Proteasome-assisted identification of a SSX-2-derived epitope recognized by tumor-reactive CTL infiltrating metastatic melanoma.

The tumor Ag SSX-2 (HOM-MEL-40) was found by serological identification of Ags by recombinant expression cloning and was shown to be a cancer/testis Ag expressed in a wide variety of tumors. It may therefore represent a source of CD8(+) T cell epitopes useful for specific immunotherapy of cancer. To identify potential SSX-2-derived epitopes that can be recognized by CD8(+) T cells, we used an approach that combined: 1) the in vitro proteasomal digestion of precursor peptides overlapping the complete SSX-2 sequence; 2) the prediction of SSX-2-derived peptides with an appropriate HLA-A2 binding score; and 3) the analysis of a tumor-infiltrated lymph node cell population from an HLA-A2(+) melanoma patient with detectable anti-SSX-2 serum Abs. This strategy allowed us to identify peptide SSX-2(41-49) as an HLA-A2-restricted epitope. SSX2(41-49)-specific CD8(+) T cells were readily detectable in the tumor-infiltrated lymph node population by multimer staining, and CTL clones isolated by multimer-guided cell sorting were able to lyse HLA-A2(+) tumor cells expressing SSX-2.

Mycobacterium tuberculosis subverts innate immunity to evade specific effectors.

The macrophage is the niche of the intracellular pathogen Mycobacterium tuberculosis. Induction of macrophage apoptosis by CD4(+) or CD8(+) T cells is accompanied by reduced bacterial counts, potentially defining a host defense mechanism. We have already established that M. tuberculosis-infected primary human macrophages have a reduced susceptibility to Fas ligand (FasL)-induced apoptosis. To study the mechanisms by which M. tuberculosis prevents apoptotic signaling, we have generated a cell culture system based on PMA- and IFN-gamma-differentiated THP-1 cells recapitulating the properties of primary macrophages. In these cells, nucleotide-binding oligomerization domain 2 or TLR2 agonists and mycobacterial infection protected macrophages from apoptosis and resulted in NF-kappaB nuclear translocation associated with up-regulation of the antiapoptotic cellular FLIP. Transduction of a receptor-interacting protein-2 dominant-negative construct showed that nucleotide-binding oligomerization domain 2 is not involved in protection in the mycobacterial infection system. In contrast, both a dominant-negative construct of the MyD88 adaptor and an NF-kappaB inhibitor abrogated the protection against FasL-mediated apoptosis, showing the implication of TLR2-mediated activation of NF-kappaB in apoptosis protection in infected macrophages. The apoptosis resistance of infected macrophages might be considered as an immune escape mechanism, whereby M. tuberculosis subverts innate immunity signaling to protect its host cell against FasL(+)-specific cytotoxic lymphocytes.

Retroviral infection of neonatal Peyer's patch lymphocytes: the mouse mammary tumor virus model.

Mouse mammary tumor virus is known to infect newborn mice via mother's milk. A proposed key step for viral spread to the mammary gland is by the infection of lymphocytes. We show here that although in suckling mice retroviral proteins are found in all epithelial cells of the gut, viral DNA is exclusively detectable in the Peyer's patches. As early as 5 d after birth the infection leads to a superantigen response in the Peyer's patches but not in other lymphoid organs draining the intestine. Viral DNA can be detected before the superantigen response and becomes first evident in the Peyer's patches followed by mesenteric lymph nodes and finally all lymphoid organs.

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.

Antigenicity and immunogenicity of Melan-A/MART-1 derived peptides as targets for tumor reactive CTL in human melanoma.

Some cancer patients mount spontaneous T- and B-cell responses against their tumor cells. Autologous tumor reactive CD8 cytolytic T lymphocyte (CTL) and CD4 T-cell clones as well as antibodies from these patients have been used for the identification of genes encoding the target antigens. This knowledge opened the way for new approaches to the immunotherapy of cancer. In this review, we describe the characterization of the structure-function properties of the melanocyte/melanoma tumor antigen Melan-A/MART-1, the assessment of the T-cell repertoire available against this antigen in healthy individuals, and the analysis of naturally acquired and/or vaccine-induced CTL responses to this antigen in patients with metastatic melanoma.

Cutting edge: stimulation with the cognate self-antigen induces expression of the Ly49A receptor on self-reactive T cells which modulates their responsiveness.

