An epidemiologic study to determine the prevalence of the HLA-B*5701 allele among HIV-positive patients in Europe.

OBJECTIVES: HLA-B*5701 is a major histocompatibility complex class I allele associated with an immunologically-mediated hypersensitivity reaction to abacavir. The objectives of this study were to evaluate HLA-B*5701 prevalence among European, HIV-1-infected patients and to compare the local and central laboratory screening results. METHODS: Data were combined from six multicentre, prospective studies involving 10 European countries in which HIV-1-infected patients (irrespective of treatment experience or previous HLA-B*5701 screening), >or=18 years of age, were evaluated for HLA-B*5701 carriage, determined by the central and local laboratory methods. RESULTS: A total of 9720 patients from 272 centres were included in the analysis. The overall estimate of HLA-B*5701 prevalence in Europe was 4.98%, with country-specific estimates ranging from 1.53 to 7.75%. HLA-B*5701 prevalence was highest in the self-reported white population (6.49%) and lowest in the black population (0.39%). Local laboratory results had a high specificity (99.9%) and sensitivity (99.2%) when compared with the central laboratory results. CONCLUSION: This study supports data from previous studies regarding the prevalence of HLA-B*5701 in the HIV population and the variation of HLA-B*5701 prevalence between different racial groups. The high specificity and sensitivity of local laboratory results, suggests that clinicians can be confident in using local laboratories for pretreatment HLA-B*5701 screening. However, it is essential that local laboratories participate in HLA-B*5701-specific quality assurance programs to maintain 100% sensitivity. In HIV-infected patients, pretreatment HLA-B*5701 screening may allow more informed decisions regarding abacavir use and has the potential to significantly reduce the frequency of abacavir-related hypersensitivity reactions and costs associated with managing these reactions.

UVB-Induced Skin Inflammation and Cutaneous Tissue Injury Is Dependent on the MHC Class I-Like Protein, CD1d.

CD1d is a major histocompatibility complex class 1-like molecule that regulates the function and development of natural killer T (NKT) cells. Previously, we identified a critical role for the CD1d-NKT cell arm of innate immunity in promoting the development of UVB-induced p53 mutations, immune suppression, and skin tumors. Sunburn, an acute inflammatory response to UVB-induced cutaneous tissue injury, represents a clinical marker for non-melanoma skin cancer (NMSC) risk. However, the innate immune mechanisms controlling sunburn development are not considered relevant in NMSC etiology, and remain poorly investigated. Here we found that CD1d knockout (CD1d(-/-)) mice resist UVB-induced cutaneous tissue injury and inflammation compared with wild-type (WT) mice. This resistance was coupled with a faster epithelial tissue healing response. In contrast, the skins of UVB-irradiated invariant NKT cell-knockout (Jα18(-/-)) and NKT cell-deficient (TCRα(-/-)) mice, which express CD1d but are deficient in CD1d-dependent NKT cells, exhibited as much cutaneous tissue injury and inflammation as WT mice. In the absence of NKT cells, CD1d-deficient keratinocytes, dendritic cells, and macrophages exhibited diminished basal and stress-induced levels of pro-inflammatory mediators. Thus, our findings identify an essential role for CD1d in promoting UVB-induced cutaneous tissue injury and inflammation. They also suggest sunburn and NMSC etiologies are immunologically linked.

Protective effect of intravitreal injection of vasoactive intestinal peptide-loaded liposomes on experimental autoimmune uveoretinitis.

PURPOSE: The aim of this study was to investigate the effect of a single intravitreal (i.v.t.) injection of vasoactive intestinal peptide (VIP) loaded in rhodamine-conjugated liposomes (VIP-Rh-Lip) on experimental autoimmune uveoretinitis (EAU). METHODS: An i.v.t. injection of VIP-Rh-Lip, saline, VIP, or empty-(E)-Rh-Lip was performed simultaneously, either 6 or 12 days after footpad immunization with retinal S-antigen in Lewis rats. Clinical and histologic scores were determined. Immunohistochemistry and cytokine quantification by multiplex enzyme-linked immunosorbent assay were performed in ocular tissues. Systemic immune response was determined at day 20 postimmunization by measuring proliferation and cytokine secretion of cells from inguinal lymph nodes (ILNs) draining the immunization site, specific delayed-type hypersensitivity (DTH), and the serum concentration of cytokines. Ocular and systemic biodistribution of VIP-Rh-Lip was studied in normal and EAU rats by immunofluorescence. RESULTS: The i.v.t. injection of VIP-Rh-Lip performed during the afferent, but not the efferent, phase of the disease reduced clinical EAU and protected against retinal damage. No effect was observed after saline, E-Rh-Lip, or VIP injection. VIP-Rh-Lip and VIP were detected in intraocular macrophages and in lymphoid organs. In VIP-Rh-Lip-treated eyes, macrophages expressed transforming growth factor-beta2, low levels of major histocompatibility complex class II, and nitric oxide synthase-2. T-cells showed activated caspase-3 with the preservation of photoreceptors. Intraocular levels of interleukin (IL)-2, interferon-gamma (IFN-gamma), IL-17, IL-4, GRO/KC, and CCL5 were reduced with increased IL-13. At the systemic level, treatment reduced retinal soluble autoantigen lymphocyte proliferation, decreased IL-2, and increased IL-10 in ILN cells, and diminished specific DTH and serum concentration of IL-12 and IFN-gamma. CONCLUSIONS: An i.v.t. injection of VIP-Rh-Lip, performed during the afferent stage of immune response, reduced EAU pathology through the immunomodulation of intraocular macrophages and deviant stimulation of T-cells in ILN. Thus, the encapsulation of VIP within liposomes appears as an effective strategy to deliver VIP into the eye and is an efficient means of the prevention of EAU severity.

