Fine structural variations of alphabeta TCRs selected by vaccination with natural versus altered self-antigen in melanoma patients

Immunotherapy of cancer is often performed with altered "analog" peptide Ags optimized for HLA class I binding, resulting in enhanced immunogenicity, but the induced T cell responses require further evaluation. Recently, we demonstrated fine specificity differences and enhanced recognition of naturally presented Ag by T cells after vaccination with natural Melan-A/MART-1 peptide, as compared with analog peptide. In this study, we compared the TCR primary structures of 1489 HLA-A*0201/Melan-A26-35-specific CD8 T cells derived from both cohorts of patients. Although a strong preference for TRAV12-2 segment usage was present in nearly all patients, usage of particular TRAJ gene segments and CDR3 composition differed slightly after vaccination with natural vs analog peptide. Moreover, TCR β-chain repertoires were broader after natural than analog peptide vaccination. In all patients, we observed a marked conservation of the CDR3β amino acid composition with recurrent sequences centered on a glycyl-leucyl/valyl/alanyl-glycyl motif. In contrast to viral-specific TCR repertoires, such "public" motifs were primarily expressed by nondominant T cell clonotypes, which contrasted with "private" CDR3β signatures frequently found in T cell clonotypes that dominated repertoires of individual patients. Interestingly, no differences in functional avidity were observed between public and private T cell clonotypes. Collectively, our data indicate that T cell repertoires generated against natural or analog Melan-A peptide exhibited slightly distinct but otherwise overlapping and structurally conserved TCR features, suggesting that the differences in binding affinity/avidity of TCRs toward pMHC observed in the two cohorts of patients are caused by subtle structural TCR variations.

Cytokines in parasitic diseases: the example of cutaneous leishmaniasis.

The essential role of cytokines in parasitic diseases has been emphasised since the in vivo description of the importance of T helper 1 (Th1) and T helper 2 (Th2) CD4+ T cell responses in resistance and susceptibility to infection with L. major in mice. Th1 cells produced IL-2, IFN-gamma and Lymphotoxin T (LT) and Th2 cells produce IL-4, IL-5 and IL-13. In this model of infection the correlation between on the one hand resistance to infection and the development of a Th1 response and on the other hand susceptibility and Th2 cell development allowed the identification of the mechanisms directing the differentiation of CD4+ T cell precursors towards either Th1 type or Th2 type responses. Cytokines are the crucial inducer of functional CD4+ T cell subset differentiation during infection with L. major. IL-12 and IFN-gamma direct the differentiation of Th1 response and IL-4 of a Th2 response. In susceptible mice, careful analysis of IL-4 production during the first days of infection has shown that the IL-4 produced as a result of a very early burst of IL-4 mRNA expression (16 hours) plays a essential role in the maturation of a Th2 CD4+ T cell response by rendering the CD4+ T cell precursors unresponsive to IL-12. Activation of a restricted population of CD4+ T cells expressing the V beta 4 V alpha 8 TCR heterodimer after recognition of a single antigen, the LACK (Leishmania Activated c Kinase) antigen, resulted in this rapid production of IL-4 required for the subsequent CD4+ T cell differentiation. Thus, tolerization of these cells might contribute a strategy for preventing infection with L. major.

The T-cell receptor is not hardwired to engage MHC ligands.

The bias of αβ T cells for MHC ligands has been proposed to be intrinsic to the T-cell receptor (TCR). Equally, the CD4 and CD8 coreceptors contribute to ligand restriction by colocalizing Lck with the TCR when MHC ligands are engaged. To determine the importance of intrinsic ligand bias, the germ-line TCR complementarity determining regions were extensively diversified in vivo. We show that engagement with MHC ligands during thymocyte selection and peripheral T-cell activation imposes remarkably little constraint over TCR structure. Such versatility is more consistent with an opportunist, rather than a predetermined, mode of interface formation. This hypothesis was experimentally confirmed by expressing a hybrid TCR containing TCR-γ chain germ-line complementarity determining regions, which engaged efficiently with MHC ligands.

The three main stumbling blocks for anticancer T cells.