NK cell self-tolerance is maintained by inhibitory receptors specific for MHC class I molecules. Inhibitory NK receptors are also expressed on memory CD8 T cells but their biological relevance on T cells is unclear. In this study, we describe the expression of the Ly49A receptor on a subset of autoreactive T cells which persist in mice double-transgenic for the lymphocytic choriomeningitis virus-derived peptide gp33 and a TCRalphabeta specific for the gp33. No Ly49A-expressing cells are found in TCRalphabeta single-transgenic mice, indicating that the presence of the autoantigen is required for Ly49A induction. Direct evidence for an Ag-specific initiation of Ly49A expression has been obtained in vitro after stimulation of autoreactive TCRalphabeta T cells with the cognate self-Ag. This expression of Ly49A substantially reduces Ag-specific activation of autoreactive T cells. These findings thus suggest that autoantigen-specific induction of inhibitory NK cell receptors on T cells may contribute to peripheral self-tolerance.

Séquelles radio-induites et tests prédictifs [Radiation-induced sequelae: toward an individual profile]

The impact of curative radiotherapy depends mainly on the total dose delivered homogenously in the targeted volume. Nevertheless, the dose delivery is limited by the tolerated dose of the surrounding healthy tissues. Two different side effects (acute and late) can occur during and after radiotherapy. Of particular interest are the radiation-induced sequelae due to their irreversibility and the potential impact on daily quality of life. In a population treated in one center with the same technique, it appears that individual radiosensitivity clearly exists. In the hypothesis that genetic is involved in this area of research, lymphocytes seem to be the tissue of choice due to easy accessibility. Recently, low percentage of CD4 and CD8 lymphocyte apoptosis were shown to be correlated with high grade of sequelae. In addition, recent data suggest that patients with severe radiation-induced late side effects possess four or more SNP in candidate genes (ATM, SOD2, TGFB1, XRCC1 et XRCC3) and low radiation-induced CD8 lymphocyte apoptosis in vitro.