Characterising the role of T-cell subsets in experimental allograft rejection and transplantation tolerance

SUMMARY : The recognition by recipient T cells of the allograft major histocompatibility complex (MHC)mismatched antigens is the primary event that ultimately leads to rejection. In the transplantation setting, circulating alloreactive CD4+ T cells play a central role in the initiation and the coordination of the immune response and can initiate the rejection of an allograft via three distinct pathways: the direct, indirect and the recently described semi-direct pathway. However, the exact role of individual CD4+ T-cell subsets in the development of allograft rejection is not clearly defined. Furthermore, besides pathogenic effector T cells, a new subset of T cells with regulatory properties, the CD4+CD25+Foxp3+ (Treg) cells, has come under increased scrutiny over the last decade. The experiments presented in this thesis were designed to better define the phenotype and functional characteristics of CD4+ T-cell subsets and Treg cells in vitro and in vivo in a marine adoptive transfer and skin transplantation model. As Treg cells play a key role in the induction and maintenance of peripheral transplantation tolerance, we have explored whether donor-antigen specific Treg cells could be expanded in vitro. Here we describe a robust protocol for the ex-vivo generation and expansion of antigen-specific Treg cells, without loss of their characteristic phenotype and suppressive function. In our in vivo transplantation model, antigen-specific Treg cells induced donor-specific tolerance to skin allografts in lymphopenic recipients and significantly delayed skin graft rejection in wild-type mice in the absence of any other immunosuppression. Naïve and memory CD4+ T cells have distinct phenotypes, effector functions and in vivo homeostatsis, and thus may play different roles in anti-donor immunity after transplantation. We have analyzed in vitro and in vivo primary alloresponses of naïve and cross-reactive memory CD4+ T cells. We found that the CD4+CD45RBlo memory T-cell pool was heterogeneous and contained cells with regulatory potentials, both in the CD4+CD25+ and CD4+CD25- populations. CD4+ T cells capable of inducing strong primary alloreactive responses in vitro and rejection of a first allograft in vivo were mainly contained within the CD45RBhi naïve CD4+ T-cell compartment. Taken together, the work described in this thesis provides new insights into the mechanisms that drive allograft rejection or donor-specific transplantation tolerance. These results will help to optimise current clinical immunosuppressive regimens used after solid organ transplantation and design new immunotherapeutic strategies to prevent transplant rejection. RÉSUMÉ : ROLE DES SOUS-POPULATIONS DE CELLULES T DANS LE REJET DE GREFFE ET L'INDUCTION DE TOLERANCE EN TRANSPLANTATION La reconnaissance par les cellules T du receveur des alloantigènes du complexe majeur d'histocompatibilité (CMIT) présentés par une greffe allogénique, est le premier événement qui aboutira au rejet de l'organe greffé. Dans le contexte d'une transplantation, les cellules alloréactives T CD4+ circulantes jouent un rôle central dans l'initiation et la coordination de 1a réponse immune, et peuvent initier le rejet par 3 voies distinctes : la voie directe, indirecte et la voie servi-directe, plus récemment décrite. Toutefois, le rôle exact des sous-populations de cellules T CD4+ dans les différentes étapes menant au rejet d'une allogreffe n'est pas clairement établi. Par ailleurs, hormis les cellules T effectrices pathogéniques, une sous-population de cellules T ayant des propriétés régulatrices, les cellules T CD4+CD25+Foxp3+ (Treg), a été nouvellement décrite et est intensément étudiée depuis environ dix ans. Les expériences présentées dans cette thèse ont été planifiées afin de mieux définir le phénotype et les caractéristiques fonctionnels des sous-populations de cellules T CD4+ et des Treg in vitro et in vivo dans un modèle marin de transfert adoptif de cellules et de transplantation de peau. Comme les cellules Treg jouent un rôle clé dans l'induction et le maintien de la tolérance périphérique en transplantation, nous avons investigué la possibilité de multiplier in vitro des cellules Treg avec spécificité antigénique pour le donneur. Nous décrivons ici un protocole reproductible pour la génération et l'expansion ex-vivo de cellules Treg avec spécificité antigénique, sans perte de leur phénotype caractéristique et de leur fonction suppressive. Dans notre modèle in vivo de transplantation de peau, ces cellules Treg pouvaient induire une tolérance spécifique vis-à-vis du donneur chez des souris lymphopéniques, et, chez des souris normales non-lymphopéniques ces Treg ont permis de retarder significativement le rejet en l'absence de tout traitement immunosuppresseur. Les cellules T CD4+ naïves et mémoires se distinguent par leur phénotype, fonction effectrice et leur homéostasie in vivo, et peuvent donc moduler différemment la réponse immune contre le donneur après transplantation. Nous avons analysé in vitro et in vivo les réponses allogéniques primaires de cellules T CD4+ naïves et mémoires non-spécifiques (cross-réactives). Nos résultats ont montré que le pool de cellules T CD4+CD45RB'° mémoires était hétérogène et contenait des cellules avec un potentiel régulateur, aussi bien parmi la sous-population de cellules CD4+CD25+ que CD4+CD25+. Les cellules T CD4+ capables d'induire une alloréponse primaire intense in vitro et le rejet d'une première allogreffe in vivo étaient essentiellement contenues dans le pool de cellules T CD4+CD45RBhi naïves. En conclusion, le travail décrit dans cette thèse amène un nouvel éclairage sur les mécanismes responsables du rejet d'une allogreffe ou de l'induction de tolérance en transplantation. Ces résultats permettront d'optimaliser les traitements immunosuppresseurs utilisés en transplantation clinique et de concevoir des nouvelles stratégies irnmuno-thérapeutiques pour prévenir le rejet de greffe allogénique.

