Limited heterogeneity of autoantigens and T cells in autoimmune diseases?

For many induced and spontaneous autoimmune diseases, a predominant role for T cells in the organ-specific destruction process has been shown. In one of the induced models of autoimmunity, experimental allergic encephalomyelitis (EAE), a very small heterogeneity of T-cell receptor (TcR) molecules is expressed by the pathogenic T cells in both rats and mice. Contrary to induced autoimmune diseases, little is known about the autoantigens recognized by these autoimmune T cells and the heterogeneity of their TcR in spontaneous autoimmune diseases. The aim of this work was to establish a system which allows characterization of relevant autoantigens in spontaneous insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM) in non-obese diabetic (NOD) mice. A completely different approach was taken to characterize the gene products of the minor lymphocyte stimulatory (Mls) loci. These gene products are responsible for the clonal elimination or the clonal stimulation of T cells expressing particular TcR V beta genes and therefore could be implicated in induction of autoimmune diseases by oligoclonal T-cell populations. The finding that Mls antigens are encoded by retroviral sequences leads to the hypothesis that viruses could be the inducing agents of autoimmune diseases.

Malt1 protease inactivation efficiently dampens immune responses but causes spontaneous autoimmunity.

The protease activity of the paracaspase Malt1 has recently gained interest as a drug target for immunomodulation and the treatment of diffuse large B-cell lymphomas. To address the consequences of Malt1 protease inactivation on the immune response in vivo, we generated knock-in mice expressing a catalytically inactive C472A mutant of Malt1 that conserves its scaffold function. Like Malt1-deficient mice, knock-in mice had strong defects in the activation of lymphocytes, NK and dendritic cells, and the development of B1 and marginal zone B cells and were completely protected against the induction of autoimmune encephalomyelitis. Malt1 inactivation also protected the mice from experimental induction of colitis. However, Malt1 knock-in mice but not Malt1-deficient mice spontaneously developed signs of autoimmune gastritis that correlated with an absence of Treg cells, an accumulation of T cells with an activated phenotype and high serum levels of IgE and IgG1. Thus, removal of the enzymatic activity of Malt1 efficiently dampens the immune response, but favors autoimmunity through impaired Treg development, which could be relevant for therapeutic Malt1-targeting strategies.

CTLA-4 controls the thymic development of both conventional and regulatory T cells through modulation of the TCR repertoire.

Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4 (CTLA-4; CD152) is of pivotal importance for self-tolerance, with deficiency or unfavorable polymorphisms leading to autoimmune disease. Tolerance to self-antigens is achieved through thymic deletion of highly autoreactive conventional T (Tconv) cells and generation of FoxP3(+) regulatory T (Treg) cells. The main costimulatory molecule, CD28, augments the negative selection of Tconv cells and promotes the generation of FoxP3(+) Treg cells. The role of its antagonistic homolog CTLA-4, however, remains a topic of debate. To address this topic, we investigated the thymic development of T cells in the presence and absence of CTLA-4 in a T-cell receptor (TCR) transgenic mouse model specific for the myelin basic protein peptide Ac1-9. We reveal that CTLA-4 is expressed in the corticomedullary region of the thymus. Its absence alters the response of CD4(+)CD8(-) thymocytes to self-antigen recognition, which affects the quantity of the Treg cells generated and broadens the repertoire of peripheral Tconv cells. T-cell repertoire alteration after deletion of CTLA-4 results from changes in TCR Vα and Jα segment selection as well as CDR3α composition in Tconv and Treg cells. CTLA-4, therefore, regulates the early development of self-reactive T cells in the thymus and plays a key role in central tolerance.

Selective in vivo visualization of immune-cell infiltration in a mouse model of autoimmune myocarditis by fluorine-19 cardiac magnetic resonance.