Memory and effector T cells have the potential to counteract cancer progression, but often fail to control the disease, essentially because of three main stumbling blocks. First, clonal deletion leads to relatively low numbers or low-to-intermediate T cell receptor (TCR) affinity of self/tumor-specific T cells. Second, the poor innate immune stimulation by solid tumors is responsible for inefficient priming and boosting. Third, T cells are suppressed in the tumor microenvironment by inhibitory signals from other immune cells, stroma and tumor cells, which induces T cell exhaustion, as demonstrated in metastases of melanoma patients. State-of-the-art adoptive cell transfer and active immunotherapy can partially overcome the three stumbling blocks. The reversibility of T cell exhaustion and novel molecular insights provide the basis for further improvements of clinical immunotherapy.

T cell recognition of hapten. Anatomy of T cell receptor binding of a H-2kd-associated photoreactive peptide derivative.

To elucidate the structural basis of T cell recognition of hapten-modified antigenic peptides, we studied the interaction of the T1 T cell antigen receptor (TCR) with its ligand, the H-2Kd-bound Plasmodium berghei circumsporozoite peptide 252-260 (SYIPSAEKI) containing photoreactive 4-azidobenzoic acid (ABA) on P. berghei circumsporozoite Lys259. The photoaffinity-labeled TCR residue(s) were mapped as Tyr48 and/or Tyr50 of complementary determining region 2beta (CDR2beta). Other TCR-ligand contacts were identified by mutational analysis. Molecular modeling, based on crystallographic coordinates of closely related TCR and major histocompatibility complex I molecules, indicated that ABA binds strongly and specifically in a cavity between CDR3alpha and CDR2beta. We conclude that TCR expressing selective Vbeta and CDR3alpha sequences form a binding domain between CDR3alpha and CDR2beta that can accommodate nonpeptidic moieties conjugated at the C-terminal portion of peptides binding to major histocompatibility complex (MHC) encoded proteins.

Allorestricted T lymphocytes with a high avidity T-cell receptor towards NY-ESO-1 have potent anti-tumor activity.

The cancer-testis antigen NY-ESO-1 has been targeted as a tumor-associated antigen by immunotherapeutical strategies, such as cancer vaccines. The prerequisite for a T-cell-based therapy is the induction of T cells capable of recognizing the NY-ESO-1-expressing tumor cells. In this study, we generated human T lymphocytes directed against the immunodominant NY-ESO-1(157-165) epitope known to be naturally presented with HLA-A*0201. We succeeded to isolate autorestricted and allorestricted T lymphocytes with low, intermediate or high avidity TCRs against the NY-ESO-1 peptide. The avidity of the established CTL populations correlated with their capacity of lysing HLA-A2-positive, NY-ESO-1-expressing tumor cell lines derived from different origins, e.g. melanoma and myeloma. The allorestricted NY-ESO-1-specific T lymphocytes displayed TCRs with the highest avidity and best anti-tumor recognition activity. TCRs derived from allorestricted, NY-ESO-1-specific T cells may be useful reagents for redirecting primary T cells by TCR gene transfer and, therefore, may facilitate the development of adoptive transfer regimens based on TCR-transduced T cells for the treatment of NY-ESO-1-expressing hematological malignancies and solid tumors.

Primary γδ T cell lymphoma of the lung: report of a case with features suggesting derivation from intraepithelial γδ T lymphocytes [Primary gammadelta T cell lymphoma of the lung: report of a case with features suggesting derivation from intraepithelial gammadelta T lymphocytes].

T cell lymphoma of γδ T cell origin is a rare disease that mainly involves extranodal sites and shows aggressive clinical behavior. Here, we report a case of primary γδ T cell lymphoma of the lungs with epitheliotropism in the respiratory epithelium, a feature somewhat reminiscent of what is observed in enteropathy-associated T cell lymphoma. A 63-year-old man presented with chest pain and dyspnea on exertion, weight loss, and general weakness. On a positron emission tomography (PET) scan, multiple hypermetabolic lesions were found in both lungs. Microscopic examination of the wedge lung biopsy revealed nodular infiltration of monomorphic, medium- to large-sized atypical lymphocytes with round nuclei, coarse chromatin, and a variable amount of clear to eosinophilic cytoplasm. Of note, intraepithelial lymphocytosis by atypical lymphoid cells was observed in the respiratory epithelium within and around the nodule. Immunohistochemically, the tumor cells were CD3+, TCRβF1-, TCRγ+, CD5-, CD7+, CD20-, CD79a-, CD30-, CD4-, CD8-, CD10-, BCL6-, CD21-, CD56+, CD57-, and CD138-, and expressed cytotoxic molecules. Epstein-Barr virus (EBV) was not detected by an in situ hybridization assay for EBV-encoded RNA. Interestingly, CD103 was expressed by a subset of tumor cells, especially those infiltrating the epithelium. T cell clonality was detected by multiplex PCR analysis of TRG and TRD gene rearrangements. After 2 months of systemic chemotherapy, PET scan showed regression of the size and metabolic activity of the lesions. This case represents a unique γδ T cell lymphoma of the lungs showing epitheliotropism by CD103+ γδ T cells that is suggestive of tissue-resident γδ T cells as the cell of origin.

