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

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

Polyfunctional HCV-specific T-cell responses are associated with effective control of HCV replication

Rapport de synthèse : L'infection par le virus de l'hépatite C (VHC) a une évolution sévère chez les patients co-infectés par VIH/VHC, de même que chez les patients transplantés hépatiques. Toutefois, les mécanismes impliqués dans cette évolution restent peu clairs. Dans ce travail, nous étudions le profil fonctionnel des cellules T spécifiques dirigées contre le virus de l'hépatite C chez 86 patients mono-infectés par VHC, 48 patients co-infectés par VIH/VHC et 42 patients ayant bénéficié d'une transplantation hépatique. La production d'IFN-Y et d'IL-2 et la capacité de proliférer des cellules T CD4+ et CD8+ sont évaluées après stimulation par des peptides dérivés du VHC. Chez les patients mono-infectés par le VHC, les cellules T spécifiques au VHC sont polyfonctionnelles du point de vue de la sécrétion de cytokines, avec trois profils de sécrétion pour les cellules T CD4+: sécrétion uniquement de IL-2, sécrétion de IL-2 et IFN-y et sécrétion uniquement de IFN-gamma, et de deux profils pour les cellules T CD8+: sécrétion de IL-2 et IFN-y et sécrétion uniquement de IFN-gamma. En revanche, les cellules T spécifiques au VHC chez les individus coinfectés par VIH/VHC et chez les patients transplantés hépatiques ont un profil de sécrétions de cytokines marqué par l'absence de cellules CD4+ sécrétant uniquement l'Il-2 et l'absence de cellules CD8+ sécrétant à la fois IL-2 et IFN-gamma. De plus, la prolifération de cellules T CD4+ et CD8+ spécifiques au VHC est considérablement réduite chez les patients co-infectés par VIH/VHC, comme chez les transplantés hépatiques. La présence de cellules T effectrices uniquement (définies par l'absence de cellules T CD4+ sécrétants uniquement de l'IL-2 et l'absence de cellules T CD8+ sécrétant à la fois IL-2 et IFN-gamma et altération de la capacité proliférative) est associée avec une charge virale VHC significativement plus élevée et une fibrose hépatique plus sévère. Par conséquent, les présents résultats suggèrent la participation de mécanismes immunitaires dans l'évolution accélérée de l'hépatite C chez les patients co-infectés par VIH-1 et chez les patients greffés hépatiques.

Metastatic leishmaniasis. A chronic inflammatory response to Leishmania's viral endosymbiont.