BACKGROUND: The goal of this study was to characterize the performance of fluorine-19 ((19)F) cardiac magnetic resonance (CMR) for the specific detection of inflammatory cells in a mouse model of myocarditis. Intravenously administered perfluorocarbons are taken up by infiltrating inflammatory cells and can be detected by (19)F-CMR. (19)F-labeled cells should, therefore, generate an exclusive signal at the inflamed regions within the myocardium. METHODS AND RESULTS: Experimental autoimmune myocarditis was induced in BALB/c mice. After intravenous injection of 2×200 µL of a perfluorocarbon on day 19 and 20 (n=9) after immunization, in vivo (19)F-CMR was performed at the peak of myocardial inflammation (day 21). In 5 additional animals, perfluorocarbon combined with FITC (fluorescein isothiocyanate) was administered for postmortem immunofluorescence and flow-cytometry analyses. Control experiments were performed in 9 animals. In vivo (19)F-CMR detected myocardial inflammation in all experimental autoimmune myocarditis-positive animals. Its resolution was sufficient to identify even small inflammatory foci, that is, at the surface of the right ventricle. Postmortem immunohistochemistry and flow cytometry confirmed the presence of perfluorocarbon in macrophages, dendritic cells, and granulocytes, but not in lymphocytes. The myocardial volume of elevated (19)F signal (rs=0.96; P<0.001), the (19)F signal-to-noise ratio (rs=0.92; P<0.001), and the (19)F signal integral (rs=0.96; P<0.001) at day 21 correlated with the histological myocarditis severity score. CONCLUSIONS: In vivo (19)F-CMR was successfully used to visualize the inflammation specifically and robustly in experimental autoimmune myocarditis, and thus allowed for an unprecedented insight into the involvement of inflammatory cells in the disease process.

Neuroinflammatory TNFα Impairs Memory via Astrocyte Signaling.

The occurrence of cognitive disturbances upon CNS inflammation or infection has been correlated with increased levels of the cytokine tumor necrosis factor-α (TNFα). To date, however, no specific mechanism via which this cytokine could alter cognitive circuits has been demonstrated. Here, we show that local increase of TNFα in the hippocampal dentate gyrus activates astrocyte TNF receptor type 1 (TNFR1), which in turn triggers an astrocyte-neuron signaling cascade that results in persistent functional modification of hippocampal excitatory synapses. Astrocytic TNFR1 signaling is necessary for the hippocampal synaptic alteration and contextual learning-memory impairment observed in experimental autoimmune encephalitis (EAE), an animal model of multiple sclerosis (MS). This process may contribute to the pathogenesis of cognitive disturbances in MS, as well as in other CNS conditions accompanied by inflammatory states or infections.

Altering in vivo fate of heart-infiltrating progenitors from pro-fibrotic into F4/80+macrophages prevents progression of myocarditis into inflammatory dilated cardiomyopathy

Rationale: Experimental autoimmune myocarditis (EAM) mirrors important pathogenic aspects of inflammatory cardiomyopathy, a common cause of heart failure. In EAM, TGF-β-dependent conversion of heart-infiltrating prominin-1+ progenitors into myofibroblasts is critical for development of fibrosis and the end-stage heart failure phenotype. Therapeutic strategies modulating the in vivo fate of prominin-1+ progenitors might therefore prevent TGF-β-mediated cardiac fibrosis and pathological remodelling. Methods and Results: EAM was induced in BALB/c mice using alpha-myosin heavy chain (aMyHC) peptide/complete Freund's adjuvant (CFA) immunization. Prominin-1+ cells were isolated from the inflamed hearts at day 21 after immunization, expanded and treated with Macrophage Colony-Stimulating Factor (M-CSF) or Transforming Growth Factor-beta (TGF-β). Herein, we demonstrated that M-CSF turns, ex vivo and in the EAM, heart-infiltrating prominin-1+ progenitors into immunosuppressive F4/80/CD11b/CD16/32/NOS2-expressing, nitric oxide producing and E.coli bacteria phygocyting macrophages, and protect further TGF-β-stimulated differentiation into pathogenic myofibroblasts. Systemic M-CSF treatment during myocarditis completely prevented post-inflammatory fibrosis, T cell relapse and left ventricular dysfunction. Mechanistically, M-CSF-induced macrophage differentiation from prominin-1+ progenitors critically required nitric oxide synthase 2. Accordingly, M-CSF treatment failed to reduce myocardial fibrosis development in Nos2-/- mice. Conclusions: Altering the in vivo fate of inflammatory prominin-1 expressing progenitors from pro-fibrotic into the F4/80 expressing macrophage phenotype protects from myocarditis progression, cardiac fibrosis, and heart failure. These findings offer a modern therapeutic model and challenge former concepts, which attributed macrophages a detrimental role in inflammatory cardiomyopathy progression.

TNF-alpha-dependent loss of IKKbeta-deficient myeloid progenitors triggers a cytokine loop culminating in granulocytosis.

Loss of IκB kinase (IKK) β-dependent NF-κB signaling in hematopoietic cells is associated with increased granulopoiesis. Here we identify a regulatory cytokine loop that causes neutrophilia in Ikkβ-deficient mice. TNF-α-dependent apoptosis of myeloid progenitor cells leads to the release of IL-1β, which promotes Th17 polarization of peripheral CD4(+) T cells. Although the elevation of IL-17 and the consecutive induction of granulocyte colony-stimulating factor compensate for the loss of myeloid progenitor cells, the facilitated induction of Th17 cells renders Ikkβ-deficient animals more susceptible to the development of experimental autoimmune encephalitis. These results unravel so far unanticipated direct and indirect functions for IKKβ in myeloid progenitor survival and maintenance of innate and Th17 immunity and raise concerns about long-term IKKβ inhibition in IL-17-mediated diseases.