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.

Nonclassical NK cell education.

Diseased host cells are eliminated more effectively when natural killer cells grow up in the presence of classical major histocompatibility complex (MHC) class I molecules. The nonclassical MHC class I molecule H2-M3 can exert an analogous effect.

Immunology of viral disease, how to curb persistent infection

1. 1. Summaries 1.1. Preamble and extended abstract The present thesis dissertation addresses the question of antiviral immunity from the particular standpoint of the adaptive T cell-mediated immune response. The experimental work is presented in the form of three published articles (two experimental articles and one review article, see sections 4.1, 4.2 and 4.3 on pages 73, 81 and 91, respectively), describing advances both in our understanding of viral control by CD8 T lymphocytes, and in vaccine development against the Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1). Because the articles focus on rather specialized areas of antiviral immunity, the article sections are preceded by a general introduction (section 3) on the immune system in general, and on four viruses that were addressed in the experimental work, namely HIV-1, Cytomegalovirus (CMV), Epstein Barr Virus (EBV) and Influenzavirus (Flu). This introduction section is aimed at providing a glimpse on viral molecular biology and immunity, to help the hypothetical non-expert reader proceeding into the experimental part. For this reason, each section is presented as individual entity and can be consulted separately. The four viruses described are of peculiar relevance to immunity because they induce an array of opposite host responses. Flu causes a self limiting disease after which the virus is eradicated. CMV and EBV cause pauci-symptomatic or asymptomatic diseases after which the viruses establish lifelong latency in the host cells, but are kept in check by immunity. Eventually, HIV-1 establishes both latency - by inserting its genome into the host cell chromosome - and proceeds in destroying the immune system in a poorly controlled fashion. Hence, understanding the fundamental differences between these kinds of viral host interactions might help develop new strategies to curb progressive diseases caused by viruses such as HIV-1. Publication #1: The first article (section 4.1, page 73) represents the main frame of my laboratory work. It analyses the ability of CD8 T lymphocytes recovered from viral-infected patients to secrete interferon γ (IFN-γ) alone or in conjunction with interleukin 2 (IL-2) when exposed in vitro to their cognate viral antigens. CD8 T cells are instrumental in controlling viral infection. They can identify infected cells by detecting viral antigens presented at the surface of the infected cells, and eliminate both the cell and its infecting virus by triggering apoptosis and/or lysis of the infected cell. Recognition of these antigens triggers the cognate CD8 cells to produce cytokines, including IFN-γ and IL-2, which in turn attract and activate other pro-inflammatory cells. IFN-γ triggers both intrinsic antiviral activity of the infected cells and distant activation of pro-inflammatory cells, which are important for the eradication of infection. IL-2 is essential for clonal expansion of the antigen (Ag)-specific CD8 T cell. Hence the existence of Ag-specific CD8 cells secreting both IFN-γand IL-2 should be beneficial for controlling infection. In this first work we determined the percentage of IFN-y/IL-2 double positive and single IFN-γsecreting CD8 T cells against antigens HIV-1, CMV, EBV and Flu in three groups of subjects: (i) HIV-1 infected patients progressing to disease (progressors), (ii) HIV-1-infected subjects not progressing to disease (long-term non progressors or LTNP), and (iii) HIV negative blood donors. The results disclosed a specific IFN-y/IL-2 double positive CD8 response in all subjects able to control infection. In other words, IFN-y/IL-2 double positive CD8 cells were present in virus-specific CD8 T cells against Flu, CMV and EBV as well against HIV-1 in LTNP. In contrast, progressors only had single IFN-γsecreting CD8 T cells. Hence, the ability to develop an IFN-y/IL-2 double positive response might be critical to control infection, independently of the nature of the virus. Additional experiments helped identify the developmental stage of the missing cells (using different markers such as CD45RA and CCR7) and showed a correlation between the absence of IL-2 secreting CD8 T cells and a failure in the proliferation capacity of virus-specific CD8 T cells. Addition of exogenous IL-2 could restore clonal expansion of HIV-1 specific CD8 T cells, at least in vitro. It could further been shown, that IL-2 secreting CD8 T cells are sufficient to support proliferation even in absence of CD4 help. However, the reason for the missing IFN-y/IL-2 double positive CD8 T cell response in HIV-1 progessors has yet to be determined. Publication #2: The second article (section 4.2, page 81) explores new strategies to trigger CD8 T cell immunity against specific HIV-1 proteins believed to be processed and exposed as "infection signal" at the surface of infected cells. Such signals consist of peptide fragments (8- 13 amino acids) originating from viral proteins and presented to CD8 T cells in the frame of particular cell surface molecules of the major histocompatibility complex class I* (MHC I). To mimic "natural" viral infection, the HIV-1 polyprotein Gagpolnef was inserted and expressed in either of two attenuated viruses i.e. vaccinia virus (MVA) or poxvirus (NYVAC). Mice were infected with these recombinant viruses and specific CD8 T cell response to Gagpolnef peptides was sought. Mice could indeed mount a CD8 T cell response against the HIV-1 antigens, indicating that the system worked, at least in this