatif et de sa liaison à DM permettront de mieux comprendre son rôle.

Étude des voies d’apprêtement des antigènes viraux menant à la présentation antigénique par les CMH de classe I

Le contrôle immunitaire des infections virales est effectué, en grande partie, par les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques. Pour y parvenir, les lymphocytes T CD8+ doivent être en mesure de reconnaître les cellules infectées et de les éliminer. Cette reconnaissance des cellules infectées s’effectue par l’interaction du récepteur T (TCR) des lymphocytes T CD8+ et des peptides viraux associés au complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe I à la surface des cellules hôtes. Cette interaction constitue l’élément déclencheur permettant l’élimination de la cellule infectée. On comprend donc toute l’importance des mécanismes cellulaires menant à la génération des peptides antigéniques à partir des protéines virales produites au cours d’une infection. La vision traditionnelle de cet apprêtement protéique menant à la présentation d’antigènes par les molécules du CMH propose deux voies cataboliques distinctes. En effet, il est largement admis que les antigènes endogènes sont apprêtés par la voie dite ‘‘classique’’ de présentation antigénique par les CMH de classe I. Cette voie implique la dégradation des antigènes intracellulaires par le protéasome dans le cytoplasme, le transport des peptides résultant de cette dégradation à l’intérieur du réticulum endoplasmique, leur chargement sur les molécules du CMH de classe I et finalement le transport des complexes peptide-CMH à la surface de la cellule où ils pourront activer les lymphocytes T CD8+. Dans la seconde voie impliquant des antigènes exogènes, le dogme veut que ceux-ci soient apprêtés par les protéases du compartiment endovacuolaire. Les peptides ainsi générés sont directement chargés sur les molécules de CMH de classe II à l’intérieur de ce compartiment. Par la suite, des mécanismes de recyclage vésiculaire assurent le transport des complexes peptide-CMH de classe II à la surface de la cellule afin de stimuler les lymphocytes T CD4+. Cependant, cette stricte ségrégation des voies d’apprêtement antigénique a été durement éprouvée par la capacité des cellules présentatrices d’antigènes à effectuer l’apprêtement d’antigènes exogènes et permettre leur présentation sur des molécules de CMH de classe I. De plus, l’identification récente de peptides d’origine intracellulaire associés à des molécules de CMH de classe II a clairement indiqué la présence d’interactions entre les deux voies d’apprêtement antigénique permettant de transgresser le dogme préalablement établi. L’objectif du travail présenté ici était de caractériser les voies d’apprêtement antigénique menant à la présentation d’antigènes viraux par les molécules du CMH de classe I lors d’une infection par le virus de l’Herpès simplex de type I (HSV-1). Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons une nouvelle voie d’apprêtement antigénique résultant de la formation d’autophagosomes dans les cellules infectées. Cette nouvelle voie permet le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire dégradatif dans la phase tardive de l’infection par le virus HSV-1. Cette mise en branle d’une seconde voie d’apprêtement antigénique permet d’augmenter le niveau de présentation de la glycoprotéine B (gB) virale utilisée comme modèle dans cette étude. De plus, nos résultats décrivent la formation d’une nouvelle forme d’autophagosomes dérivés de l’enveloppe nucléaire en réponse à l’infection par le virus HSV-1. Ces nouveaux autophagosomes permettent le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire lytique, action également assurée par les autophagosomes dits classiques. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous utilisons l’infection par le virus HSV-1 et la production de la gB qui en résulte pour étudier le trafic membranaire permettant le transfert de la gB vers un compartiment vacuolaire dégradatif. Nos résultats mettent en valeur l’importance du réticulum endoplasmique, et des compartiments autophagiques qui en dérivent, dans ces mécanismes de transfert antigénique permettant d’amplifier la présentation antigénique de la protéine virale gB sur des CMH de classe I via une voie vacuolaire. L’ensemble de nos résultats démontrent également une étroite collaboration entre la voie classique de présentation antigénique par les CMH de classe I et la voie vacuolaire soulignant, encore une fois, la présence d’interaction entre les deux voies.

