Receptor activator for NF-κB ligand in acute myeloid leukemia: expression, function, and modulation of NK cell immunosurveillance.

The TNF family member receptor activator for NF-κB ligand (RANKL) and its receptors RANK and osteoprotegerin are key regulators of bone remodeling but also influence cellular functions of tumor and immune effector cells. In this work, we studied the involvement of RANK-RANKL interaction in NK cell-mediated immunosurveillance of acute myeloid leukemia (AML). Substantial levels of RANKL were found to be expressed on leukemia cells in 53 of 78 (68%) investigated patients. Signaling via RANKL into the leukemia cells stimulated their metabolic activity and induced the release of cytokines involved in AML pathophysiology. In addition, the immunomodulatory factors released by AML cells upon RANKL signaling impaired the anti-leukemia reactivity of NK cells and induced RANK expression, and NK cells of AML patients displayed significantly upregulated RANK expression compared with healthy controls. Treatment of AML cells with the clinically available RANKL Ab Denosumab resulted in enhanced NK cell anti-leukemia reactivity. This was due to both blockade of the release of NK-inhibitory factors by AML cells and prevention of RANK signaling into NK cells. The latter was found to directly impair NK anti-leukemia reactivity with a more pronounced effect on IFN-γ production compared with cytotoxicity. Together, our data unravel a previously unknown function of the RANK-RANKL molecule system in AML pathophysiology as well as NK cell function and suggest that neutralization of RANKL with therapeutic Abs may serve to reinforce NK cell reactivity in leukemia patients.

Coevolutionary arms races: increased host immune defense promotes specialization by avian fleas.

We investigated the relationship between host defense and specialization by parasites in comparative analyses of bird fleas and T-cell mediated immune response of their avian hosts, showing that fleas with few main host species exploited hosts with weak or strong immune defenses, whereas flea species that parasitized a large number of host species only exploited hosts with weak immune responses. Hosts with strong immune responses were exploited by a larger number of flea species than hosts with weak responses. A path analysis model with an effect of T-cell response on the number of host species, or a model with host coloniality directly affecting host T-cell response, which in turn affected the number of host species used by fleas, best explained the data. Therefore, parasite specialization may have evolved in response to strong host defenses.

Low TCR avidity and lack of tumor cell recognition in CD8(+) T cells primed with the CEA-analogue CAP1-6D peptide.

The use of "altered peptide ligands" (APL), epitopes designed for exerting increased immunogenicity as compared with native determinants, represents nowadays one of the most utilized strategies for overcoming immune tolerance to self-antigens and boosting anti-tumor T cell-mediated immune responses. However, the actual ability of APL-primed T cells to cross-recognize natural epitopes expressed by tumor cells remains a crucial concern. In the present study, we show that CAP1-6D, a superagonist analogue of a carcinoembriyonic antigen (CEA)-derived HLA-A*0201-restricted epitope widely used in clinical setting, reproducibly promotes the generation of low-affinity CD8(+) T cells lacking the ability to recognized CEA-expressing colorectal carcinoma (CRC) cells. Short-term T cell cultures, obtained by priming peripheral blood mononuclear cells from HLA-A*0201(+) healthy donors or CRC patients with CAP1-6D, were indeed found to heterogeneously cross-react with saturating concentrations of the native peptide CAP1, but to fail constantly lysing or recognizing through IFN- gamma release CEA(+)CRC cells. Characterization of anti-CAP1-6D T cell avidity, gained through peptide titration, CD8-dependency assay, and staining with mutated tetramers (D227K/T228A), revealed that anti-CAP1-6D T cells exerted a differential interaction with the two CEA epitopes, i.e., displaying high affinity/CD8-independency toward the APL and low affinity/CD8-dependency toward the native CAP1 peptide. Our data demonstrate that the efficient detection of self-antigen expressed by tumors could be a feature of high avidity CD8-independent T cells, and underline the need for extensive analysis of tumor cross-recognition prior to any clinical usage of APL as anti-cancer vaccines.

Notch signaling in the immune system.