Homeostatic proliferation and survival of naïve and memory T cells.

The immune system relies on homeostatic mechanisms in order to adapt to the changing requirements encountered during steady-state existence and activation by antigen. For T cells, this involves maintenance of a diverse repertoire of naïve cells, rapid elimination of effector cells after pathogen clearance, and long-term survival of memory cells. The reduction of T-cell counts by either cytotoxic drugs, irradiation, or certain viruses is known to lead to lymphopenia-induced proliferation and restoration of normal T-cell levels. Such expansion is governed by the interaction of TCR with self-peptide/MHC (p/MHC) molecules plus contact with cytokines, especially IL-7. These same ligands, i.e. p/MHC molecules and IL-7, maintain naïve T lymphocytes as resting cells under steady-state T-cell-sufficient conditions. Unlike naïve cells, typical "central" memory T cells rely on a combination of IL-7 and IL-15 for their survival in interphase and for occasional cell division without requiring signals from p/MHC molecules. Other memory T-cell subsets are less quiescent and include naturally occurring activated memory-phenotype cells, memory cells generated during chronic viral infections, and effector memory cells. These subsets of activated memory cells differ from central memory T cells in their requirements for homeostatic proliferation and survival. Thus, the factors controlling T-cell homeostasis can be seen to vary considerably from one subset to another as described in detail in this review.

Thymus-independent generation of NK1+ T cells in vitro from fetal liver precursors.

NK1.1+TCR alpha beta+ (NK1+) T cells are an unusual subset of mouse TCR alpha beta+ cells found primarily in adult thymus and liver. In contrast to conventional TCR alpha beta+ cells, NK1+ T cells have a TCR repertoire that is highly skewed to V alpha14 and to Vbeta8, -7, and -2. The developmental origin and ligand specificity of NK1+ T cells are controversial. We show here that NK1+ T cells with a typically biased V alpha and V beta repertoire develop in cytokine-supplemented suspension cultures of fetal liver established from either normal or athymic mice. Furthermore, NK1+ T cell development in fetal liver cultures is abrogated in beta2m-deficient mice (which lack MHC class I and other related molecules) and can be partially inhibited by the presence of anti-CD1 mAbs. Moreover, mixing experiments indicate that recombination-deficient SCID fetal liver cells can reconstitute NK1+ T cell development in beta2m-deficient fetal liver cultures. Collectively, our data demonstrate that NK1+ T cells can develop extrathymically from fetal liver precursors and that a beta2m-associated ligand (putatively CD1) present on nonlymphoid cells is essential for their positive selection and/or expansion.

Impact of orthologous melan-A peptide immunizations on the anti-self melan-A/HLA-A2 T cell cross-reactivity.

In HLA-A2 individuals, the CD8 T cell response against the differentiation Ag Melan-A is mainly directed toward the peptide Melan-A26-35. The murine Melan-A24-33 sequence encodes a peptide that is identical with the human Melan-A26-35 decamer, except for a Thr-to-Ile substitution at the penultimate position. Here, we show that the murine Melan-A24-33 is naturally processed and presented by HLA-A2 molecules. Based on these findings, we compared the CD8 T cell response to human and murine Melan-A peptide by immunizing HLA-A2 transgenic mice. Even though the magnitude of the CTL response elicited by the murine Melan-A peptide was lower than the one elicited by the human Melan-A peptide, both populations of CTL recognized the corresponding immunizing peptide with the same functional avidity. Interestingly, CTL specific for the murine Melan-A peptide were completely cross-reactive against the orthologous human peptide, whereas anti-human Melan-A CTL recognized the murine Melan-A peptide with lower avidity. Structurally, this discrepancy could be explained by the fact that Ile32 of murine Melan-A24-33 created a larger TCR contact area than Thr34 of human Melan-A26-35. These data indicate that, even if immunizations with orthologous peptides can induce strong specific T cell responses, the quality of this response against syngeneic targets might be suboptimal due to the structure of the peptide-TCR contact surface.