Leishmania parasites have been plaguing humankind for centuries as a range of skin diseases named the cutaneous leishmaniases (CL). Carried in a hematophagous sand fly, Leishmania usually infests the skin surrounding the bite site, causing a destructive immune response that may persist for months or even years. The various symptomatic outcomes of CL range from a benevolent self- healing reddened bump to extensive open ulcerations, resistant to treatment and resulting in life- changing disfiguration. Many of these more aggressive outcomes are geographically isolated within the habitats of certain Neotropical Leishmania species; where about 15% of cases experience metastatic complications. However, despite this correlation, genetic analysis has revealed no major differences between species causing the various disease forms. We have recently identified a cytoplasmic dsRNA virus within metastatic L. guyanensis parasites that acts as a potent innate immunogen capable of worsening lesionai inflammation and prolonging parasite survival. The dsRNA genome of Leishmania RNA virus (LRV) binds and stimulates Toll-Like-Receptor-3 (TLR3), inducing this destructive inflammation, which we speculate as a factor contributing to the development of metastatic disease. This thesis establishes the first experimental model of LRV-mediated leishmanial metastasis and investigates the role of non-TLR3 viral recognition pathways in LRV-mediated pathology. Viral dsRNA can be detected by various non-TLR3 pattern recognition receptors (PRR); two such PRR groups are the RLRs (Retinoic acid-inducible gene 1 like receptors) and the NLRs (nucleotide- binding domain, leucine-rich repeat containing receptors). The RLRs are designed to detect viral dsRNA in the cytoplasm, while the NLRs react to molecular "danger" signals of cell damage, often oligomerizing into molecular scaffolds called "inflammasomes" that activate a potent inflammatory cascade. Interestingly, we found that neither RLR signalling nor the inflammasome pathway had an effect on LRV-mediated pathology. In contrast, we found a dramatic inflammasome independent effect for the NLR family member, NLRP10, where a knockout mouse model showed little evidence of disease. This phenotype was mimicked in an NLR knockout with which NLRP10 is known to interact: NLRC2. As this pathway induces the chronic inflammatory cell lineage TH17, we investigated the role of its key chronic inflammatory cytokine, IL-17A, in human patients infected by L. guyanensis. Indeed, patients infected with LRV+ parasites had a significantly increased level of IL-17A in lesionai biopsies. Interestingly, LRV presence was also associated with a significant decrease in the correlate of protection, IFN-y. This association was repeated in our murine model, where after we were able to establish the first experimental model of LRV-dependent leishmanial metastasis, which was mediated by IL-17A in the absence of IFN-y. Finally, we tested a new inhibitor of IL-17A secretion, SR1001, and reveal its potential as a Prophylactic immunomodulator and potent parasitotoxic drug. Taken together, these findings provide a basis for anti-IL-17A as a feasible therapeutic intervention to prevent and treat the metastatic complications of cutaneous leishmaniasis. -- Les parasites Leishmania infectent l'homme depuis des siècles causant des affections cutanées, appelées leishmanioses cutanées (LC). Le parasite est transmis par la mouche des sables et réside dans le derme à l'endroit de la piqûre. Au niveau de la peau, le parasite provoque une réponse immunitaire destructrice qui peut persister pendant des mois voire des années. Les symptômes de LC vont d'une simple enflure qui guérit spontanément jusqu' à de vastes ulcérations ouvertes, résistantes aux traitements. Des manifestations plus agressives sont déterminées par les habitats géographiques de certaines espèces de Leishmania. Dans ces cas, environ 15% des patients développent des lésions métastatiques. Aucun «facteur métastatique» n'a encore été trouvé à ce jour dans ces espèces. Récemment, nous avons pu identifier un virus résidant dans certains parasites métastatiques présents en Guyane française (appelé Leishmania-virus, ou LV) et qui confère un avantage de survie à son hôte parasitaire. Ce virus active fortement la réponse inflammatoire, aggravant l'inflammation et prolongeant l'infection parasitaire. Afin de diagnostiquer, prévenir et traiter ces lésions, nous nous sommes intéressés à identifier les composants de la voie de signalisation anti-virale, responsables de la persistance de cette inflammation. Cette étude décrit le premier modèle expérimental de métastases de la leishmaniose induites par LV, et identifie plusieurs composants de la voie inflammatoire anti-virale qui facilite la pathologie métastatique. Contrairement à l'homme, les souris de laboratoire infectées par des Leishmania métastatiques (contenant LV, LV+) ne développent pas de lésions métastatiques et guérissent après quelques semaines d'infection. Après avoir analysé un groupe de patients atteints de leishmaniose en Guyane française, nous avons constaté que les personnes infectées avec les parasites métastatiques LV+ avaient des niveaux significativement plus faibles d'un composant immunitaire protecteur important, appelé l'interféron (IFN)-y. En utilisant des souris génétiquement modifiées, incapables de produire de l'IFN-y, nous avons observé de telles métastases. Après inoculation dans le coussinet plantaire de souris IFN-y7" avec des parasites LV+ ou LV-, nous avons démontré que seules les souris infectées avec des leishmanies ayant LV développent de multiples lésions secondaires sur la queue. Comme nous l'avons observé chez l'homme, ces souris sécrètent une quantité significativement élevée d'un composant inflammatoire destructeur, l'interleukine (IL)-17. IL-17 a été incriminée pour son rôle dans de nombreuses maladies inflammatoires chroniques. On a ainsi trouvé un rôle destructif similaire pour l'IL-17 dans la leishmaniose métastatique. Nous avons confirmé ce rôle en abrogeant IL-17 dans des souris IFN-y7- ce qui ralentit l'apparition des métastases. Nous pouvons donc conclure que les métastases de la leishmaniose sont induites par l'IL-17 en absence d'IFN-v. En analysant plus en détails les voies de signalisation anti-virale induites par LV, nous avons pu exclure d'autres voies d'activation de la réponse inflammatoire. Nous avons ainsi démontré que la signalisation par LV est indépendante de la signalisation inflammatoire de type « inflammasome ». En revanche, nous avons pu y lier plusieurs autres molécules, telles que NLRP10 et NLRC2, connues pour leur synergie avec les réponses inflammatoires. Cette nouvelle voie pourrait être la cible pour des médicaments inhibant l'inflammation. En effet, un nouveau médicament qui bloque la production d'IL-17 chez la souris s'est montré prometteur dans notre modèle : il a réduit le gonflement des lésions ainsi que la charge parasitaire, indiquant que la voie anti-virale /inflammatoire est une approche thérapeutique possible pour prévenir et traiter cette infection négligée.