The Notch signaling pathway regulates many aspects of embryonic development, as well as differentiation processes and tissue homeostasis in multiple adult organ systems. Disregulation of Notch signaling is associated with several human disorders, including cancer. In the last decade, it became evident that Notch signaling plays important roles within the hematopoietic and immune systems. Notch plays an essential role in the development of embryonic hematopoietic stem cells and influences multiple lineage decisions of developing lymphoid and myeloid cells. Moreover, recent evidence suggests that Notch is an important modulator of T cell-mediated immune responses. In this review, we discuss Notch signaling in hematopoiesis, lymphocyte development, and function as well as in T cell acute lymphoblastic leukemia.

Sustained NKG2D engagement induces cross-tolerance of multiple distinct NK cell activation pathways

NKG2D is a multisubunit activation receptor that allows natural killer (NK) cells to detect and eliminate stressed, infected, and transformed host cells. However, the chronic exposure of NK cells to cell-bound NKG2D ligands has been shown to impair NKG2D function both in vitro and in vivo. Here we have tested whether continuous NKG2D engagement selectively impacted NKG2D function or whether heterologous NK cell activation pathways were also affected. We found that sustained NKG2D engagement induced cross-tolerization of several unrelated NK cell activation receptors. We show that receptors that activate NK cells via the DAP12/KARAP and DAP10 signaling adaptors, such as murine NKG2D and Ly49D, cross-tolerize preferentially NK cell activation pathways that function independent of DAP10/12, such as antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity and missing-self recognition. Conversely, DAP10/12-independent pathways are unable to cross-tolerize unrelated NK cell activation receptors such as NKG2D or Ly49D. These data define a class of NK cell activation receptors that can tolerize mature NK cells. The reversible suppression of the NK cells' cytolytic function probably reduces the NK cells' efficacy to control endogenous and exogenous stress yet may be needed to limit tissue damage

On the transcriptional role of NLRC5 and the function of NLRC5-driven MHC class I expression in the immune system

Major histocompatibility complex (MHC) molecules are of crucial importance for the immune system to recognize and defend the body against external attacks. Foreign antigens are presented by specialized cells, called antigen presenting cells, to T lymphocytes in the context of MHC molecules, thereby inducing T cell activation. In addition, MHC molecules are essential for Natural Killer (NK) cell biology, playing a role in NK cell education and activation. Recently, the NOD-like receptor (NLR) family member NLRC5 (NLR caspase recruitment domain containing protein 5) was found to act as transcriptional regulator of MHC class I, in particular in T and NK cells. Its role in MHC class I expression is however minor in dendritic cells (DCs). This raised the question of whether inflammatory conditions, which augment the levels of NLRC5 in DCs, could increase its contribution to MHC class I expression. Our work shows that MHC class I transcript and intracellular levels depend on NLRC5, while its role in MHC class I surface expression is instead negligible. We describe however a general salvage mechanism that enables cells with low intracellular MHC class I levels to nevertheless maintain relatively high MHC class I on the cell surface. In addition, we lack a thorough understanding of NLRC5 target gene specificity and mechanism of action. Our work delineates the unique consensus sequence in MHC class I promoters required for NLRC5 recruitment and pinpoints conserved features conferring its specificity. Furthermore, through genome-wide analyses, we confirm that NLRC5 regulates classical MHC class I genes and identify novel target genes all encoding non-classical MHC class I molecules exerting an array of functions in immunity and tolerance. We finally asked why a dedicated factor co-regulates MHC class I expression specifically in T and NK lymphocytes. We show that deregulated NLRC5 expression affects the education of NK cells and alters the crosstalk between T and NK cells, leading to NK cell-mediated killing of T lymphocytes. Altogether this thesis work brings insights into molecular and physiological aspects of NLRC5 function, which might help understand certain aspects of immune responses and disorders. -- Les molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) sont essentielles au système immunitaire pour l'initiation de la réponse immunitaire. En effet, l'activation des lymphocytes T nécessite la reconnaissance d'un antigène étranger présenté par les cellules présentatrices d'antigènes sur une molécule du CMH. Les molécules du CMH ont également un rôle fondamental pour la fonction des cellules Natural Killer (NK) puisqu'elles sont nécessaires à leur processus d'éducation et d'activation. Récemment, NLRC5 (NLR caspase recruitment domain containing protein 5), un membre de la famille des récepteurs de type NOD (NLRs), a été décrit comme un facteur de transactivation de l'expression des gènes du CMH de classe I. A l'état basai, cette fonction transcriptionnelle est essentielle dans les lymphocytes T et NK, alors que ce rôle reste mineur pour l'expression des molécules du CMH de classe I dans les cellules dendritiques (DCs). Dans des conditions inflammatoires, l'expression de NLRC5 augmente dans les DCs. Notre travail démontre que, dans ces conditions, les transcrits et les niveaux intracellulaires des molécules du CMH de classe I augmentent aussi d'une façon dépendante de NLRC5. A contrario, le rôle de NLRC5 sur les niveaux de molécules de surface reste minoritaire. Cette observation nous a conduits à l'identification d'un mécanisme général de compensation qui permet aux cellules de maintenir des niveaux relativement élevés de molécules de CMH de class I à leur surface malgré de faibles niveaux intracellulaires. De plus, il semblait nécessaire de s'orienter vers une approche plus globale afin de déterminer l'étendue de la fonction transcriptionnelle de NLRC5. Par une approche du génome entier, nous avons pu décrire une séquence consensus conservée présente dans les promoteurs des gènes du CMH de classe I, sur laquelle NLRC5 est spécifiquement recruté. Nous avons pu également identifier de nouveaux gènes cibles codant pour des molécules de CMH de classe I non classiques impliqués dans l'immunité et la tolérance. Finalement, nous nous sommes demandé quel est l'intérêt d'avoir un facteur transcriptionnel, en l'occurrence NLRC5, qui orchestre l'expression du CMH de classe I dans les lymphocytes T et NK. Nous montrons que la dérégulation de l'expression de NLRC5 affecte l'éducation des cellules NK et conduit à la mort cellulaire des lymphocytes T médiée par les cellules NK. Dans l'ensemble ce travail de thèse contribue à la caractérisation du rôle de NLRC5, tant au niveau moléculaire que physiologique, ce qui présente un intérêt dans le cadre de la compréhension de certains aspects physiopathologique de la réponse immunitaire.