The use of positional scanning synthetic combinatorial libraries (PS-SCL) to study T Lympohcyte specificity and degeneracy

Les cellules CD8? T cytolytiques (CTL) sont les principaux effecteurs du système immunitaire adaptatif contre les infections et les tumeurs. La récente identification d?antigènes tumoraux humains reconnus par des cellules T cytolytiques est la base pour le, développement des vaccins antigène spécifiques contre le cancer. Le nombre d?antigènes tumoraux reconnus par des CTL que puisse être utilisé comme cible pour la vaccination des patients atteints du cancer est encore limité. Une nouvelle technique, simple et rapide, vient d?être proposée pour l?identification d?antigènes reconnus par des CTL. Elle se base sur l?utilisation de librairies combinatoriales de peptides arrangées en un format de "scanning" ou balayage par position (PS-SCL). La première partie de cette étude a consisté à valider cette nouvelle technique par une analyse détaillée de la reconnaissance des PS-SCL par différents clones de CTL spécifiques pour des antigènes associés à la tumeur (TAA) connus ainsi que par des clones de spécificité inconnue. Les résultats de ces analyses révèlent que pour tous les clones, la plupart des acides aminés qui composent la séquence du peptide antigénique naturel ont été identifiés par l?utilisation des PS-SCL. Les résultats obtenus ont permis d?identifier des peptides analogues ayant une antigènicité augmentée par rapport au peptide naturel, ainsi que des peptides comportant de multiples modifications de séquence, mais présentant la même réactivité que le peptide naturel. La deuxième partie de cette étude a consisté à effectuer des analyses biométriques des résultats complexes générés par la PS-SCL. Cette approche a permis l?identification des séquences correspondant aux épitopes naturels à partir de bases de données de peptides publiques. Parmi des milliers de peptides, les séquences naturelles se trouvent comprises dans les 30 séquences ayant les scores potentiels de stimulation les plus élevés pour chaque TAA étudié. Mais plus important encore, l?utilisation des PS-SCL avec un clone réactif contre des cellules tumorales mais de spécificité inconnue nous a permis d?identifier I?epitope reconnu par ce clone. Les données présentées ici encouragent l?utilisation des PS-SCL pour l?identification et l?optimisation d?épitopes pour des CTL réactifs anti-tumoraux, ainsi que pour l?étude de la reconnaissance dégénérée d?antigènes par les CTL.<br/><br/>CD8+ cytolytic T lymphocytes (CTL) are the main effector cells of the adaptive immune system against infection and tumors. The recent identification of moleculariy defined human tumor Ags recognized by autologous CTL has opened new opportunities for the development of Ag-specific cancer vaccines. Despite extensive work, however, the number of CTL-defined tumor Ags that are suitable targets for the vaccination of cancer patients is still limited, especially because of the laborious and time consuming nature of the procedures currentiy used for their identification. The use of combinatorial peptide libraries in positionai scanning format (Positional Scanning Synthetic Combinatorial Libraries, PS-SCL)' has recently been proposed as an alternative approach for the identification of these epitopes. To validate this approach, we analyzed in detail the recognition of PS-SCL by tumor-reactive CTL clones specific for multiple well-defined tumor-associated Ags (TAA) as well as by tumor-reactive CTL clones of unknown specificity. The results of these analyses revealed that for all the TAA-specific clones studied most of the amino acids composing the native antigenic peptide sequences could be identified through the use of PS-SCL. Based on the data obtained from the screening of PS-SCL, we could design peptide analogs of increased antigenicity as well as cross-reactive analog peptides containing multiple amino acid substitutions. In addition, the resuits of PS-SCL-screening combined with a recently developed biometric data analysis (PS-SCL-based biometric database analysis) allowed the identification of the native peptides in public protein databases among the 30 most active sequences, and this was the case for all the TAA studied. More importantiy, the screening of PS- SCL with a tumor-reactive CTL clone of unknown specificity resulted in the identification of the actual epitope. Overall, these data encourage the use of PS-SCL not oniy for the identification and optimization of tumor-associated CTL epitopes, but also for the analysis of degeneracy in T lymphocyte receptor (TCR) recognition of tumor Ags.<br/><br/>Les cellules T CD8? cytolytiques font partie des globules blancs du sang et sont les principales responsables de la lutte contre les infections et les tumeurs. Les immunologistes cherchent depuis des années à identifier des molécules exprimées et présentées à la surface des tumeurs qui puissent être reconnues par des cellules T CD8? cytolytiques capables ensuite de tuer ces tumeurs de façon spécifique. Ce type de molécules représente la base pour le développement de vaccins contre le cancer puisqu?elles pourraient être injectées aux patients afin d?induire une réponse anti- tumorale. A présent, il y a très peu de molécules capables de stimuler le système immunitaire contre les tumeurs qui sont connues parce que les techniques développées à ce jour pour leur identification sont complexes et longues. Une nouvelle technique vient d?être proposée pour l?identification de ce type de molécules qui se base sur l?utilisation de librairies de peptides. Ces librairies représentent toutes les combinaisons possibles des composants de base des molécules recherchées. La première partie de cette étude a consisté à valider cette nouvelle technique en utilisant des cellules T CD8? cytolytiques capables de tuer des cellules tumorales en reconnaissant une molécule connue présente à leur surface. On a démontré que l?utilisation des librairies permet d?identifier la plupart des composants de base de la molécule reconnue par les cellules T CD8? cytolytiques utilisées. La deuxième partie de cette étude a consisté à effectuer une recherche des molécules potentiellement actives dans des protéines présentes dans des bases des données en utilisant un programme informatique qui permet de classer les molécules sur la base de leur activité biologique. Parmi des milliers de molécules de la base de données, celles reconnues par nos cellules T CD8? cytolytiques ont été trouvées parmi les plus actives. Plus intéressant encore, la combinaison de ces deux techniques nous a permis d?identifier la molécule reconnue par une population de cellules T CD8? cytolytiques ayant une activité anti-tumorale, mais pour laquelle on ne connaissait pas la spécificité. Nos résultats encouragent l?utilisation des librairies pour trouver et optimiser des molécules reconnues spécifiquement par des cellules T CD8? cytolytiques capables de tuer des tumeurs.