Delta-9-tetrahydrocannabinol (THC) protects partly against demyelination by modulating the inflammatory response: an in vitro study in aggregating brain cell cultures

Delta 9-tetrahydrocannabinol (THC) has been proposed as therapeutic agent in the treatment of multiple sclerosis. In the present study, we examined whether a modulation of brain inflammatory by THC may protect against demyelination. Myelinating aggregating brain cell cultures were subjected to demyelination by a repeated treatment (3x) with the two inflammatory agents interferon-y (IFN-y) and lipopolysaccharide (LPS). The effects of THC on an acute inflammatory reponse were also examined by treating the aggregates with a single application of the two inflammatory agents. THC effects on the demyelinating process and on several mediators of the inflammatory reponse were analyzed. THC treatment partially prevented the decreased immunoreactivity for MBP, and the decrease in MBP content measured by immunoblotting. It prevented IFN-y + LPS -induced microglial reactivity; and decreased the IFN-y + LPS-induced i8ncreased phosphorylation of p44/42 MAP kinase. The other inflammatory markers, I-NOS and TNF-a mRNA expression, and p38 MAP kinase phosphorylation of p44/42 MAP kinase. The other inflammatory markers, I-NOS and TNF-a mRNA expression, and p38 MAP kinase phosphorylation were downregulated by THC treatment following a single application of the inflammatory agents, but not after repeated applications. THC protected partially against the IFN-y + LPS-induced demyelination. The protective effect of THC on IFN-y + LPS-induced demyelination may be due to a decrease of the inflammatory reponse. However, the anti-inflammatory effect of THC on some inflammatory markers is lost when the inflammatory response is more proeminent and of longer duration, suggesting either that the anti-inflammatory effect of a molecule may depend on the properties of the inflammatory response, or that the anti-inflammatory potential of THC decreases in case of repeated exposure.

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.

IFN stimulated gene expression in the liver is a better predictor of treatment response in chronic hepatitis c than the IL28b (IFN lambda 3) genotype

Background: Therapy of chronic hepatitis C (CHC) with pegIFNa/ribavirin achieves sustained virologic response (SVR) in ~55%. Pre-activation of the endogenous interferon system in the liver is associated non-response (NR). Recently, genome-wide association studies described associations of allelic variants near the IL28B (IFNλ3) gene with treatment response and with spontaneous clearance of the virus. We investigated if the IL28B genotype determines the constitutive expression of IFN stimulated genes (ISGs) in the liver of patients with CHC. Methods: We genotyped 93 patients with CHC for 3 IL28B single nucleotide polymorphisms (SNPs, rs12979860, rs8099917, rs12980275), extracted RNA from their liver biopsies and quantified the expression of IL28B and of 8 previously identified classifier genes which discriminate between SVR and NR (IFI44L, RSAD2, ISG15, IFI22, LAMP3, OAS3, LGALS3BP and HTATIP2). Decision tree ensembles in the form of a random forest classifier were used to calculate the relative predictive power of these different variables in a multivariate analysis. Results: The minor IL28B allele (bad risk for treatment response) was significantly associated with increased expression of ISGs, and, unexpectedly, with decreased expression of IL28B. Stratification of the patients into SVR and NR revealed that ISG expression was conditionally independent from the IL28B genotype, i.e. there was an increased expression of ISGs in NR compared to SVR irrespective of the IL28B genotype. The random forest feature score (RFFS) identified IFI27 (RFFS = 2.93), RSAD2 (1.88) and HTATIP2 (1.50) expression and the HCV genotype (1.62) as the strongest predictors of treatment response. ROC curves of the IL28B SNPs showed an AUC of 0.66 with an error rate (ERR) of 0.38. A classifier with the 3 best classifying genes showed an excellent test performance with an AUC of 0.94 and ERR of 0.15. The addition of IL28B genotype information did not improve the predictive power of the 3-gene classifier. Conclusions: IL28B genotype and hepatic ISG expression are conditionally independent predictors of treatment response in CHC. There is no direct link between altered IFNλ3 expression and pre-activation of the endogenous system in the liver. Hepatic ISG expression is by far the better predictor for treatment response than IL28B genotype.