Immunological mechanisms underlying infectious and chronic lung diseases

Le système respiratoire permet l'échange de gaz entre un organisme et son environnement. Pour fonctionner efficacement, il doit lutter contre les infections tout en maintenant une tolérance aux particules inoffensives. Les cytokines sont des petites protéines qui permettent la communication entre les différentes cellules et jouent un rôle important dans la régulation de l'homéostasie et de l'immunité des surfaces pulmonaires. Une production altérée des cytokines sous-tend beaucoup de maladies du système pulmonaire. Ainsi, la compréhension de la biologie fondamentale des cytokines pourrait contribuer à la mise au point de nouveaux traitements. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de deux cytokines, le TSLP (Thymic stromal lymphopoietin) et l'IL-17 (Interleukin 17) dans les réponses immunitaires bénéfiques et nuisibles en utilisant des modèles précliniques de souris des maladies pulmonaires. L'asthme est une maladie qui est caractérisée par la bronchoconstriction réversible, l'inflammation des voies respiratoires inférieures, l'hyperréactivité bronchique et le remodelage tissulaire. Le type d'inflammation affectant les voies respiratoires et la présence ou non d'allergie permettent d'établir les différents types d'asthme. La TSLP est une cytokine qui est principalement exprimée à des niveaux élevés dans les poumons de patients souffrant d'asthme allergique. En conséquence, la majeure partie de la recherche sur la TSLP a mis l'accent sur le rôle joué par celle- ci dans les réponses négatives conduisant au développement de l'asthme allergique. Dans cette thèse, nous montrons que la TSLP joue aussi un rôle bénéfique dans les réponses immunitaires pulmonaires. Nous avons découvert que la TSLP atténue la grippe en augmentant les réponses des lymphocytes T cytotoxiques contre le virus. Nous avons également étudié la fonction de la TSLP dans l'asthme non allergique. Contrairement à l'asthme allergique, nous avons constaté que la TSLP diminue les réponses inflammatoires dans l'asthme non allergique en réglant la production de l'IL-17, une cytokine qui favorise la maladie. Ainsi, nous démontrons les fonctions pleiotropes de la TSLP dans des contextes spécifiques de la maladie. Nos résultats ont des implications importantes pour le développement de thérapies ciblant la TSLP dans l'asthme. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes pathogéniques qui sous-tendent le développement de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie chronique le plus largement associée aux fumeurs. Elle est caractérisée par une limitation progressive et irréversible du débit d'air et la destruction de la structure des poumons. L'augmentation globale de l'incidence de la maladie encourage grandement la compréhension des mécanismes pathogéniques et l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons découvert que les micro-organismes trouvés dans les voies respiratoires aggravent la maladie en augmentant la production de l'IL-17. L'IL-17 est une cytokine inflammatoire qui est impliquée dans plusieurs maladies pulmonaires chroniques, dont la BPCO. Dans notre modèle animal de la maladie, nous avons neutralisé 1ÌL-17A en utilisant un anticorps spécifique et observé une reprise de la fonction pulmonaire. Dans cette étude, nous avons identifié 2 axes potentiels pour l'intervention thérapeutique contre la BPCO. Cibler les bactéries dans les voies respiratoires soit par l'utilisation d'antibiotiques ou l'utilisation de thérapies à base immunitaire qui antagonisent l'activité spécifiques de l'IL-17. Dans l'avenir, notre laboratoire va collaborer avec des cliniciens pour acquérir des échantillons humains et tester la pertinence de nos résultats dans la maladie humaine. -- L'interaction avec l'environnement extérieur est vitale pour le fonctionnement du système respiratoire. Par conséquent, ce dernier a adopté une multitude de réseaux effecteurs et régulateurs qui permettent de distinguer les particules inhalées comme «dangereuses» ou «inoffensives» et de réagir en conséquence. L'équilibre entre ces réseaux est essentielle pour lutter contre le «danger» déclenché par une infection ou des dommages, et finalement pour le retour à l'homéostasie. Le milieu de cytokine local contribue de manière significative à la mise au point de ces réponses. Ainsi, la caractérisation du rôle des cytokines dans l'état d'équilibre et la maladie a des implications claires pour les interventions thérapeutiques dans les maladies respiratoires aiguës et chroniques. Cette thèse a porté sur le rôle des cytokines, la lymphopoïétine stromale thymique (TSLP) et TIL-17A dans l'élaboration de réponses immunitaires pulmonaires. La TSLP est principalement produite par les cellules épithéliales et peut cibler une myriade de cellules immunitaires. Bien qu'elle ait été montrée être un puissant inducteur des réponses de type Th2, son rôle dans d'autres contextes inflammatoires est relativement inexploré. Dans le premier projet de cette thèse, nous avons découvert une nouvelle fonction de la TSLP dans l'immunité antivirale contre la grippe, une infection virale. Nous avons constaté que la TSLP a réglementé la réponse neutrophile au début de l'infection, en amplifiant l'immunité adaptative spécifique du virus. Mécaniquement, la TSLP a augmenté l'expression de l'IL-15 et du CD70 sur les cellules dendritiques recrutées dans les poumons suite à l'infection et a renforcé leur capacité de stimuler localement les lymphocytes T CD8+ spécifiques du virus. En outre, nous avons étudié la TSLP dans le cadre de divers phénotypes de l'asthme et également démontré l'impact pléiotropique qu'elle a sur les réponses immunitaires pulmonaires. En accord avec les rapports précédents, nous avons constaté que la TSLP a exacerbé l'inflammation atopique médiée par le Th2. En revanche la TSLP a réduit les réponses de l'IL-17A et l'inflammation neutrophile subséquente dans le modèle non atopique, ainsi que l'exacerbation du modèle atopique provoqué par une infection virale. Nos résultats démontrent une dichotomie dans le rôle de la TSLP dans la pathogenèse de l'asthme et soulignent la nécessité d'envisager plusieurs phénotypes d'asthme pour une évaluation approfondie de son potentiel thérapeutique dans cette maladie. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons caractérisé les mécanismes pathogènes qui sous-tendent la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie hétérogène définie par une diminution progressive de la fonction pulmonaire. Bien que des déclencheurs environnementaux puissent aggraver la maladie, chez les personnes sensibles une maladie établie peut progresser à travers un cercle inflammatoire auto-entretenu. Nous avons cherché à définir les mécanismes sous-jacents à l'aide d'un modèle murin d'inflammation chronique, qui reproduit les caractéristiques pathologiques de la maladie humaine. Puisqu'ont été associés à la BPCO sévère des changements dans le microbiome des voies respiratoires, nous avons supposé que les signaux dérivés de certains microbes pourraient favoriser des voies inflammatoires chroniques de progression de la maladie. Nous avons observé que, en l'absence d un microbiome, la maladie s'est améliorée tel que démontré par une réduction de l'inflammation des voies respiratoires et une amélioration de la fonction pulmonaire. Cela a été lié spécifiquement à une production réduite d'IL-17A, une cytokine qui a été impliquée dans la maladie humaine. De plus la cinétique de production de 1IL- 17A dépendant du microbiote est corrélé à la sévérité de la maladie. Sur la base de ces données, la neutralisation de l'IL-17A a également eu un effet bénéfique sur l'évolution de la maladie. Le rôle significatif de 1TL-17A dans l'aggravation de la maladie a été couplé à sa capacité à engager un dialogue entre les voies inflammatoires innées et adaptatives. Il a influencé le recrutement et le phénotype des neutrophiles et des macrophages, ce qui a eu un impact direct et indirect sur la formation et la fonction des tissus lymphoïdes tertiaires associée à des stades sévères de la maladie. -- The interaction with the external environment is vital for the functioning of the respiratory system. Consequently, it has adopted a multitude of effector and regulatory networks that enable it to distinguish inhaled particles as 'dangerous' or 'innocuous' and respond accordingly. The balance between these networks is crucial to counteract the 'danger' triggered by infection or damage, and ultimately return to homeostasis. The local cytokine milieu contributes significantly to the fine- tuning of these responses. Thus, characterizing the role of cytokines in steady state and disease has clear implications for therapeutic interventions in acute and chronic respiratory disorders. This thesis focused on the role of the cytokines, thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and IL-17A in shaping pulmonary immune responses. TSLP is primarily produced by barrier epithelial cells and can target a myriad of immune cells. Although it has been shown to be potent inducer of Th2 type responses, its role in other inflammatory settings is relatively unexplored. In the first project of this thesis, we discovered a novel function of TSLP in antiviral immunity to Influenza A infection. We found that while TSLP regulated the early neutrophilic response to infection, it amplified virus specific adaptive immunity. Mechanistically, TSLP enhanced the expression of IL-15 and CD70 on the lung recruited inflammatory dendritic cells and strengthened their ability to stimulate virus specific CD8+ T cell responses locally. In addition we investigated TSLP in the context of diverse asthma phenotypes and further demonstrated the pleiotropic impact it has on pulmonary immune responses. In concurrence with previous reports we found that TSLP exacerbated Th2 mediated atopic inflammation. In contrast TSLP curtailed IL-17A responses and subsequent neutrophilic inflammation in the non-atopic model as well as virus induced exacerbation of the atopic model. Our findings demonstrate a dichotomy in the role of TSLP in asthma pathogenesis and emphasize the need to consider multiple asthma phenotypes for a thorough evaluation of its therapeutic potential in this disease. In the next part of this thesis we characterized the pathogenic mechanisms underlying chronic obstructive pulmonary disease. COPD is a heterogeneous disease defined by a progressive decline in lung function. Although environmental triggers exacerbate the disease, in susceptible individuals the established disease can progress through a self-sustained inflammatory circle. We sought to delineate the underlying mechanisms by using a murine model of chronic inflammation, which reproduced key pathological features of the human disease. As changes in the airway microbiome have been linked to severe COPD, we speculated that microbial derived signals could facilitate the establishment of chronic inflammatory pathways that favour disease progression. We found that the absence of a microbiota ameliorated disease, exhibited by a reduction in airway inflammation and an improvement in lung function. This was linked specifically to an impaired production of IL-17A, a cytokine that has been implicated in human disease. Moreover the kinetics of microbiota-dependent IL-17A production correlated with the disease severity. Based on these data targeted neutralization of IL-17A also had a beneficiai effect on the disease outcome. The prominent role played by IL-I7A in driving the disease was coupled to its ability in engaging and mediating cross talk between pathogenic innate and adaptive immune pathways. It influenced the recruitment and phenotype of neutrophils and macrophages, as well as impacted upon the formation and function of tertiary lymphoid tissue associated with severe disease. Thus, temporal and spatial changes in cytokine production, their cellular targets and interaction with the local milieu determine the balance between immunity and pathology in the lung. Collectively our findings provide novel mechanistic insights in the complex role played by cytokines in orchestrating pulmonary immune responses and have clear implications for human disease.