The role of nonhematopoietic MHC class II expression in immune responses and tolerance

Si les rôles fonctionnels de diverses cellules immunitaires infiltrant des tissus enflammés sont assez bien compris, par contre, étonnamment, on connaît bien moins la capacité des cellules non hématopoïétiques résidant dans des tissus, à moduler l'activité biologique des cellules immunitaires immigrantes, et donc le résultat de la réponse immunitaire. La présentation des antigènes, dans le contexte des molécules du CMH de classe II (CMHII) à la surface des cellules présentatrices d'antigènes (CPA) professionnelles à une sous- population de lymphocytes T, est cruciale pour le développement des réponses immunitaires protectives spécifiques de l'antigène. En général, l'expression de CMHII est réservée aux CPAs. Toutefois, au cours des pathologies inflammatoires spécifiques d'organe, telles que l'auto-immunité ou la maladie inflammatoire de l'intestin, l'expression de CMHII est également induite par la cytokine interféron (IFN)-y sur des cellules non hématopoïétiques qui résident dans des tissus enflammés. Les conséquences de ce phénomène sont encore peu comprises. Dans cette étude, nous avons utilisé une souche de souris génétiquement modifiées, qui n'a pas la capacité d'induire l'expression de CMHII sur les cellules non hématopoïétiques, mais a maintenu la régulation normale d'expression de CMHII sur les cellules hématopoïétiques. Nous avons appliqué ces souris à différents modèles d'inflammation intestinale et à un modèle de maladie qui imite la maladie auto-immune de l'inflammation du muscle cardiaque (myocardite) chez l'homme. Nous avons pu montrer que, au cours de l'inflammation intestinale, l'expression du CMHII nonhématopoïétique, ou encore l'expression du CMHII par les cellules épithéliales de l'intestin, confère une protection contre la maladie, en réduisant les cellules immunitaires inflammatoires et en augmentant les cellules Τ régulatrices anti-inflammatoires. Ces résultats pourraient expliquer l'échec des traitements d'anti-IFN-γ dans les maladies intestinales inflammatoires chez l'homme. En revanche, dans la myocardite auto-immune, nos résultats indiquent que la présentation d'antigènes par les cellules non hématopoïétiques du coeur est nécessaire pour l'apparition de la pathologie cardiaque, comme nos souris sont résistantes à la maladie. Toutefois, cela n'est pas dû à un défaut d'activation des lymphocytes T, car les lymphocytes Τ des souris mutantes sont parfaitement capables de promouvoir la maladie après le transfert adoptif dans des animaux de type naturel. Nos résultats suggèrent que, durant les maladies inflammatoires spécifiques d'organe, la présentation d'antigène par des cellules non hématopoïétiques module et contribue au résultat de la réponse immunitaire d'une manière opposée, conférant soit la protection contre la maladie ou sa promotion. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à des thérapies qui prennent en compte la contribution de la présentation d'antigènes par les cellules non hématopoïétiques, au cours des maladies inflammatoires spécifiques d'organe. - Les molécules du CMH de classe II (CMHII) sont fondamentales pour la présentation des antigènes aux lymphocytes Τ CD4+, car elles permettent le développement des réponses immunitaires spécifiques de l'antigène. Il est largement admis que l'expression de CMHII est réservée aux cellules présentatrices d'antigènes (CPA). Cependant, dans des conditions inflammatoires, l'expression de CMHII est en principe également induite par l'interféron (IFN)-y sur les cellules non hématopoïétiques, telles que les cellules épithéliales et les cardiomyocytes. Une controverse existe jusqu'à présent au sujet de la fonction de cette présentation d'antigènes non professionnelle, pour savoir si elle favorise la tolérance ou l'immunité dépendante des lymphocytes Τ in vivo. Pour répondre à cette question, nous avons testé des souris qui ne sont pas capables d'induire l'expression du CMHII sur les cellules non hématopoïétiques (souris PIV-/- K14 CIITA Tg) parmi différents modèles murins de pathologies inflammatoires, à savoir les modèles de vaccination pour induire des réponses spécifiques d'antigènes des lymphocytes B, plusieurs modèles de colite et un modèle de myocardite auto-immune expérimental (EAM). Pour cela, nous avons administré à ces souris un modèle de colite atténuée, induite par une infection chronique à Helicobacter hepaticus et par l'administration d'anticorps monoclonaux bloquant le récepteur de l'interleukine (IL)-10 (anti-IL-10R). Dans ce système, nous avons pu observer que l'expression abrogée de CMHII a aggravé la colite bactérienne, soit par les cellules non hématopoïétiques, soit exclusivement par les cellules épithéliales intestinales (CEI) dans un autre modèle murin (souris plV_fl/fl vil-Cre Tg). Ce phénotype du côlon a été associé à une augmentation des fréquences de cellules immunitaires innées, de lymphocytes Th1 CD4+, et