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.

Neutralization of (NK-cell-derived) B-cell activating factor by Belimumab restores sensitivity of chronic lymphoid leukemia cells to direct and Rituximab-induced NK lysis.

Natural killer (NK) cells are cytotoxic lymphocytes that substantially contribute to the therapeutic benefit of antitumor antibodies like Rituximab, a crucial component in the treatment of B-cell malignancies. In chronic lymphocytic leukemia (CLL), the ability of NK cells to lyse the malignant cells and to mediate antibody-dependent cellular cytotoxicity upon Fc receptor stimulation is compromised, but the underlying mechanisms are largely unclear. We report here that NK-cells activation-dependently produce the tumor necrosis factor family member 'B-cell activating factor' (BAFF) in soluble form with no detectable surface expression, also in response to Fc receptor triggering by therapeutic CD20-antibodies. BAFF in turn enhanced the metabolic activity of primary CLL cells and impaired direct and Rituximab-induced lysis of CLL cells without affecting NK reactivity per se. The neutralizing BAFF antibody Belimumab, which is approved for treatment of systemic lupus erythematosus, prevented the effects of BAFF on the metabolism of CLL cells and restored their susceptibility to direct and Rituximab-induced NK-cell killing in allogeneic and autologous experimental systems. Our findings unravel the involvement of BAFF in the resistance of CLL cells to NK-cell antitumor immunity and Rituximab treatment and point to a benefit of combinatory approaches employing BAFF-neutralizing drugs in B-cell malignancies.

New cationic nanovesicular systems containing lysine-based surfactants for topical administration: Toxicity assessment using representative skin cell lines