Variability of the nucleolar organizer activity in human lymphocytes via Ag-staining.

Chromosomes with Ag staining that varies from one metaphase to the other can be distinguished from those with an Ag-staining that is the same in all metaphases. The intercellular variation of an Ag-NOR can be attributed to many different factors. Whatever the importance of technical factors, they do not seem to account for the large variations in Ag-staining which were observed for each ac. This suggests the existence of a natural intercellular variability of the NOR's activity. The variation of the Ag-stainability of a given NOR, the diversity of Ag-stainings observed on the ten ac of one individual and the differences that exist between individuals raise the question of the existence of a compensation of activity between nucleolar organizers. The study, for each individual, of the mean sum of staining per metaphase reveals that this value is not absolutely constant from one individual to another; in the carriers of Robertsonian fusions it is smaller than in chromosomally normal individuals. The analysis of the transmission shows that inactive NORs remain inactive and that active NORs present a variation in the activity from one generation to the next.

TSLP promotes influenza-specific CD8+ T-cell responses by augmenting local inflammatory dendritic cell function.

Thymic stromal lymphopoietin (TSLP) is a mucosal tissue-associated cytokine that has been widely studied in the context of T helper type 2 (Th2)-driven inflammatory disorders. Although TSLP is also produced upon viral infection in vitro, the role of TSLP in antiviral immunity is unknown. In this study we report a novel role for TSLP in promoting viral clearance and virus-specific CD8+ T-cell responses during influenza A infection. Comparing the immune responses of wild-type and TSLP receptor (TSLPR)-deficient mice, we show that TSLP was required for the expansion and activation of virus-specific effector CD8+ T cells in the lung, but not the lymph node. The mechanism involved TSLPR signaling on newly recruited CD11b+ inflammatory dendritic cells (DCs) that acted to enhance interleukin-15 production and expression of the costimulatory molecule CD70. Taken together, these data highlight the pleiotropic activities of TSLP and provide evidence for its beneficial role in antiviral immunity.

Monoclonal antibody against a "Pan-T-cell" antigen expressed by thymocytes, peripheral T-lymphocytes and T-cell leukemias.

A monoclonal antibody, LAU-A1, which selectively reacts with all cells of the T-lineage, was derived from a fusion between spleen cells of a mouse immunized with paediatric thymocytes and mouse myeloma P X 63/Ag8 cells. As shown by an antibody-binding radioimmunoassay and analysis by flow microfluorometry of cells labelled by indirect immunofluorescence, the LAU-A1 antibody reacted with all six T-cell lines but not with any of the B-cell lines or myeloid cell lines tested from a panel of 17 human hematopoietic cell lines. The LAU-A1 antibody was also shown to react with the majority of thymocytes and E-rosette-enriched peripheral blood lymphocytes. Among the malignant cell populations tested, the blasts from all 20 patients with acute T-cell lymphoblastic leukemia (T-ALL) were found to react with the LAU-A1 antibody, whereas blasts from 85 patients with common ALL and 63 patients with acute myeloid leukemias were entirely negative. Examination of frozen tissue sections from fetal and adult thymuses stained by an indirect immunoperoxidase method revealed that cells expressing the LAU-A1 antigen were localized in both the cortex and the medulla. From the very broad reactivity spectrum of LAU-A1 antibody, we conclude that this antibody is directed against a T-cell antigen expressed throughout the T-cell differentiation lineage. SDS-PAGE analysis of immunoprecipitates formed by LAU-A1 antibody with detergent lysates of radiolabeled T-cells showed that the LAU-A1 antigen had an apparent mol. wt of 76,000 under non-reducing conditions. Under reducing conditions a single band with an apparent mol. wt of 40,000 was observed. Two-dimensional SDS-PAGE analysis confirmed that the 76,000 mol. wt component consisted of an S-S-linked dimeric complex. The surface membrane expression of LAU-A1 antigen on HSB-2 T-cells was modulated when these cells were cultured in the presence of LAU-A1 antibody. Re-expression of LAU-A1 antigen occurred within 24 hr after transfer of the modulated cells into antibody-free medium.

Interplays between mouse mammary tumor virus and the cellular and humoral immune response.