d'expression des cytokines et de chimiokines pro-inflammatoires, y compris l'IFN-γ. Notamment, l'expression défectueuse de CMHII non hématopoïétique a également réduit les cellules Τ régulatrices (Treg) Forkhead box P3 (FoxP3)+, sans influencer les fréquences des cellules innées lymphoïdes et des cellules Th17. Ces résultats suggèrent un rôle tolérogène de CEIs CMHII+ qui contribue à l'homéostasie immunitaire intestinale. En revanche, dans le modèle d'EAM, les souris ayant subi une ablation de CMHII non hématopoïétique étaient résistantes à l'induction de la maladie, alors que la progression de la pathologie cardiaque, dans les souris de type naturel ou hétérozygotes, a été accompagnée par une régulation positive de l'expression de CMHII du myocarde. Cependant, l'inflammation cardiaque pourrait être transférée de manière adoptive depuis des souris amorcées PIV-/- K14 CIITA Tg vers des souris de type naturel, indiquant l'absence de défaut intrinsèque d'amorçage des cellules T CD4+ dans notre modèle de souris. Ces observations impliquent un rôle à jouer pour des cellules CMHII+ non hématopoïétiques résidentes du coeur, dans la promotion active de ΙΈΑΜ. En conclusion, nos résultats, provenant de diverses pathologies inflammatoires spécifiques d'organes, suggèrent un rôle complexe et divergent, soit tolérogène, soit immunogène/ pathologique, pour l'expression de CMHII non hématopoïétique au cours des pathologies inflammatoires. L'expression non professionnelle de CMHII semble influencer le résultat des réponses immunitaires en fonction de différents facteurs, tels que le tissu cible, le(s) type(s) de cellule(s) non hématopoïétique(s) participante(s) et l'origine de l'inflammation. Nos résultats pourraient potentiellement ouvrir la voie à des applications thérapeutiques, qui tiennent compte de la contribution de la présentation d'antigènes par des CPAs non professionnelles, au cours de l'inflammation spécifique d'organe. - MHC class II (MHCII) molecules are fundamental for the presentation of antigens to CD4+ Τ cells, allowing the development of antigen-specific immune responses. It is widely accepted that MHCII expression is restricted to antigen-presenting cells (APC). However, under inflammatory conditions, MHCII expression is typically also induced by interferon (IFN)-y on nonhematopoietic cells such as epithelial cells and cardiomyocytes. So far, it remains controversial whether this nonprofessional antigen-presentation function promotes CD4+ Τ cell-dependent tolerance or immunity in vivo. To address this issue, we utilised mice which lack inducible MHCII expression on nonhematopoietic cells (pIV-/- K14 CIITA Tg mice) in different mouse models of inflammatory pathologies, namely immunisation models to induce antigen-specific Β cell responses, various colitis models and a model of experimental autoimmune myocarditis (EAM). In an attenuated model of colitis induced by chronic Helicobacter hepaticus infection and treatment with anti-interleukin (IL)-10 receptor (anti-IL-10R) monoclonal blocking antibody, we observed that abrogated MHCII expression by nonhematopoietic cells or, in an alternative tamoxifen-inducible mouse model (plV_fl/fl vil-Cre Tg mice), exclusively by intestinal epithelial cells (IEC), exacerbated bacterial-driven colitis, which was associated with increased colonic frequencies of innate immune cells, CD4+ Th1 cells and expression of proinflammatory cytokines and chemokines, including IFN-γ. Notably, defective nonhematopoietic MHCII expression also resulted in reduced Forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory Τ (Treg) cells without influencing innate lymphoid cell (ILC) and Th17 cell frequencies. These findings suggest a tolerogenic role of MHClT lECs to contribute to intestinal immune homeostasis. In contrast, in the EAM model, mice ablated of nonhematopoietic MHCII were resistant to disease induction, whereas progression of cardiac pathology in WT and heterozygous control mice was accompanied by upregulation of myocardial MHCII expression. However, cardiac inflammation could be adoptively transferred from primed pIV-/- K14 CIITA Tg mice into WT mice, indicating no intrinsic defect of CD4+ Τ activation in our mouse model. These observations imply a role for MHCIT heart-resident nonhematopoietic cells in actively promoting EAM. In conclusion, our findings from different organ-specific inflammatory pathologies suggest a complex and diverging role - either tolerogenic or immunogenic/ pathologic - for nonhematopoietic MHCII expression during inflammatory pathologies: Nonprofessional MHCII expression appears to influence the outcome of immune responses depending on 7 factors such as the target tissue, participating non hematopoietic cell type(s) and the origin of inflammation. Our findings may potentially open the way to therapeutic applications taking into account the contribution of antigen presentation by nonprofessional, tissue-resident APCs during organ-specific inflammation.