animal model. To further test whether peptides from Gagpolnef could also be presented in the frame of the human MHC class I proteins, a second round of experiments was performed in "humanized" transgenic mice expressing human MHC molecules. The transgenic mice were also able to load Gagpolnef peptides on their human MHC molecule, and these cells could be detected and destroyed by Ag-specific CD8 T cells isolated from HIV-1-infected patients. Therefore, expressing Gagpolnef on attenuated recombinant viruses might represent a valid strategy for anti-HIV-1 immunization in human. Publication #3: This is a review paper (section 4.3, page 91) describing the immune response to CMV and newly developed methods to detect this cellular immune response. Some of it focuses on the detection of T cells by using in vitro manufactured tetramers. These consist of four MHC class I molecules linked together and loaded with the appropriate antigenic peptide. The tetramer can be labeled with a fluorochrome and analyzed with a fluorescence-activated cell sorter. Taken together, the work presented indicates that (i) an appropriate CD8 T cell response consisting of IFN-y/IL-2 double positive effectors, can potentially control viral infection, including HIV-1 infection, (ii) such a response might be triggered by recombinant viral vaccines, and (iii) CD8 T cell response can be monitored by a variety of techniques, including recently-developed MHC class I tetramers. 1. 2. Préambule et résumé élargi Le présent travail de thèse s'intéresse à l'immunité antivirale du point de vue particulier de la réponse adaptative des cellules T. Le travail expérimental est présenté sous la forme de trois articles publiés (2 articles expérimentaux et 1 article de revue, voir sections 4.1, 4.2 et 4.3, pages 58, 66 et 77, respectivement), décrivant des progrès dans la compréhension du contrôle de l'infection virale par les lymphocytes T CD8, ainsi que dans le développement de nouveaux vaccins contre le Virus d'Immunodéficience de Humaine de type 1 (VIH-1). En raison du caractère spécialisé de l'immunité antivirale de type cellulaire, les articles sont précédés par une introduction générale (section 3), dont le but est de pourvoir le lecteur non avisé avec des bases nécessaire à une meilleure appréhension du travail expérimental. Cette introduction présente les grandes lignes du système immunitaire, et décrit de façon générale les 4 virus utilisés dans le travail expérimental: à savoir le virus VIH-1, le Cytomégalovirus (CMV), le virus Epstein Barr (EBV) et le virus Influenza A (Flu). Toutes les sections sont présentées de façon individuelle et peuvent être consultées séparément. La description des 4 virus a une pertinence particulière quant à leur interaction avec le système immun. En effet, ils induisent une panoplie de réponses immunitaires s'étendant aux extrêmes de la réaction de l'hôte. Influenza A est à l'origine d'une maladie cytopathique aiguë, au décours de laquelle le virus est éradiqué par l'hôte. CMV et EBV sont classiquement à l'origine d'infections pauci-symptomatiques, voire asymptomatiques, après lesquelles les virus persistent de façon latente dans la cellule hôte. Cependant, ils restent sous le contrôle du système immun, qui peut prévenir une éventuelle réactivation. Enfin, VIH-1 s'établit à la fois en infection latente - par l'insertion de son génome dans le chromosome des cellules hôtes - et en infection productive et cytopathique, échappant au contrôle immunitaire et détruisant ses cellules cibles. La compréhension des différences fondamentales entre ces différents types d'interactions virus-hôte devraient faciliter le développement de nouvelles stratégies antivirales. Article 1: Le premier article (section 4.1 Page 58) représente l'objet principal de mon travail de laboratoire. Il analyse la capacité des lymphocytes T CD8 spécifiques de différent virus à sécréter de l'interféron gamma (IFN-y) et/ou de l'interleukine 2 (IL-2) après stimulation par leur antigène spécifique. Les cellules T CD8 jouent un rôle crucial dans le contrôle des infections virales. Elles identifient les cellules infectées en détectant des antigènes viraux présentés à la surface de ces mêmes cellules, et éliminent à la fois les cellules infectées et les virus qu'elles contiennent en induisant l'apoptose et/ou la lyse des cellules cibles. Parallèlement, l'identification de l'antigène par la cellule T CD8 la stimule à sécréter des cytokines. L'IFN-γen est un exemple. L'IFN-γ stimule les cellules infectées à développer une activé antivirale intrinsèque. De plus, il attire sur place d'autres cellules de l'inflammation, et active leur fonction d'éradication des pathogènes. L'IL-2 est un autre exemple. L'IL-2 est essentielle à l'expansion clonale des cellules T CD8 spécifiques à un virus donné. Elle est donc essentielle à augmenter le pool de lymphocytes antiviraux. En conséquence, la double capacité de sécréter de l'IFN-γ et de IL-2 pourrait être un avantage pour le contrôle antiviral par les cellules T CD8. Dans ce travail nous avons comparé les proportions de lymphocytes T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2) et simples positifs (IFN-γ) chez trois groupes de sujets: (i) des patients infectés par VIH-1 qui ne contrôlent pas l'infection (progresseurs), (ii) des patients infectés par VIH-1, mais contrôlant l'infection malgré l'absence de traitement ("long term non progressors" [LTNP]) et (iii) des donneurs de sang négatifs pour l'infection à VIH-1. Les résultats ont montré que les individus capables de contrôler une infection possédaient des cellules T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2), alors que les patients ne contrôlant pas l'infection procédaient prioritairement des CD8 simples positifs (IFN-γ). Spécifiquement, les lymphocytes T spécifiques pour Flu, CMV, EBV, et VII-1-1 chez les LTNP étaient tous IFN-γ/IL-2 