The role of Notch receptor signaling in T helper 17 cell differentiation

Antigenic recognition by naive CD4+ T cells induces their proliferation and differentiation into functionally distinct T helper (Th) cell. Each CD4+ Th cell subset expresses specific transcription factors and produces signature cytokines that coordinate immune responses against encountered pathogens. Among the factors influencing CD4+ Th cell differentiation, Notch signaling pathway has been reported to play a role in the differentiation and function of multiple CD4+Thcell subsets. Notch signaling is an evolutionarily conserved cell-to-cell signaling cascade involved in many cell fate decision processes. How Notch signaling modulates the differentiation of CD4+ Th cell subsets and whether Notch signaling alone is sufficient or not for the differentiation of CD4+ Th cells is still a matter of debate. Th17 cells are a distinct subset of CD4+ Th cells. They play a role in the control of extracellular bacterial and fungal infections and may lead to inflammatory and autoimmune diseases if not properly regulated. Th17 cells are defined by the expression of RAR-related orphan receptor (ROR)a and RORyT transcription factors and their secretion of IL-17A, IL-17F cytokines. The involvement of Notch signaling in Th17 cell differentiation has mostly been studied in vitro. However, neither the experimental conditions when Notch signaling might be involved in Th17 cell differentiation in vitro and in vivo nor the precise role of Notch in this process remain clear. To better define how Notch signaling impacts Th17 differentiation, we used mice with T cell specific ablation of Notchl and Notch2 (N1 N2ACD4Cre) or of Notch transcriptional repressor RBP- JK (RBP-J ACD4Cre). We show that impaired Notch signaling in T cells, when TCR activating signal were reduced, increased RORyT and IL-17 mRNA levels during in vitro Th17 cell differentiation. Following immunization with OVA in CFA, an adjuvant that induces mostly Th17 cell response, increased IL-17A mRNA and intracellular IL-17A levels were observed in draining lymph nodes of Notch-deficient CD4+T cells. Our data suggest that Notch limited Th17 cell differentiation. Despite high levels of IL-17 mRNA and intracellular IL-17 proteins observed in Notch-deficient T cells, their release of Th17 cytokines ex vivo was markedly decreased, indicating a role for Notch signaling. During the second part of this thesis, we observed that the impact of Notch on Th17 cell differentiation and effector functions was context-dependent using different in vivo experimental models, in which Th17 cells and IL-17A were reported to contribute in the disease development. Collectively, our data reveal that Notch signaling controls the fine-tuning of Th17 cell differentiation and effector functions by limiting their differentiation but promoting selectively cytokine release through Notch-dependent mechanisms that still need to be defined. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes CD4+ T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent la réponse immunitaire contre les pathogènes rencontrés. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules et dans de nombreux processus de décisions cellulaires. La manière dont la voie de signalisation Notch régule la différenciation des lymphocytes CD4+ T en sous-types de cellules CD4+ auxiliaires, mais également la question de savoir si la voie de signalisation Notch est capable ou non d'induire la différenciation des cellules CD4+T auxiliaires, restent à débattre. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont un sous-type distinct de cellules CD4+T. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre des pathogènes tels que les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 peut conduire à des inflammations mais également à des maladies auto-immunes. Les cellules Th17 sont définies par l'expression de leurs facteurs de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)a, RORyT et par la sécrétion de cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a principalement été démontré in vitro. Malgré tout, ni les conditions expérimentales dans lesquelles cette voie pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17 in vitro et in vivo, mais également ni la fonction exacte de Notch dans ces processus, ne sont des questions résolues. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-J ACD4Cre). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17A sont augmentés dans les cellules Th17 pendant la différenciation in vitro, en présence de niveaux réduits des signaux activant les cellules T CD4+. Une augmentation dans les niveaux d'ARNm de IL-17A et de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique a été observée dans les cellules T CD4+ Notch déficientes, au niveau des ganglions drainants après immunisation avec l'OVA dans le CFA, un adjuvant induisant une réponse des cellules Th17. Nos résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL-17A au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré une augmentation de IL-17A au niveau de l'ARNm et protéinique dans les cellules CD4+ T Notch déficientes, paradoxalement la sécrétion de IL-17A mais également de cytokines associées aux fonctions effectrices des cellules Th17 sont profondément diminuées 6X vivo, suggérant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ce processus. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, nous avons observé que l'impact de Notch dans la différenciation des cellules Th17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux in vivo, où les cellules Th17 et l'IL-17A ont été identifiées comme ar-.riCociêSM dans le développement ds la pathologie. En résumé, nous avons montré que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation, mais en promouvant sélectivement leur relâchement en cytokines associés aux cellules Th17 par l'intermédiaire de mécanismes dépendant de Notch, qui restent toujours à déterminer. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent une réponse immunitaire contre différents pathogènes. Les mécanismes liés à la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires sont complexes et régulés. Une mauvaise régulation de la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires peut conduire à des maladies auto-immunes, mais également à des processus inflammatoires. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules, mais également dans de nombreux processus de décisions cellulaires. Quelle est l'implication de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des lymphocytes CD4+ en sous-types de cellules CD4+T auxiliaires et comment cette voie agit dans ce processus, sont des questions débattues. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont une sous-population distincte de lymphocytes CD4+. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 a été associée à des maladies auto-immunes et à l'inflammation. Les cellules Th17 sont définies par l'expression du facteur de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)yT et des cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a été principalement démontré dans des études expérimentales in vitro. Malgré tout, les conditions expérimentales exactes dans lesquelles la voie de signalisation de Notch pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17, mais également le rôle de Notch dans ce processus ne sont pas encore clairement élucidés. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1 N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-JACD4CRE). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17 sont augmentés dans les cellules Th17 pendant leur différenciation in vitro. Cet effet de Notch sur la transcription apparaît être facultatif lorsque les conditions environnementales sont en excès in vitro. Après immunisation avec un adjuvant qui induit principalement une réponse des cellules Th17, nous avons observé que les niveaux de ARNm de IL-17A et aussi de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique étaient augmentés dans les ganglions drainants dans les cellules CD4+ Notch déficientes. Ces résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL- 17 au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré des niveaux plus élevés de IL- 17 ARNm et aussi IL-17A intracellulaire dans les cellules T Notch déficientes, le relâchement en cytokines Th17 est profondément diminué indiquant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ces processus de sécrétion. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons observé que le rôle de Notch dans ia différenciation dss cellules Ti,17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux, qui ont été rapportés comme une réponse induisant des cellules Th17. En résumé, nos données montrent que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation mais en promouvant sélectivement le relâchement en cytokines associées aux cellules Th17 par des mécanismes dépendant de Notch qui restent toujours à déterminer. Par conséquent, l'inhibition de la voie de signalisation Notch pourrait être utilisée dans des situations inflammatoires ou d'auto-immunité où la réponse des cellules Th17 est exacerbée.