A missense mutation in myelin oligodendrocyte glycoprotein as a cause of familial narcolepsy with cataplexy.

Narcolepsy is a rare sleep disorder characterized by excessive daytime sleepiness and cataplexy. Familial narcolepsy accounts for less than 10% of all narcolepsy cases. However, documented multiplex families are very rare and causative mutations have not been identified to date. To identify a causative mutation in familial narcolepsy, we performed linkage analysis in the largest ever reported family, which has 12 affected members, and sequenced coding regions of the genome (exome sequencing) of three affected members with narcolepsy and cataplexy. We successfully mapped a candidate locus on chromosomal region 6p22.1 (LOD score ¼ 3.85) by linkage analysis. Exome sequencing identified a missense mutation in the second exon of MOG within the linkage region. A c.398C>G mutation was present in all affected family members but absent in unaffected members and 775 unrelated control subjects. Transient expression of mutant myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) in mouse oligodendrocytes showed abnormal subcellular localization, suggesting an altered function of the mutant MOG. MOG has recently been linked to various neuropsychiatric disorders and is considered as a key autoantigen in multiple sclerosis and in its animal model, experimental autoimmune encephalitis. Our finding of a pathogenic MOG mutation highlights a major role for myelin and oligodendrocytes in narcolepsy and further emphasizes glial involvement in neurodegeneration and neurobehavioral disorders. [corrected].

Local ocular immunomodulation resulting from electrotransfer of plasmid encoding soluble TNF receptors in the ciliary muscle.

PURPOSE: Plasmid electrotransfer in the ciliary muscle allows the sustained release of therapeutic proteins within the eye. The aim of this study was to evaluate whether the ocular production of TNF-alpha soluble receptor, using this nonviral gene therapy method, could have a beneficial local effect in a model of experimental autoimmune uveoretinitis (EAU). METHODS: Injection of a plasmid encoding a TNF-alpha p55 receptor (30 microg) in the ciliary muscle, combined with electrotransfer (200 V/cm), was carried out in Lewis rat eyes 4 days before the induction of EAU by S-antigen. Control eyes received naked plasmid electrotransfer or simple injection of the therapeutic plasmid. The disease was evaluated clinically and histologically. Cytokines and chemokines were analyzed in the ocular media by multiplex assay performed 15 and 21 days after immunization. RESULTS: Ocular TNF-alpha blockade, resulting from the local secretion of soluble receptors, was associated with delayed and significantly less severe uveitis, together with a reduction of the retinal damages. Compared with the controls, treated eyes showed significantly lower levels of IL-1beta and MCP1, higher levels of IL-13 and IL-4, and reduced NOS-2 expression in infiltrating cells. Treatment did not influence TNF-alpha levels in inguinal lymph nodes. CONCLUSIONS: Taken together, these results indicate that local immunomodulation was achieved and that no systemic adverse effects of TNF-alpha blockade observed after systemic injection of TNF-alpha inhibitors should be expected.

Myeloid differentiation factor-88/interleukin-1 signaling controls cardiac fibrosis and heart failure progression in inflammatory dilated cardiomyopathy.