doubles positifs. Au contraire, les lymphocytes T CD8 spécifique à VIH-1 étaient IFN-γ simples positifs chez les progresseurs. La capacité de développer une réponse IFN-γ/IL-2 pourraient être primordiale pour le contrôle de l'infection, indépendamment de la nature du virus. En effet, il a été montré que l'absence de sécrétion d'IL2 par les lymphocytes T CD8 corrélait avec leur incapacité de proliférer. Dans nos mains, cette prolifération a pu être restaurée in vitro par l'adjonction exogène d'IL-2. Toutefois, la faisabilité de ce type de complémentation in vivo n'est pas claire. Des expériences additionnelles ont permis de préciser de stade de développement des lymphocytes doubles positifs et simples positifs par le biais des marqueurs CD45RA et CCR7. Il reste maintenant à comprendre pourquoi certains lymphocytes T CD8 spécifiques sont incapables à sécréter de l'IL-2. Article 2: Le deuxième article explore des nouvelles stratégies pour induire une immunité T CD8 spécifique aux protéines du VIH-1, qui sont édités et exposés à la surface des cellules infectées. Ces signaux consistent en fragments de peptide de 8-13 acide aminés provenant de protéines virales, et exposées à la surface des cellules infectées dans le cadre des molécules spécialisées d'histocompatibilité de classe I (en anglais "major histocompatibility class I" ou MHC I). Pour mimer une infection virale, la polyprotéine Gagpolnef du VIH-1 a été insérée et exprimée dans deux vecteurs viraux atténués, soit MVA (provenant de vaccinia virus) ou NYVAC (provenant d'un poxvirus). Ensuite des souris ont été infectées avec ces virus recombinants et la réponse T CD8 aux peptides issus de Gagpolnef a été étudiée. Les souris ont été capables de développer une réponse de type CD8 T contre ces antigènes du VIH-1. Pour tester si ces antigènes pouvaient aussi être présentés par dans le cadre de molécules MHC humaines, des expériences supplémentaires ont été faites avec des souris exprimant un MHC humain. Les résultats de ces manipulations ont montré que des cellules T CD8 spécifique aux protéines du VIH pouvaient être détectées. Ce travail ouvre de nouvelles options quant à l'utilisation des virus recombinants exprimant Gagpolnef comme stratégie vaccinale contre le virus VIH-I chez l'homme. Article 3: Ces revues décrivent la réponse immunitaire à CMV ainsi que des nouvelles méthodes pouvant servir à sa détection. Une partie du manuscrit décrit la détection de cellule T à l'aide de tétramères. Il s'agit de protéines chimériques composées de 4 quatre molécules MHC liées entre elles. Elles sont ensuite "chargées" avec le peptide antigénique approprié, et utilisée pour détecter les cellules T CD8 spécifiques à ce montage. Elles sont aussi marquées par un fluorochrome, qui permet une analyse avec un cytomètre de flux, et l'isolement ultime des CD8 d'intérêt. En résumé, le travail présenté dans cette thèse indique que (i) une réponse T CD8 appropriée - définie par la présence des cellules effectrices doublement positives pour l'IFN-γ et l'IL-2 - semble indispensable pour le contrôle des infections virales, y compris par le VIH-1, (ii) une telle réponse peut être induite par des vaccin viral recombinant, et (iii) la réponse T CD8 peut être analysée et suivie grâce à plusieurs techniques, incluant celle des tétramères de MHC class I. 1.3. Résumé pour un large public Le système immunitaire humain est composé de différents éléments (cellules, tissus et organes) qui participent aux défenses de l'organisme contre les pathogènes (bactéries, virus). Parmi ces cellules, les lymphocytes T CD8, également appelés cellules tueuses, jouent un rôle important dans la réponse immunitaire et le contrôle des infections virales. Les cellules T CD8 reconnaissent de manière spécifique des fragments de protéines virales qui sont exposés à la surface des cellules infectées par le virus. Suite à cette reconnaissance, les cellules T CD8 sont capables de détruire et d'éliminer ces cellules infectées, ainsi que les virus qu'elles contiennent. Dans le contexte d'une infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), le virus responsable du SIDA, il a pu être montré que la présence des cellules T CD8 est primordiale. En effet, en l'absence de ces cellules, les individus infectés par le VIH progressent plus rapidement vers le SIDA. Au cours de la vie, l'Homme est exposé à plusieurs virus. Mais à l'opposé du VIH, certains d'entre eux ne causent pas des maladies graves : par exemple le virus de la grippe (Influenza), le cytomégalovirus ou encore le virus d'Epstein-Barr. Certains de ces virus peuvent être contrôlés et éliminés de l'organisme (p. ex. le virus de la grippe), alors que d'autres ne sont que contrôlés par notre système immunitaire et restent présents en petite quantité dans le corps sans avoir d'effet sur notre santé. Le sujet de mon travail de thèse porte sur la compréhension du mécanisme de contrôle des infections virales par le système immunitaire : pourquoi certains virus peuvent être contrôlés ou même éliminés de l'organisme alors que d'autres, et notamment le VIH, ne le sont pas. Ce travail a permis de démontrer que les cellules T CD8 spécifiques du VIH ne sécrètent pas les mêmes substances, nécessaires au développement d'une réponse antivirale efficace, que les cellules T CD8 spécifiques des virus contrôlés (le virus de la grippe, le cytomégalovirus et le virus d'Epstein-Barr). Parallèlement nous avons également observé que les lymphocytes T CD8 spécifiques du VIH ne possèdent pas la capacité de se diviser. Ils sont ainsi incapables d'être présents en quantité suffisante pour assurer un combat efficace contre le virus du SIDA. La (les) différence(s) entre les cellules T CD8 spécifiques aux virus contrôlés (grippe, cytomégalovirus et Epstein-Barr) et au VIH pourront peut-être nous amener à comprendre comment restaurer une immunité efficace contre ce dernier.