Mouse mammary tumor virus has developed strategies to exploit the immune response. It requires vigorous immune stimulation to achieve efficient infection. The infected antigen-presenting cells present a viral superantigen on the cell surface which stimulates strong CD4-mediated T-cell help but CD8 T-cell responses are undetectable. Despite the high frequency of superantigen-reactive T cells, the superantigen-induced immune response is comparable to classical antigen responses in terms of T-cell priming, T-cell-B-cell collaboration as well as follicular and extra-follicular B-cell differentiation. Induction of systemic anergy is observed, similar to classical antigen responses where antigen is administered systemically but does not influence the role of the superantigen-reactive T cells in the maintenance of the chronic germinal center reaction. So far we have been unable to detect a cytotoxic T-cell response to mouse mammary tumor virus peptide antigens or to the superantigen. This might yet represent another step in the viral infection strategy.

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.

Profiling of signal transduction in human memory T cells

Résumé pour un large public: La vaccination a eu un impact énorme sur la santé mondiale. Mais, quel est le principe d'un vaccin? Il est basé sur la 'mémoire immunologique', qui est une particularité exclusive des systèmes immunitaires des organismes évolués. Suite à une infection par un pathogène, des cellules spécialisées de notre système immunitaire (les lymphocytes) le reconnaissent et initient une réaction immunitaire qui a pour but son élimination. Pendant cette réaction se développent aussi des cellules, appelées cellules lymphocytaires mémoire, qui persistent pour longue durée et qui ont la capacité de stimuler une réaction immunitaire très efficace immédiatement après une seconde exposition à ce même pathogène. Ce sont ces cellules mémoires (lymphocytes B et T) qui sont à la base de la 'mémoire immunologique' et qui sont stimulées lors de la vaccination. Chez l'homme, deux populations distinctes des lymphocytes T mémoires ont été identifiées: les cellules centrales (CM) et effectrices (EM) mémoires. Ces populations sont fonctionnellement hétérogènes et exercent des rôles distincts et essentiels dans l'immunité protectrice. Typiquement, les cellules effectrices mémoires sont capables de tuer immédiatement le pathogène tandis que les cellules centrales mémoires sont responsables d'initier une réponse immunitaire complète. Pourtant, les mécanismes biochimiques qui contrôlent les fonctions de ces cellules ont été jusqu'à présent peu étudiés à cause de la faible fréquence de ces cellules et de la quantité limitée de tissus humains disponibles pour les analyses. La compréhension de ces mécanismes est cruciale pour la réalisation de vaccins efficaces et pour le développement de nouveaux médicaments capables de moduler la réponse immunitaire lymphocytaire. Dans cette thèse, nous avons d'abord développé et amélioré une technologie appelée 'protéine array en phase inverse' qui possède un niveau de sensibilité beaucoup plus élevé par rapport aux technologies classiquement utilisées dans l'étude des protéines. Grâce à cette technique, nous avons pu comparer la composition protéique du système de transmission des signaux d'activation des cellules CM et EM humaines. L'analyse de 8 à 13 sujets sains a montré que ces populations des cellules mémoires possèdent un système de signalisation protéique différent. En effet, les cellules EM possèdent, par rapport aux cellules CM, des niveaux réduits d'une protéine régulatrice (appelée c-Cbl) que nous avons démontré comme étant responsable des fonctions spécifiques de ces cellules. En effet, en augmentant artificiellement l'expression de cette protéine régulatrice dans les cellules EM jusqu'au niveau de celui des cellules CM, nous avons induit dans les cellules EM des capacités fonctionnelles caractéristiques des cellules CM. En conclusion, notre étude a identifié, pour la première fois chez l'homme, un mécanisme biochimique qui contrôle les fonctions des populations des cellules mémoires. Résumé en Français: Les cellules mémoires persistent inertes dans l'organisme et produisent des réactions immunitaires rapides et robustes contre les pathogènes précédemment rencontrés. Deux populations distinctes des cellules mémoires ont été identifiées chez l'homme: les cellules centrales (CM) et effectrices (EM) mémoires. Ces populations sont fonctionnellement hétérogènes et exercent des rôles distincts et critiques dans l'immunité protectrice. Les mécanismes biochimiques qui contrôlent leurs fonctions ont été jusqu'à présent peu étudiés, bien que leur compréhension soit cruciale pour le