IL28B polymorphism is significantly correlated with ifn anti-viral effectiveness already on first day of pegylated interferon-alpha and ribavirin therapy of chronic HCV infection

Background and Aims: Recently, single nucleotide polymorphisms (SNPs) in IL28B were shown to correlate with response to pegylated interferon-a (IFN) and ribavirin therapy of chronic HCV infection. However, the cause for the SNPs effect on therapy response and its application for direct anti-viral (DAV) treatment are not clear. Here, we analyze early HCV kinetics as function of IL28B SNPs to determine its specific effect on viral dynamics. Methods: IL28B SNPs rs8099917, rs12979860 and rs12980275 were genotyped in 252 chronically HCV infected Caucasian naïve patients (67% HCV genotype 1, 28% genotype 2-3) receiving peginterferonalfa- 2a (180 mg/qw) plus ribavirin (1000-1200 mg/qd) in the DITTO study. HCV-RNA was measured (LD = 50 IU/ml) frequently during first 28 days. Results: RVR was achieved in 33% of genotype 1 patients with genotype CC at rs12979860 versus 12-16% for genotypes TT and CT (P < 0.03). Significant (P < 0.001) difference in viral decline was observed already at day 1 (see Figure). First phase decline was significantly (P < 0.001) larger in patients with genotype CC (2.0 log) than for TT and CT genotypes (0.6 and 0.8), indicating IFN anti-viral effectiveness in blocking virion production of 99% versus 75-84%. There was no significant association between second phase slope and rs12979860 genotype in patients with a first phase decline larger than 1 log. HCV kinetics as function of IL28b SNP. The same trend (not shown) was observed for HCV genotype 2-3 patients with different SNP genotype distribution that may indicate differential selection pressure as function of HCV genotype. Similar results were observed for SNPs rs8099917 and rs12980275, with a strong linkage disequilibrium among the 3 loci allowing to define the composite haplotype best associated with IFN effectiveness. Conclusions: IFN effectiveness in blocking virion production/ release is strongly affected by IL28B SNPs, but not other viral dynamic properties such as infected cell loss rate. Thus, IFN based therapy, as standard-of-care or in combination with DAV, should consider IL28B SNPs for prediction and personalized treatment, while response to pure DAV treatment may be less affected by IL28B SNPs. Additional analyses are undergoing to pinpoint the SNP effect on IFN anti-viral effectiveness.

The impact of fibrosis and steatosis on early viral kinetics in HCV genotype 1-infected patients treated with Peg-IFN-alfa-2a and ribavirin.