Protease-activated receptor 2 signalling promotes dendritic cell antigen transport and T-cell activation in vivo.

Deficiency of protease-activated receptor-2 (PAR2) modulates inflammation in several models of inflammatory and autoimmune disease, although the underlying mechanism(s) are not understood. PAR2 is expressed on endothelial and immune cells, and is implicated in dendritic cell (DC) differentiation. We investigated in vivo the impact of PAR2 activation on DCs and T cells in PAR2 wild-type (WT) and knockout (KO) mice using a specific PAR2 agonist peptide (AP2). PAR2 activation significantly increased the frequency of mature CD11c(high) DCs in draining lymph nodes 24 hr after AP2 administration. Furthermore, these DCs exhibited increased expression of major histocompatibility complex (MHC) class II and CD86. A significant increase in activated (CD44(+) CD62(-)) CD4(+) and CD8(+) T-cell frequencies was also observed in draining lymph nodes 48 hr after AP2 injection. No detectable change in DC or T-cell activation profiles was observed in the spleen. The influence of PAR2 signalling on antigen transport to draining lymph nodes was assessed in the context of delayed-type hypersensitivity. PAR2 WT mice that were sensitized by skin-painting with fluorescein isothiocyanate (FITC) to induce delayed-type hypersensitivity possessed elevated proportion of FITC(+) DCs in draining lymph nodes 24 hr after FITC painting when compared with PAR2 KO mice (0.95% versus 0.47% of total lymph node cells). Collectively, these results demonstrate that PAR2 signalling promotes DC trafficking to the lymph nodes and subsequent T-cell activation, and thus provides an explanation for the pro-inflammatory effect of PAR2 in animal models of inflammation.

Impact of common risk factors of fibrosis progression in chronic hepatitis C.

OBJECTIVE: The natural course of chronic hepatitis C varies widely. To improve the profiling of patients at risk of developing advanced liver disease, we assessed the relative contribution of factors for liver fibrosis progression in hepatitis C. DESIGN: We analysed 1461 patients with chronic hepatitis C with an estimated date of infection and at least one liver biopsy. Risk factors for accelerated fibrosis progression rate (FPR), defined as ≥0.13 Metavir fibrosis units per year, were identified by logistic regression. Examined factors included age at infection, sex, route of infection, HCV genotype, body mass index (BMI), significant alcohol drinking (≥20 g/day for ≥5 years), HIV coinfection and diabetes. In a subgroup of 575 patients, we assessed the impact of single nucleotide polymorphisms previously associated with fibrosis progression in genome-wide association studies. Results were expressed as attributable fraction (AF) of risk for accelerated FPR. RESULTS: Age at infection (AF 28.7%), sex (AF 8.2%), route of infection (AF 16.5%) and HCV genotype (AF 7.9%) contributed to accelerated FPR in the Swiss Hepatitis C Cohort Study, whereas significant alcohol drinking, anti-HIV, diabetes and BMI did not. In genotyped patients, variants at rs9380516 (TULP1), rs738409 (PNPLA3), rs4374383 (MERTK) (AF 19.2%) and rs910049 (major histocompatibility complex region) significantly added to the risk of accelerated FPR. Results were replicated in three additional independent cohorts, and a meta-analysis confirmed the role of age at infection, sex, route of infection, HCV genotype, rs738409, rs4374383 and rs910049 in accelerating FPR. CONCLUSIONS: Most factors accelerating liver fibrosis progression in chronic hepatitis C are unmodifiable.

Role of Inflammatory Monocytes in Vaccine-Induced Reduction of Helicobacter felis Infection.

Despite the proven ability of immunization to reduce Helicobacter infection in mouse models, the precise mechanism of protection has remained elusive. In this study, we evaluated the role of inflammatory monocytes in the vaccine-induced reduction of Helicobacter felis infection. We first showed by using flow cytometric analysis that Ly6C(low) major histocompatibility complex class II-positive chemokine receptor type 2 (CCR2)-positive CD64(+) inflammatory monocytes accumulate in the stomach mucosa during the vaccine-induced reduction of H. felis infection. To determine whether inflammatory monocytes played a role in the protection, these cells were depleted with anti-CCR2 depleting antibodies. Indeed, depletion of inflammatory monocytes was associated with an impaired vaccine-induced reduction of H. felis infection on day 5 postinfection. To determine whether inflammatory monocytes had a direct or indirect role, we studied their antimicrobial activities. We observed that inflammatory monocytes produced tumor necrosis factor alpha and inducible nitric oxide synthase (iNOS), two major antimicrobial factors. Lastly, by using a Helicobacter in vitro killing assay, we showed that mouse inflammatory monocytes and activated human monocytes killed H. pylori in an iNOS-dependent manner. Collectively, these data show that inflammatory monocytes play a direct role in the immunization-induced reduction of H. felis infection from the gastric mucosa.

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.

Additive effects of rapamycin and aspirin on dendritic cell allostimulatory capacity.