RATIONALE: The myeloid differentiation factor (MyD)88/interleukin (IL)-1 axis activates self-antigen-presenting cells and promotes autoreactive CD4(+) T-cell expansion in experimental autoimmune myocarditis, a mouse model of inflammatory heart disease. OBJECTIVE: The aim of this study was to determine the role of MyD88 and IL-1 in the progression of acute myocarditis to an end-stage heart failure. METHODS AND RESULTS: Using alpha-myosin heavy chain peptide (MyHC-alpha)-loaded, activated dendritic cells, we induced myocarditis in wild-type and MyD88(-/-) mice with similar distributions of heart-infiltrating cell subsets and comparable CD4(+) T-cell responses. Injection of complete Freund's adjuvant (CFA) or MyHC-alpha/CFA into diseased mice promoted cardiac fibrosis, induced ventricular dilation, and impaired heart function in wild-type but not in MyD88(-/-) mice. Experiments with chimeric mice confirmed the bone marrow origin of the fibroblasts replacing inflammatory infiltrates and showed that MyD88 and IL-1 receptor type I signaling on bone marrow-derived cells was critical for development of cardiac fibrosis during progression to heart failure. CONCLUSIONS: Our findings indicate a critical role of MyD88/IL-1 signaling in the bone marrow compartment in postinflammatory cardiac fibrosis and heart failure and point to novel therapeutic strategies against inflammatory cardiomyopathy.

Optimal T-cell receptor affinity for inducing autoimmunity.

T-cell receptor affinity for self-antigen has an important role in establishing self-tolerance. Three transgenic mouse strains expressing antigens of variable affinity for the OVA transgenic-I T-cell receptor were generated to address how TCR affinity affects the efficiency of negative selection, the ability to prime an autoimmune response, and the elimination of the relevant target cell. Mice expressing antigens with an affinity just above the negative selection threshold exhibited the highest risk of developing experimental autoimmune diabetes. The data demonstrate that close to the affinity threshold for negative selection, sufficient numbers of self-reactive T cells escape deletion and create an increased risk for the development of autoimmunity.