Many strategies for treating diseases require the delivery of drugs into the cell cytoplasm following internalization within endosomal vesicles. Thus, compounds triggered by low pH to disrupt membranes and release endosomal contents into the cytosol are of particular interest. Cationic nanovesicles have attracted considerable interest as effective carriers to improve the delivery of biologically active molecules into and through the skin. In this study, lipid-based nanovesicles containing three different cationic lysine-based surfactants were designed for topical administration. We used representative skin cell lines and in vitro assays to assess whether the cationic compounds modulate the toxic responses of these nanocarriers. The nanovesicles were characterized in both water and cell culture medium. In general, significant agglomeration occurred after 24 h incubation under cell culture conditions. We found different cytotoxic responses among the formulations, which depended on the surfactant,cell line (3T3, HaCaT, and THP-1) and endpoint assayed (MTT, NRU, and LDH). Moreover, no potential phototoxicity was detected in fibroblast or keratinocyte cells, whereas only a slight inflammatory response was induced, as detected by IL-1a and IL-8 production in HaCaT and THP-1 cell lines, respectively. A key finding of our research was that the cationic charge position and the alkyl chain length of the surfactants determine the nanovesicles resulting toxicity. The charge on the a-amino group of lysine increased the depletion of cell metabolic activity, as determined by the MTT assay, while a higher hydrophobicity tends to enhance the toxic responses of the nanovesicles. The insights provided here using different cell lines and assays offer a comprehensive toxicological evaluation of this group of new nanomaterials.

STING activation of tumor endothelial cells initiates spontaneous and therapeutic antitumor immunity.

Spontaneous CD8 T-cell responses occur in growing tumors but are usually poorly effective. Understanding the molecular and cellular mechanisms that drive these responses is of major interest as they could be exploited to generate a more efficacious antitumor immunity. As such, stimulator of IFN genes (STING), an adaptor molecule involved in cytosolic DNA sensing, is required for the induction of antitumor CD8 T responses in mouse models of cancer. Here, we find that enforced activation of STING by intratumoral injection of cyclic dinucleotide GMP-AMP (cGAMP), potently enhanced antitumor CD8 T responses leading to growth control of injected and contralateral tumors in mouse models of melanoma and colon cancer. The ability of cGAMP to trigger antitumor immunity was further enhanced by the blockade of both PD1 and CTLA4. The STING-dependent antitumor immunity, either induced spontaneously in growing tumors or induced by intratumoral cGAMP injection was dependent on type I IFNs produced in the tumor microenvironment. In response to cGAMP injection, both in the mouse melanoma model and an ex vivo model of cultured human melanoma explants, the principal source of type I IFN was not dendritic cells, but instead endothelial cells. Similarly, endothelial cells but not dendritic cells were found to be the principal source of spontaneously induced type I IFNs in growing tumors. These data identify an unexpected role of the tumor vasculature in the initiation of CD8 T-cell antitumor immunity and demonstrate that tumor endothelial cells can be targeted for immunotherapy of melanoma.

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.