Acting as antigen presenting cells, mature dendritic cells (DCs) initiate both innate and adaptive alloimmune responses. However, immature DCs are weak immunostimulators and mediate tolerogenic effects under certain conditions. Tolerogenic activities of immature DCs can be enhanced by pharmacological agents. Here, we compared pharmacological DC preconditioning with rapamycin and aspirin, applied alone or in combination, on LPS-induced DC maturation and T-cell allostimulatory capacity. Preconditioning with aspirin but not rapamycin tended to reduce the number of mouse bone marrow-derived immature DCs expressing CD40 and major histocompatibility complex class II molecules upon LPS stimulation. Conversely, DC preconditioning with rapamycin, but not aspirin, reduced T-cell alloproliferative responses. A combination of rapamycin and aspirin was more effective than either drug applied alone with respect to inhibition of T-cell alloproliferation. The two agents in combination reduced numbers of CD4(+)IFN-γ(+) Th1 and CD4(+)IL-17(+) Th17 effector cells while maintaining Foxp3(+) regulatory T cells. These results suggest aspirin may moderately enhance rapamycin-mediated inhibition of DC allostimulatory capacity.

Impact of T cell receptor affinity on the molecular mechanisms modulating CD8 T cell signalling and function against NY-ESO-1 tumour antigen

It is well established that cytotoxic T lymphocytes play a pivotal role in the protection against intracellular pathogens and tumour cells. Such protective immune responses rely on the specific T cell receptor (TCR)-mediated recognition by CD8 T cells of small antigenic peptides presented in the context of class-I Major Histocompatibility Complex molecules (pMHCs) on the surface of infected or malignant cells. The strength (affinity/avidity) of this interaction is a major correlate of protection. Although tumour-reactive CD8 T cells can be observed in cancer patients, anti-tumour immune responses are often ineffective in controlling or eradicating the disease due to the relative low TCR affinity of these cells. To overcome this limitation, tumour-specific CD8 T cells can be genetically modified to express TCRs of improved binding strength against a defined tumour antigen before adoptive cell transfer into cancer patients. We previously generated a panel of TCRs specific for the cancer-testis antigen NY-ESO-l,57.165 with progressively increased affinities for the pMHC complex, thus providing us with a unique tool to investigate the causal link between the surface expression of such TCRs and T cell activation and function. We recently demonstrated that anti-tumour CD8 T cell reactivity could only be improved within physiological affinity limits, beyond which drastic functional declines were observed, suggesting the presence of multiple regulatory mechanisms limiting T cell activation and function in a TCR affinity-dependent manner. The overarching goal of this thesis was (i) to assess the precise impact of TCR affinity on T cell activation and signalling at the molecular level and (ii) to gain further insights on the mechanisms that regulate and delimitate maximal/optimized CD8 T cell activation and signalling. Specifically, by combining several technical approaches we characterized the activation status of proximal (i.e. CD3Ç, Lek, and ZAP-70) and distal (i.e. ERK1/2) signalling molecules along the TCR affinity gradient. Moreover, we assessed the extent of TCR downmodulation, a critical step for initial T cell activation. CD8 T cells engineered with the optimal TCR affinity variants showed increased activation levels of both proximal and distal signalling molecules when compared to the wild-type T cells. Our analyses also highlighted the "paradoxical" status of tumour-reactive CD8 T cells bearing very high TCR affinities, which retained strong proximal signalling capacity and TCR downmodulation, but were unable to propagate signalling distally (i.e. pERKl/2), resulting in impaired cell-mediated functions. Importantly, these very high affinity T cells displayed maximal levels of SHP-1 and SHP-2 phosphatases, two negative regulatory molecules, and this correlated with a partial pERKl/2 signalling recovery upon pharmacological SHP-l/SHP-2 inhibition. These findings revealed the putative presence of inhibitory regulators of the TCR signalling cascade acting very rapidly following tumour-specific stimulation. Moreover, the very high affinity T cells were only able to transiently express enhanced proximal signalling molecules, suggesting the presence of an additional level of regulation that operates through the activation of negative feedback loops over time, limiting the duration of the TCR-mediated signalling. Overall, the determination of TCR-pMHC binding parameters eliciting optimal CD8 T cell activation, signalling, and effector function while guaranteeing high antigen specificity, together with the identification of critical regulatory mechanisms acting proximally in the TCR signalling cascade, will directly contribute to optimize and support the development of future TCR-based adoptive T cell strategies for the treatment of malignant diseases. -- Les lymphocytes T CD8 cytotoxiques jouent un rôle prédominant dans la protection contre les pathogènes intracellulaires et les cellules tumorales. Ces réponses immunitaires dépendent de la spécificité avec laquelle les récepteurs T (TCR) des lymphocytes CD8 reconnaissent les peptides antigéniques présentés par les molécules du complexe Majeur de Histocompatibilité de classe I (pCMH) à la surface des cellules infectées ou malignes. La force (ou affinité/avidité) de l'interaction du TCR-pCMH est un corrélat majeur de protection. Les réponses immunitaires sont cependant souvent inefficaces et ne permettent pas de contrôler ou d'éliminer les cellules tumorales chez les patients atteint du cancer, et ce à cause de la relative faible reconnaissance des TCRs exprimés par les lymphocytes T CD8 envers les antigènes tumoraux. Afin de surmonter cette limitation, les cellules T anti-tumorales peuvent être génétiquement modifiées en les dotant de TCRs préalablement optimisés afin d'augmenter leur reconnaissance ou affinité contre les antigènes tumoraux, avant leur ré¬infusion dans le patient. Nous avons récemment généré des cellules T CD8 exprimant un panel de TCRs spécifiques pour l'antigène tumoral NY-ESO-l157.16J avec des affinités croissantes, permettant ainsi d'investiguer la causalité directe entre l'affinité du TCR-pCMH et la fonction des cellules T CD8. Nous avons démontré que la réactivité anti-tumorale pouvait être améliorée en augmentant l'affinité du TCR dans une intervalle physiologique, mais au delà duquel nous observons un important déclin fonctionnel. Ces résultats suggèrent la présence de mécanismes de régulation limitant l'activation des cellules T de manière dépendante de l'affinité du TCR. Le but de cette thèse a été (i) de définir l'impact précis de l'affinité du TCR sur l'activation et la signalisation des cellules T CD8 au niveau moléculaire et (ii) d'acquérir de nouvelles connaissances sur les mécanismes qui régulent et délimitent l'activation et la signalisation maximale des cellules T CD8 optimisées. Spécifiquement, en combinant plusieurs approches technologiques, nous avons caractérisé l'état d'activation de différentes protéines de la voie de signalisation proximale (CD3Ç, Lek et ZAP-70) et distale (ERK1/2) le long du gradient d'affinité du TCR, ainsi que l'internalisation du TCR, une étape clef dans l'activation initiale des cellules T. Les lymphocytes T CD8 exprimant des TCRs d'affinité optimale ont montré des niveaux d'activation augmentés des molécules proximales et distales par rapport aux cellules de type sauvage (wild-type). Nos analyses ont également mis en évidence un paradoxe chez les cellules T CD8 équipées avec des TCRs de très haute affinité. En effet, ces cellules anti-tumorales sont capables d'activer leurs circuits biochimiques au niveau proximal et d'internaliser efficacement leur TCR, mais ne parviennent pas à propager les signaux biochimiques dépendants du TCR jusqu'au niveau distal (via phospho-ERKl/2), avec pour conséquence une limitation de leur capacité fonctionnelle. Finalement, nous avons démontré que SHP-1 et SHP-2, deux phosphatases avec des propriétés régulatrices négatives, étaient majoritairement exprimées dans les cellules T CD8 de très hautes affinités. Une récupération partielle des niveaux d'activation de ERK1/2 a pu être observée après l'inhibition pharmacologique de ces phosphatases. Ces découvertes révèlent la présence de régulateurs moléculaires qui inhibent le complexe de signalisation du TCR très rapidement après la stimulation anti-tumorale. De plus, les cellules T de très hautes affinités ne sont capables d'activer les molécules de la cascade de signalisation proximale que de manière transitoire, suggérant ainsi un second niveau de régulation via l'activation de mécanismes de rétroaction prenant place progressivement au cours du temps et limitant la durée de la signalisation dépendante du TCR. En résumé, la détermination des paramètres impliqués dans l'interaction du TCR-pCMH permettant l'activation de voies de signalisation et des fonctions effectrices optimales ainsi que l'identification des mécanismes de régulation au niveau proximal de la cascade de signalisation du TCR contribuent directement à l'optimisation et au développement de stratégies anti-tumorales basées sur l'ingénierie des TCRs pour le traitement des maladies malignes.