Tolerogenic dendritic cells and their role in induction of immune tolerance

Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui permettent d'instruire les lymphocytes T, autres cellules de ce système, pour mettre en place une réponse immunitaire adaptée afin de combattre et vaincre une infection. Ces cellules dendritiques vont reconnaître des motifs spécifiquement exprimés par des pathogènes par l'intermédiaire de récepteurs exprimés à leur surface. En détectant ces molécules, elles vont s'activer et subir diverses modifications pour pouvoir activer les lymphocytes T. Elles vont alors interagir avec les lymphocytes Τ et transférer les informations nécessaires pour que ces cellules s'activent à leur tour et produisent différentes protéines de façon à éliminer le pathogène. En fonction du type de pathogène, les informations transférées entre les cellules dendritiques et les lymphocytes seront différentes de manière à produire la réponse immunitaire la mieux adaptée pour supprimer l'élément infectieux. Dans le corps, les cellules dendritiques circulent continuellement afin de détecter les éléments étrangers. Quand elles reconnaissent une protéine étrangère, elles la phagocytent, c'est-à-dire qu'elles la mangent afin de pouvoir la présenter aux lymphocytes T. Mais quand elles phagocytent un élément étranger, elles peuvent également prendre des éléments du soi, comme par exemple quand elles phagocytent une cellule infectée par un virus. Les cellules dendritiques doivent alors être capables de différentier les molécules du soi et du non-soi de façon à ne pas induire une réponse en présentant un antigène du soi aux lymphocytes T. D'autant plus que lors de leur développement, les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître le soi sont éliminés mais ce système n'est pas parfait et donc certains lymphocytes Τ auto-reactifs peuvent se trouver dans le corps. Il existe ainsi d'autres mécanismes en périphérie du site de développement pour inhiber ces lymphocytes Τ auto-reactifs. Ce sont les mécanismes de tolérance. Quand les lymphocytes Τ induisent une réponse aux antigènes du soi, cela résulte à des maladies auto-immunes. Dans mon projet de recherche, nous avons travaillé avec des lignées de cellules dendritiques, c'est-à-dire des cellules dendritiques semblables à celles que l'on peut trouver in vivo mais qui sont immortalisées, elles peuvent donc être cultiver et manipuler in vitro. Nous avons génétiquement modifiées ces lignées cellulaires pour qu'elles expriment des molécules immunosuppressives afin d'étudier comment induire une tolérance immunitaire, c'est-à-dire si l'expression de ces molécules permet d'éviter de générer une réponse immunitaire. Pour cela, nous avons utilisé des modèles murins de tumeurs et de maladies auto-immunes. Nous avons démontré que ces lignées de cellules dendritiques peuvent être un grand outil de recherche pour étudier les bénéfices de différentes molécules immuno-modulatrices afin d'induire une tolérance immunitaire à différents antigènes. - Les cellules dendritiques sont responsables de l'induction des réponses immunitaires adaptatives. Suite à une infection microbienne, les cellules dendritiques s'activent, elles induisent l'expression de molécules de costimulation à leur surface, sécrètent des cytokines et induisent la différentiation des cellules Τ effectrices et mémoires. De plus, les cellules dendritiques ont un rôle important dans l'induction et la maintenance de la tolérance immunitaire au niveau du thymus et en périphérie, en induisant l'anergie, la délétion ou la conversion des cellules Τ naïves en cellules régulatrices. Dans notre groupe, une nouvelle lignée de cellules dendritiques appelée MuTu a été crée par la culture de cellules dendritiques tumorales isolées à partir d'une rate d'une souris transgénique, dans laquelle l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP sont sous le contrôle du promoteur CD1 le, et sont ainsi spécifiquement exprimés dans les cellules dendritiques. Ces nouvelles lignées appartiennent au sous-type des cellules dendritiques conventionnelles exprimant CD8a. Elles ont conservé leur capacité d'augmenter l'expression des marqueurs de costimulation à leur surface ainsi que le production de cytokines en réponse à des ligands des récepteurs Toll, ainsi que leur capacité à présenter des antigènes associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou II pour activer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T. En utilisant un système de transduction de lentivirus de seconde génération, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques ont été génétiquement modifiées pour sur-exprimer des molécules immunosuppressives (IL-10, TGFP latent, TGFp actif, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC et CTLA4). Ces lignées permettent d'étudier de manière reproductible le rôle de ces molécules potentiellement tolérogènes sur les réponses immunitaires in vitro et in vivo. Ces lignées potentiellement tolérogènes ont été testées, tout d'abord, in vitro, pour leur capacité à inhiber l'activation des cellules dendritiques, à bloquer la prolifération des cellules Τ ou à modifier leur polarisation. Nos résultats démontrent qu'en réponse à une stimulation, la sur-expression des molécules costimulatrices et la sécrétion de molécules pro- inflammatoires est réduite quand les cellules dendritiques sur-expriment l'IL-10. La sur¬expression de TGFp sous sa forme active induit le développement de cellules régulatrices CD4+ CD25+ Foxp3+ et bloque la réponse CD8 cytotoxique tandis que la sur-expression de CTLA4 à la surface des cellules dendritiques inhibe une réponse Thl et induit des lymphocytes Τ anergiques. Ces lignées ont également été utilisées pour étudier l'induction de tolérance in vivo. Tout d'abord, nous avons étudié l'induction de tolérance dans un modèle de développement de tumeurs. En effet, quand les lignées tumorales sont transférées dans les lignées de souris C57BL/6, elles sont reconnues comme du non-soi du à l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP et sont éliminées. Ce mécanisme d'élimination a été étudié en utilisant une lignée de cellules dendritiques modifiée pour exprimer la luciférase et qui a permis de suivre le développement des tumeurs par de l'imagerie in vivo dans des animaux vivants. Ces lignées de cellules dendritiques MuTu sont éliminées dans la souris C57BL/6 par les lymphocytes CD8 et l'action cytotoxique de la perforine. Après plusieurs injections, les cellules dendritiques sur-exprimant CTLA4 ou l'actif TGFp peuvent casser cette réponse immunitaire inhérente aux antigènes de la lignée et induire le développement de la tumeur dans la souris C57BL/6. Le développement tumoral a pu être suivi en mesurant la bioluminescence émise par des cellules dendritiques