Exploration fonctionnelle des réponses cellulaires T CD4+ et CD8+ dans l’infection par le VIH-1

L’infection par le VIH-1 est caractérisée par une déplétion progressive des cellules T CD4+ ainsi que par un dysfonctionnement des cellules T qui, en l’absence de traitements anti-rétroviraux, conduit inéluctablement à la progression de la maladie vers le stade SIDA. Certains des mécanismes impliqués dans ce dysfonctionnement de la réponse cellulaire T ont été élucidés et ont révélé un rôle important de la molécule PD-1 dans l’exhaustion des cellules T en phase chronique de l’infection. En effet, des niveaux élevés de PD-1 ont été associés à une charge virale élevée ainsi qu’à une diminution de la production de cytokines et de la capacité de proliférer des cellules T spécifiques du virus. De plus, bloquer in vitro l’interaction de PD-1 avec son ligand PD-L1 en utilisant un anticorps bloquant rétabli la fonction de ces cellules. De façon intéressante, notre groupe ainsi que d’autres équipes, ont montré que l’expression de PD-1 était non seulement augmentée sur les cellules spécifiques de l’antigène mais aussi sur les cellules T totales. Cependant, peu de choses sont connues quant à l’impact de l’expression de PD-1 sur le renouvellement et la différenciation des cellules T qui expriment PD-1, et ce au cours de l’infection. L’expression de PD-1 n’a notamment pas été étudiée en phase aigue de l’infection. Nous montrons clairement que, aussi bien chez les individus en phase aigue qu’en phase chronique de l’infection, l’expression de PD-1 est augmentée sur toutes les sous-populations T, y compris les cellules naïves. Nous avons également mis en relief une distribution anormale des sous-populations T, ces cellules ayant un phénotype plus différencié, et ce à tous les stades de la maladie. Dans cette thèse, nous discutons le rôle possible de PD-1 dans l’homéostasie des cellules T chez les individus infectés par le VIH-1. En étudiant la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection, nous avons trouvé que les sous-populations T CD8+ des individus récemment infectés exprimaient moins de PD-1 que celles des individus à un stade plus avancé de la maladie. Ces niveaux plus élevés de PD-1 sur les cellules T CD8+ en phase chronique sont associés à des niveaux réduits de prolifération in vivo – comme mesuré par l’expression de Ki67 – suggérant que l’expression de PD-1 est partiellement impliquée dans cette perte de fonction des cellules T CD8+. De plus, les cellules naïves s’accumulent en fréquence lors de la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection. Considérant que les cellules naïves expriment déjà des hauts niveaux de PD-1, nous avons émis l’hypothèse que l’activation initiale des cellules T chez les individus chroniquement infectés est affectée. En résumé, nous proposons un modèle où des hauts niveaux d’expression de PD-1 sont associés à (1) un dysfonctionnement de la réponse cellulaire T CD8+ et (2) un défaut d’activation des cellules naïves ce qui contribue non seulement à la progression de la maladie mais aussi ce qui va limiter l’efficacité de potentiels vaccins dans l’infection par le VIH-1 en empêchant toute nouvelle réponse d’être initiée. Afin de mieux disséquer la réponse immunitaire mise en place lors d’une infection comme celle du VIH-1, nous avons développé un outil qui permet de détecter les cellules T CD4+ i.e. des tétramères de CMH de classe II. Ces réactifs ont pour but d’augmenter l’avidité du CMH de classe II pour son ligand et donc de détecter des TCR de faible affinité. Dans cette thèse, nous décrivons une méthode originale et efficace pour produire diverses molécules de HLA-DR liant de façon covalente le peptide antigénique. Mieux déterminer les mécanismes responsables de l’exhaustion des cellules T dans l’infection par le VIH-1 et de la progression de la maladie, ainsi que développer des outils de pointe pour suivre ces réponses T, est central à une meilleure compréhension de l’interaction entre le virus et le système immunitaire de l’hôte, et permettra ainsi le développement de stratégies pertinentes pour lutter contre l’infection par le VIH-1.