Summary.  Hepatitis C viral (HCV) kinetics after initiation of interferon-based therapy provide valuable insights for understanding virus pathogenesis, evaluating treatment antiviral effectiveness and predicting treatment outcome. Adverse effects of liver fibrosis and steatosis on sustained virological response have been frequently reported, yet their impacts on the early viral kinetics remain unclear. In this study, associations between histology status and early viral kinetics were assessed in 149 HCV genotype 1-infected patients treated with pegylated interferon alfa-2a and ribavirin (DITTO trial). In multivariate analyses adjusted for critical factors such as IL28B genotype and baseline viral load, presence of significant fibrosis (Ishak stage > 2) was found to independently reduce the odds of achieving an initial reduction (calculated from day 0 to day 4) in HCV RNA of ≥2 logIU/mL (adjusted OR 0.03, P = 0.004) but was not associated with the second-phase slope of viral decline (calculated from day 8 to day 29). On the contrary, presence of liver steatosis was an independent risk factor for not having a rapid second-phase slope, that is, ≥0.3 logIU/mL/week (adjusted OR 0.22, P = 0.012) but was not associated with the first-phase decline. Viral kinetic modelling theory suggests that significant fibrosis primarily impairs the treatment antiviral effectiveness in blocking viral production by infected cells, whereas the presence of steatosis is associated with a lower net loss of infected cells. Further studies will be necessary to identify the biological mechanisms underlain by these findings.

Should we await IFN-free regimens to treat HCV genotype 1 treatment-naive patients? A cost-effectiveness analysis (ANRS 95141).

BACKGROUND & AIMS: In treatment-naive patients mono-infected with genotype 1 chronic HCV, treatments with telaprevir/boceprevir (TVR/BOC)-based triple therapy are standard-of-care. However, more efficacious direct-acting antivirals (IFN-based new DAAs) are available and interferon-free (IFN-free) regimens are imminent (2015). METHODS: A mathematical model estimated quality-adjusted life years, cost and incremental cost-effectiveness ratios of (i) IFN-based new DAAs vs. TVR/BOC-based triple therapy; and (ii) IFN-based new DAAs initiation strategies, given that IFN-free regimens are imminent. The sustained virological response in F3-4/F0-2 was 71/89% with IFN-based new DAAs, 85/95% with IFN-free regimens, vs. 64/80% with TVR/BOC-based triple therapy. Serious adverse events leading to discontinuation were taken as: 0-0.6% with IFN-based new DAAs, 0% with IFN-free regimens, vs. 1-10% with TVR/BOC-based triple therapy. Costs were euro60,000 for 12weeks of IFN-based new DAAs and two times higher for IFN-free regimens. RESULTS: Treatment with IFN-based new DAAs when fibrosis stage ⩾F2 is cost-effective compared to TVR/BOC-based triple therapy (euro37,900/QALY gained), but not at F0-1 (euro103,500/QALY gained). Awaiting the IFN-free regimens is more effective, except in F4 patients, but not cost-effective compared to IFN-based new DAAs. If we decrease the cost of IFN-free regimens close to that of IFN-based new DAAs, then awaiting the IFN-free regimen becomes cost-effective. CONCLUSIONS: Treatment with IFN-based new DAAs at stage ⩾F2 is both effective and cost-effective compared to TVR/BOC triple therapy. Awaiting IFN-free regimens and then treating regardless of fibrosis is more efficacious, except in F4 patients; however, the cost-effectiveness of this strategy is highly dependent on its cost.

Reduced IFNλ4 activity is associated with improved HCV clearance and reduced expression of interferon-stimulated genes

Hepatitis C virus (HCV) infections are the major cause of chronic liver disease, cirrhosis and hepatocellular carcinoma worldwide. Both spontaneous and treatment-induced clearance of HCV depend on genetic variation within the interferon-lambda locus, but until now no clear causal relationship has been established. Here we demonstrate that an amino-acid substitution in the IFNλ4 protein changing a proline at position 70 to a serine (P70S) substantially alters its antiviral activity. Patients harbouring the impaired IFNλ4-S70 variant display lower interferon-stimulated gene (ISG) expression levels, better treatment response rates and better spontaneous clearance rates, compared with patients coding for the fully active IFNλ4-P70 variant. Altogether, these data provide evidence supporting a role for the active IFNλ4 protein as the driver of high hepatic ISG expression as well as the cause of poor HCV clearance.

TLR3 and Rig-like receptor on myeloid dendritic cells and Rig-like receptor on human NK cells are both mandatory for production of IFN-gamma in response to double-stranded RNA.