modifiées pour exprimer à la fois l'actif TGFp et la luciférase. Ces tumeurs ont pu se développer grâce à la mise en place d'un microenvironnement suppressif pour échapper à l'immunité en recrutant des cellules myéloïde suppressives, des lymphocytes CD4 régulateurs et en induisant l'expression d'une molécule inhibitrice PD-1 à la surface des lymphocytes CD8 infiltrant la tumeur. Dans un deuxième temps, ces lignées tolérogènes ont également été testées dans un modèle murin de maladies auto-immunes, appelé l'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE), qui est un modèle pour la sclérose en plaques. L'EAE a été induite dans la souris par le transfert de cellules de ganglions prélevées d'une souris donneuse préalablement immunisée avec une protéine du système nerveux central, la glycoprotéine myéline oligodendrocyte (MOG) émulsifiée dans de l'adjuvant complet de Freund. La vaccination des souris donneuses et receveuses avec les cellules sur-exprimant l'actif TGFP préalablement chargées avec la protéine MOG bloque l'induction de l'EAE. Nous sommes actuellement en train de définir les mécanismes qui permettent de protéger la souris du développement de la maladie auto-immune. Dans cette étude, nous avons ainsi démontré la possibilité d'induire la tolérance in vivo et in vitro à différents antigènes en utilisant nos nouvelles lignées de cellules dendritiques et en les modifiant pour exprimer des molécules immunosuppressives. En conséquence, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques représentent un outil pour explorer les bénéfices de différentes molécules ayant des propriétés immuno-modulatrices pour manipuler le système immunitaire vers un phénotype tolérogène. - Dendritic cells (DC) are widely recognized as potent inducers of the adaptive immune responses. Importantly, after microbial infections, DC become activated, induce co- stimulation, secrete cytokines and induce effector and memory Τ cells. DC furthermore play an important role in inducing and maintaining central and peripheral tolerance by inducing anergy, deletion or commitment of antigen-specific naïve Τ cells into regulatory Τ cells. In our group, stable MuTu DC lines were generated by culture of splenic DC tumors from transgenic mice expressing the SV40 large Τ oncogene and the GFP under DC-specific CDllc promoter. These transformed DC belong to the CD8a+ conventional DC subtype and have fully conserved their capacity to upregulate co-stimulatory markers and produce cytokines after activation with Toll Like Receptors-ligands, and to present Major Histocompatibility class-I or MHCII-restricted antigens to activate Τ cell expansion and differentiation. Using a second- generation lentiviral transduction system, these newly developed MuTu DC lines were genetically modified to overexpress immunosuppressive molecules (IL-10, latent TGFp, active TGFp, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC and CTLA4). This allows to reproducibly investigate the role of these potentially tolerogenic molecules on in vitro and in vivo immune responses. These potentially tolerogenic DC were tested in vitro for their ability to inhibit DC activation, to prevent Τ cell proliferation and to modify Τ cell polarization. Our results show that the upregulation of costimulatory molecules and the secretion of pro-inflammatory cytokines were reduced upon stimulation of DC overexpressing IL-10. The overexpression of active TGFP induced the development of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and inhibited the cytotoxic CD8 Τ cell response as shown by using the OT-II Τ cell system whereas the surface expression of CTLA-4 on DC prevented the Thl response and prompted an anergic antigen-specific Τ cell response. These MuTu DC lines were also used in vivo in order to study the induction of tolerance. First we addressed the induction of tolerance in a model of tumorogenesis. The adoptively transferred tumor cell lines were cleared in C57BL/6 mice due to the foreign expression of SV40 LargeT and GFP. The mechanism of clearance of MuTu DC line into C57BL/6 mice was investigated by using luciferase-expressing DC line. These DC line allowed to follow, by in vivo imaging, the tumor development in living animals and determined that MuTu DC lines were eliminated in a perforin-mediated CD8 Τ cell dependent and CD4 Τ cell independent response. After multiple injections, DC overexpressing CTLA4 or active TGFp could break the immune response to these inherent antigens and induced DC tumorogenesis in wild type mice. The tumor outgrowth in C57BL/6 mice was nicely observed by double-transduced DC lines to express both luciferase and active TGFp. actTGFp-DC tumor was shown to recruit myeloid-derived suppressor cells, induce CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and induce the expression of the inhibitory receptor PD-1 on tumor- infiltrating CD8+ Τ cells in order to escape tumor immunity. Tolerogenic DC lines were also tested for the induction of tolerance in a murine model of autoimmune disease, the experimental autoimmune encephalitis (EAE) model for human multiple sclerosis. EAE was induced in C57BL/6 mice by the adoptive transfer of lymph node cells isolated from donor mice previously immunized by a protein specific to the central nervous system, the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in the complete freund adjuvant. The vaccination of donor and recipient mice with MOG-pulsed actTGFP-DC line prevented EAE induction. We are still investigating how the active TGFP protect mice from EAE development. We generated tolerogenic DC lines inducing tolerance in vitro and in vivo. Thereby these MuTu DC lines represent a great tool to explore the benefits of various immuno-modulatory molecules to manipulate the immune system toward a tolerogenic phenotype.

Interferon-gamma impacts at multiple points during the progression of autoimmune diabetes.

The role of interferon-gamma in autoimmune diabetes was assessed by breeding a null mutation of the interferon-gamma receptor alpha chain into the nonobese diabetic mouse strain, as well as into a simplified T cell receptor transgenic model of diabetes. In contrast to a previous report on abrogation of the interferon-gamma gene, mutation of the gene encoding its receptor led to drastic effects on disease in both mouse lines. Nonobese diabetic mice showed a marked inhibition of insulitis-both the kinetics and penetrance-and no signs of diabetes; the transgenic model exhibited near-normal insulitis, but this never evolved into diabetes, either spontaneously or after experimental provocation. This failure could not be explained by perturbations in the ratio of T helper cell phenotypes; rather, it reflected a defect in antigen-presenting cells or in the islet beta cell targets.