L'évolution du phagosome

La phagocytose est un processus cellulaire par lequel de larges particules sont internalisées dans une vésicule, le phagosome. Lorsque formé, le phagosome acquiert ses propriétés fonctionnelles à travers un processus complexe de maturation nommé la biogénèse du phagolysosome. Cette voie implique une série d’interactions rapides avec les organelles de l’appareil endocytaire permettant la transformation graduelle du phagosome nouvellement formé en phagolysosome à partir duquel la dégradation protéolytique s’effectue. Chez l’amibe Dictyostelium discoideum, la phagocytose est employée pour ingérer les bactéries de son environnement afin de se nourrir alors que les organismes multicellulaires utilisent la phagocytose dans un but immunitaire, où des cellules spécialisées nommées phagocytes internalisent, tuent et dégradent les pathogènes envahissant de l’organisme et constitue la base de l’immunité innée. Chez les vertébrés à mâchoire cependant, la transformation des mécanismes moléculaires du phagosome en une organelle perfectionnée pour l’apprêtement et la présentation de peptides antigéniques place cette organelle au centre de l’immunité innée et de l’immunité acquise. Malgré le rôle crucial auquel participe cette organelle dans la réponse immunitaire, il existe peu de détails sur la composition protéique et l’organisation fonctionnelles du phagosome. Afin d’approfondir notre compréhension des divers aspects qui relient l’immunité innée et l’immunité acquise, il devient essentiel d’élargir nos connaissances sur les fonctions moléculaire qui sont recrutées au phagosome. Le profilage par protéomique à haut débit de phagosomes isolés fut extrêmement utile dans la détermination de la composition moléculaire de cette organelle. Des études provenant de notre laboratoire ont révélé les premières listes protéiques identifiées à partir de phagosomes murins sans toutefois déterminer le ou les rôle(s) de ces protéines lors du processus de la phagocytose (Brunet et al, 2003; Garin et al, 2001). Au cours de la première étude de cette thèse (Stuart et al, 2007), nous avons entrepris la caractérisation fonctionnelle du protéome entier du phagosome de la drosophile en combinant diverses techniques d’analyses à haut débit (protéomique, réseaux d’intéractions protéique et ARN interférent). En utilisant cette stratégie, nous avons identifié 617 protéines phagosomales par spectrométrie de masse à partir desquelles nous avons accru cette liste en construisant des réseaux d’interactions protéine-protéine. La contribution de chaque protéine à l’internalisation de bactéries fut ensuite testée et validée par ARN interférent à haut débit et nous a amené à identifier un nouveau régulateur de la phagocytose, le complexe de l’exocyst. En appliquant ce modèle combinatoire de biologie systémique, nous démontrons la puissance et l’efficacité de cette approche dans l’étude de processus cellulaire complexe tout en créant un cadre à partir duquel il est possible d’approfondir nos connaissances sur les différents mécanismes de la phagocytose. Lors du 2e article de cette thèse (Boulais et al, 2010), nous avons entrepris la caractérisation moléculaire des étapes évolutives ayant contribué au remodelage des propriétés fonctionnelles de la phagocytose au cours de l’évolution. Pour ce faire, nous avons isolé des phagosomes à partir de trois organismes distants (l’amibe Dictyostelium discoideum, la mouche à fruit Drosophila melanogaster et la souris Mus musculus) qui utilisent la phagocytose à des fins différentes. En appliquant une approche protéomique à grande échelle pour identifier et comparer le protéome et phosphoprotéome des phagosomes de ces trois espèces, nous avons identifié un cœur protéique commun à partir duquel les fonctions immunitaires du phagosome se seraient développées. Au cours de ce développement fonctionnel, nos données indiquent que le protéome du phagosome fut largement remodelé lors de deux périodes de duplication de gènes coïncidant avec l’émergence de l’immunité innée et acquise. De plus, notre étude a aussi caractérisée en détail l’acquisition de nouvelles protéines ainsi que le remodelage significatif du phosphoprotéome du phagosome au niveau des constituants du cœur protéique ancien de cette organelle. Nous présentons donc la première étude approfondie des changements qui ont engendré la transformation d’un compartiment phagotrophe à une organelle entièrement apte pour la présentation antigénique.

Statistical deconvolution of enthalpic energetic contributions to MHC-peptide binding affinity

Background: MHC Class I molecules present antigenic peptides to cytotoxic T cells, which forms an integral part of the adaptive immune response. Peptides are bound within a groove formed by the MHC heavy chain. Previous approaches to MHC Class I-peptide binding prediction have largely concentrated on the peptide anchor residues located at the P2 and C-terminus positions. Results: A large dataset comprising MHC-peptide structural complexes was created by remodelling pre-determined x-ray crystallographic structures. Static energetic analysis, following energy minimisation, was performed on the dataset in order to characterise interactions between bound peptides and the MHC Class I molecule, partitioning the interactions within the groove into van der Waals, electrostatic and total non-bonded energy contributions. Conclusion: The QSAR techniques of Genetic Function Approximation (GFA) and Genetic Partial Least Squares (G/PLS) algorithms were used to identify key interactions between the two molecules by comparing the calculated energy values with experimentally-determined BL50 data. Although the peptide termini binding interactions help ensure the stability of the MHC Class I-peptide complex, the central region of the peptide is also important in defining the specificity of the interaction. As thermodynamic studies indicate that peptide association and dissociation may be driven entropically, it may be necessary to incorporate entropic contributions into future calculations.