Cross-talk between NK cells and dendritic cells (DCs) is critical for the potent therapeutic response to dsRNA, but the receptors involved remained controversial. We show in this paper that two dsRNAs, polyadenylic-polyuridylic acid and polyinosinic-polycytidylic acid [poly(I:C)], similarly engaged human TLR3, whereas only poly(I:C) triggered human RIG-I and MDA5. Both dsRNA enhanced NK cell activation within PBMCs but only poly(I:C) induced IFN-gamma. Although myeloid DCs (mDCs) were required for NK cell activation, induction of cytolytic potential and IFN-gamma production did not require contact with mDCs but was dependent on type I IFN and IL-12, respectively. Poly(I:C) but not polyadenylic-polyuridylic acid synergized with mDC-derived IL-12 for IFN-gamma production by acting directly on NK cells. Finally, the requirement of both TLR3 and Rig-like receptor (RLR) on mDCs and RLRs but not TLR3 on NK cells for IFN-gamma production was demonstrated using TLR3- and Cardif-deficient mice and human RIG-I-specific activator. Thus, we report the requirement of cotriggering TLR3 and RLR on mDCs and RLRs on NK cells for a pathogen product to induce potent innate cell activation.

IL-10 controls cystatin C synthesis and blood concentration in response to inflammation through regulation of IFN regulatory factor 8 expression.

Cystatin C (CstC) is a cysteine protease inhibitor of major clinical importance. Low concentration of serum CstC is linked to atherosclerosis. CstC can prevent formation of amyloid β associated with Alzheimer's disease and can itself form toxic aggregates. CstC regulates NO secretion by macrophages and is a TGF-β antagonist. Finally, the serum concentration of CstC is an indicator of kidney function. Yet, little is known about the regulation of CstC expression in vivo. In this study, we demonstrate that the transcription factor IFN regulatory factor 8 (IRF-8) is critical for CstC expression in primary dendritic cells. Only those cells with IRF-8 bound to the CstC gene promoter expressed high levels of the inhibitor. Secretion of IL-10 in response to inflammatory stimuli downregulated IRF-8 expression and consequently CstC synthesis in vivo. Furthermore, the serum concentration of CstC decreased in an IL-10-dependent manner in mice treated with the TLR9 agonist CpG. CstC synthesis is therefore more tightly regulated than hitherto recognized. The mechanisms involved in this regulation might be targeted to alter CstC production, with potential therapeutic value. Our results also indicate that caution should be exerted when using the concentration of serum CstC as an indicator of kidney function in conditions in which inflammation may alter CstC production.

Hepatitis C virus variants resistant to macrocyclic NS3-4A inhibitors subvert IFN-β induction by efficient MAVS cleavage.

BACKGROUND & AIMS: The hepatitis C virus (HCV) NS3-4A protease is essential for the HCV life cycle and a prime target of antiviral treatment strategies. Protease inhibitors, however, are limited by emergence of resistance-associated amino acid variants (RAVs). The capacity to cleave and inactivate mitochondrial antiviral-signaling protein (MAVS) in the RIG-I-signaling pathway is a cardinal feature of NS3-4A, by which HCV blocks induction of interferon-(IFN)-β, thereby promoting viral persistence. Here, we aimed to investigate the impact of NS3-4A RAVs on MAVS cleavage. METHODS: The impact of NS3-4A RAVs on MAVS cleavage was assessed using immunoblot analyses, luciferase reporter assays and molecular dynamics simulations to study the underlying molecular principles. IFN-β was quantified in serum from patients with different NS3-4A RAVs. RESULTS: We show that macrocyclic NS3-4A RAVS with substitutions at residue D168 of the protease result in an increased capacity of NS3-4A to cleave MAVS and suppress IFN-β induction compared with a comprehensive panel of RAVs and wild type HCV. Mechanistically, we show the reconstitution of a tight network of electrostatic interactions between protease and the peptide substrate that allows much stronger binding of MAVS to D168 RAVs than to the wild-type protease. Accordingly, we could show IFN-β serum levels to be lower in patients with treatment failure due to the selection of D168 variants compared to R155 RAVs. CONCLUSIONS: Our data constitutes a proof of concept that the selection of RAVs against specific classes of direct antivirals can lead to the predominance of viral variants with possibly adverse pathogenic characteristics.