Single cell tuning of Myc expression by antigen receptor signal strength and interleukin-2 in T lymphocytes.

Myc controls the metabolic reprogramming that supports effector T cell differentiation. The expression of Myc is regulated by the T cell antigen receptor (TCR) and pro-inflammatory cytokines such as interleukin-2 (IL-2). We now show that the TCR is a digital switch for Myc mRNA and protein expression that allows the strength of the antigen stimulus to determine the frequency of T cells that express Myc. IL-2 signalling strength also directs Myc expression but in an analogue process that fine-tunes Myc quantity in individual cells via post-transcriptional control of Myc protein. Fine-tuning Myc matters and is possible as Myc protein has a very short half-life in T cells due to its constant phosphorylation by glycogen synthase kinase 3 (GSK3) and subsequent proteasomal degradation. We show that Myc only accumulates in T cells exhibiting high levels of amino acid uptake allowing T cells to match Myc expression to biosynthetic demands. The combination of digital and analogue processes allows tight control of Myc expression at the population and single cell level during immune responses.

Direct tumor recognition by a human CD4(+) T-cell subset potently mediates tumor growth inhibition and orchestrates anti-tumor immune responses.

Tumor antigen-specific CD4(+) T cells generally orchestrate and regulate immune cells to provide immune surveillance against malignancy. However, activation of antigen-specific CD4(+) T cells is restricted at local tumor sites where antigen-presenting cells (APCs) are frequently dysfunctional, which can cause rapid exhaustion of anti-tumor immune responses. Herein, we characterize anti-tumor effects of a unique human CD4(+) helper T-cell subset that directly recognizes the cytoplasmic tumor antigen, NY-ESO-1, presented by MHC class II on cancer cells. Upon direct recognition of cancer cells, tumor-recognizing CD4(+) T cells (TR-CD4) potently induced IFN-γ-dependent growth arrest in cancer cells. In addition, direct recognition of cancer cells triggers TR-CD4 to provide help to NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells by enhancing cytotoxic activity, and improving viability and proliferation in the absence of APCs. Notably, the TR-CD4 either alone or in collaboration with CD8(+) T cells significantly inhibited tumor growth in vivo in a xenograft model. Finally, retroviral gene-engineering with T cell receptor (TCR) derived from TR-CD4 produced large numbers of functional TR-CD4. These observations provide mechanistic insights into the role of TR-CD4 in tumor immunity, and suggest that approaches to utilize TR-CD4 will augment anti-tumor immune responses for durable therapeutic efficacy in cancer patients.

Identifying Individual T Cell Receptors of Optimal Avidity for Tumor Antigens.

Cytotoxic T cells recognize, via their T cell receptors (TCRs), small antigenic peptides presented by the major histocompatibility complex (pMHC) on the surface of professional antigen-presenting cells and infected or malignant cells. The efficiency of T cell triggering critically depends on TCR binding to cognate pMHC, i.e., the TCR-pMHC structural avidity. The binding and kinetic attributes of this interaction are key parameters for protective T cell-mediated immunity, with stronger TCR-pMHC interactions conferring superior T cell activation and responsiveness than weaker ones. However, high-avidity TCRs are not always available, particularly among self/tumor antigen-specific T cells, most of which are eliminated by central and peripheral deletion mechanisms. Consequently, systematic assessment of T cell avidity can greatly help distinguishing protective from non-protective T cells. Here, we review novel strategies to assess TCR-pMHC interaction kinetics, enabling the identification of the functionally most-relevant T cells. We also discuss the significance of these technologies in determining which cells within a naturally occurring polyclonal tumor-specific T cell response would offer the best clinical benefit for use in adoptive therapies, with or without T cell engineering.