développement des vaccins et des nouveaux traitements/médicaments. Les limites majeures à ces études sont la faible fréquence de ces populations et la quantité limitée de tissus humains disponibles. Dans cette thèse nous avons d'abord développé et amélioré la technologie de 'protéine array en phase inverse' afin d'analyser les molécules de signalisation des cellules mémoires CD4 et CD8 humaines isolées ex vivo. L'excellente sensibilité, la reproductibilité et la linéarité de la détection, ont permis de quantifier des variations d'expression protéiques supérieures à 20% dans un lysat équivalent à 20 cellules. Ensuite, grâce à l'analyse de 8 à 13 sujets sains, nous avons prouvé que les cellules mémoires CD8 ont une composition homogène de leur système de signalisation tandis que les cellules CD4 EM expriment significativement de plus grandes quantités de SLP-76 et des niveaux réduits de c-Cbl, Syk, Fyn et LAT par rapport aux cellules CM. En outre, l'expression réduite du régulateur négatif c-Cbl est corrélée avec l'expression des SLP-76, PI3K et LAT uniquement dans les cellules EM. L'évaluation des propriétés fonctionnelles des cellules mémoires a permis de démontrer que l'expression réduite du c-Cbl dans les cellules EM est associé à une diminution de leur seuil d'activation. En effet, grâce a la technique de transduction cytosolique, nous avons augmenté la quantité de c-Cbl des cellules EM à un niveau comparable à celui des cellules CM et constaté une réduction de la capacité des cellules EM à proliférer et sécréter des cytokines. Ce mécanisme de régulation dépend principalement de l'activité d'ubiquitine ligase de c-Cbl comme démontré par l'impact réduit du mutant enzymatiquement déficient de c-Cbl sur les fonctions de cellules EM. En conclusion, cette thèse identifie c-Cbl comme un régulateur critique des réponses fonctionnelles des populations de cellules T mémoires et fournit, pour la première fois chez l'homme, un mécanisme contrôlant l'hétérogénéité fonctionnelle des ces cellules. De plus, elle valide l'utilisation combinée des 'RPP arrays' et de la transduction cytosolique comme outil puissant d'analyse quantitative et fonctionnel des protéines de signalisation. Summary : Memory cells persist in a quiescent state in the body and mediate rapid and vigorous immune responses toward pathogens previously encountered. Two subsets of memory cells, namely central (CM) and effector (EM) memory cells, have been identified in humans. These subsets display high functional heterogeneity and assert critical and distinct roles in the control of protective immunity. The biochemical mechanisms controlling their functional properties remain so far poorly investigated, although their clarification is crucial for design of effective T-cell vaccine and drug development. Major limitations to these studies lie in the low frequency of memory T cell subsets and the limited amount of human specimen available. In this thesis we first implemented the innovative reverse phase protein array approach to profile 15 signalling components in human CD8 and CD4 memory T cells isolated ex vivo. The high degree of sensitivity, reproducibility and linearity achieved, allowed an excellent quantification of variations in protein expression higher than 20% in as few as 20-cell equivalent per spot. Based on the analysis of 8 to 13 healthy subjects, we showed that CD8 memory cells have a homogeneous composition of their signaling machinery while CD4 EM cells express statistically significant increased amounts of SLP-76 and reduced levels of c- Cbl, Syk, Fyn and LAT as compared to CM cells. Moreover, in EM but not CM cells, reduced expression of negative regulator c-Cbl correlated with the expression of SLP-76, PI3K and LAT. Subsequently, we demonstrated that the higher functional properties and the lower functional threshold of EM cells is associated with reduced expression of c-Cbl. Indeed, by increasing c-Cbl content of EM cells to the same level of CM cells using cytosolic transduction, we impaired their proliferation and cytokine production. This regulatory mechanism was primarily dependent on c-Cbl E3 ubiquitin ligase activity as evidenced by the weaker impact of enzymatically deficient c-Cbl C381A mutant on EM cell functions. Together, these results identify c-Cbl as a critical regulator of the functional responses of memory T cell subsets and provides, for the first time in humans, a mechanism controlling the functional heterogeneity of memory CD4 cells. Moreover it validates the combined use of RPP arrays and cytosolic transduction approaches as a powerful tool to quantitatively analyze signalling proteins and functionally assess their roles.

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.