Efficient T cell activation requires an optimal dwell-time of interaction between the TCR and the pMHC complex.

Cytotoxic T cell (CTL) activation by antigen requires the specific detection of peptide-major histocompatibility class I (pMHC) molecules on the target-cell surface by the T cell receptor (TCR). We examined the effect of mutations in the antigen-binding site of a Kb-restricted TCR on T cell activation, antigen binding and dissociation from antigen.These parameters were also examined for variants derived from a Kd-restricted peptide that was recognized by a CTL clone. Using these two independent systems, we show that T cell activation can be impaired by mutations that either decrease or increase the binding half-life of the TCR-pMHC interaction. Our data indicate that efficient T cell activation occurs within an optimal dwell-time range of TCR-pMHC interaction. This restricted dwell-time range is consistent with the exclusion of either extremely low or high affinity T cells from the expanded population during immune responses.

Binding free energy differences in a TCR-peptide-MHC complex induced by a peptide mutation: a simulation analysis.

Recognition by the T-cell receptor (TCR) of immunogenic peptides presented by class I major histocompatibility complexes (MHCs) is the determining event in the specific cellular immune response against virus-infected cells or tumor cells. It is of great interest, therefore, to elucidate the molecular principles upon which the selectivity of a TCR is based. These principles can in turn be used to design therapeutic approaches, such as peptide-based immunotherapies of cancer. In this study, free energy simulation methods are used to analyze the binding free energy difference of a particular TCR (A6) for a wild-type peptide (Tax) and a mutant peptide (Tax P6A), both presented in HLA A2. The computed free energy difference is 2.9 kcal/mol, in good agreement with the experimental value. This makes possible the use of the simulation results for obtaining an understanding of the origin of the free energy difference which was not available from the experimental results. A free energy component analysis makes possible the decomposition of the free energy difference between the binding of the wild-type and mutant peptide into its components. Of particular interest is the fact that better solvation of the mutant peptide when bound to the MHC molecule is an important contribution to the greater affinity of the TCR for the latter. The results make possible identification of the residues of the TCR which are important for the selectivity. This provides an understanding of the molecular principles that govern the recognition. The possibility of using free energy simulations in designing peptide derivatives for cancer immunotherapy is briefly discussed.