Leishmaniavirus : a possible target against metastatic leishmaniasis

Leishmaniasis is widely spread disease found in bath tropical and temperate regions but limited to the habitat of its sand fly vector. lt affects over 12 million people with 2 million new cases each year. As cutaneous leishmaniasis patients show varying levels of immunity to the disease after recovery, the development of a vaccine has much promise as a prevention strategy. Unfortunately however, existing anti-leishmanial vaccines are plagued by safety issues and have only ever shown limited efficacy .So, despite much effort, no effective vaccine is currently available. Recent studies suggest a correlation between the presence of Leishmania RNA virus (LRV) and the development of mucocutaneous leishmaniasis (MCL), which is characterised by the presence of secondary lesions in nasal and buccal mucosa, causing destructive and disfiguring facial lesions. Moreover, recent research has associated the viral presence to treatment fa ilure in patients. ln the first part of this work, we propose that these viral particles may serve as promising vaccine candidates due to their powerful TLR-3 antigenicity, launching an early cell-mediated attack on stimulated cells and thus eliminating their virulent complications. The second part of this work discusses a preliminary study on the lymphocyte immune response against Leishmania guyanensis infection. The lymphocyte response (and in particular, the raie of CDS+ T cells) is controversial and varies greatly between Leishmania species. Here, we illustrate the importance of a small CDS+ T cell subpopulation, expressing the CDSaa+ receptor. These intraepithelial lymphocytes are mainly present in the skin, vagina and intestinal tissue and are best known for their raie in the early immune response against pathogens. Similarly to traditional CDS+ cells, they secrete the tissue-destructive enzymes, perforin and granzyme, which can result in a hyper-inflammatory cutaneous lesion, raising a possibility for their raie in Leishmania infection. lndeed, our initial results in a murine mode( of Leishmania guyanensis infection suggest a pathogenic raie for CDSaa+ T cells. Further research into species-specific immune responses against the various Leishmania parasites is critical to realising the clinical potential of immunotherapy in the treatment and prevention of this disfiguring disease . -- La Leishmaniose est une maladie infectieuse causée par le parasite Leishmania. Elle est localisée dans les régions où son vecteur se reproduit, c'est-à-dire dans des régions tropicales ou tempérées. Cette pathologie affecte 12 millions des personnes dans le monde et 2 millions de nouveaux cas sont recensés chaque année. D'autres facteurs, tels la déforestation, les conditions d'hygiène ou encore l'accès limité aux médicaments, aggravent la pathologie et renforcent sa propagation. Les patients affectés par la leishmaniose et qui arrivent à en guérir, présentent une protection contre une réinfection. Pour cette raison, le développement d'un vaccin reste la meilleure solution pour combattre ce fléau. Mais, à ce jour, et malgré beaucoup d'efforts, aucun vaccin efficace n'a encore été développé. Un autre facteur responsable de l'aggravation de la pathologie et de la résistance de ces parasites aux drogues est un virus qui peut infecter certaines souches de Leishmania. Ce virus, appelé Leishmania RNA virus, peut induire une réponse inflammatoire exagérée, ce qui a comme résultat l'aggravation de la pathologie, la survie et la dissémination de ce parasite au sein de l'hôte infecté. Vu l'absence d'un vaccin contre ce parasite, Leishmania, nous proposons de développer un vaccin non pas contre le parasite lui- même mais contre l'agent qui provoque l'exacerbation de la pathologie, c'est-à-dire le virus. Dans cette étude, nous décrivons le développement d'un vaccin contre LRV, qui empêche le parasite d'induire des inflammations exagérées dans les souris. En d'autres mots, nous essayons de prévenir toutes les complications générées par cet hyperpathogène qu'est le LRV, en utilisant sa capside comme cible pour le développement d'un vaccin. Dans la deuxième partie de ce manuscrit, nous avons aussi étudié plus en détail la réponse immunitaire, et en particulier la réponse des lymphocytes T COB suite à l'infection du parasite Leishmania guyanensis porteur du LRV.

The regulation and function of collagenase-3 (MMP-13) in cutaneous wound healing and squamous cell carcinoma

Matrix metalloproteinase-13 (MMP-13) is a potent proteolytic enzyme, whose expression has been previously associated with fetal bone development and postnatal bone remodeling and with adult gingival wound healing. MMP-13 is also known to be involved in the growth and invasion of various cancers including squamous cell carcinoma (SCC) of the skin. The aim of this study was to further elucidate the function and regulation of MMP-13 in wound repair and cancer. In this study, it was shown that fetal skin fibroblasts express MMP-13 in response to transforming growth factor-β in a p38 MAP kinase dependent manner. In addition, MMP-13 was found to be expressed in vivo by wound fibroblasts in human fetal skin grafted on SCID mice. Adenovirally delivered expression of MMP-13 enhanced collagen matrix contraction by fibroblasts in vitro in association with altered cytoskeletal structure, enhanced proliferation and survival. These results indicate that MMP-13 is involved in cell-mediated collagen matrix remodeling and suggest a role for MMP-13 in superior matrix remodeling and scarless healing of fetal skin wounds. Using an MMP-13 deficient mouse strain, it was shown that MMP-13 is essential for the normal development of experimental granulation tissue in mice. MMP-13 was implicated in the regulation of myofibroblast function and angiogenesis and the expression of genes involved in cellular proliferation and movement, immune response, angiogenesis and proteolysis. Finally, epidermal mitogen, keratinocyte growth factor (KGF) was shown to suppress the malignant properties of skin SCC cells by downregulating the expression of several target genes with potential cancer promoting properties, including MMP-13, and by reducing SCC cell invasion. These results provide evidence that MMP-13 potently regulates cell viability, myofibroblast function and angiogenesis associated with wound healing and cancer. In addition, fibroblasts expressing MMP-13 show high collagen reorganization capacity. Moreover, the results suggest that KGF mediates the anti-cancer effects on skin SCC

Detection of early apoptosis and cell death in T CD4+ and CD8+ cells from lesions of patients with localized cutaneous leishmaniasis

Human localized cutaneous leishmaniasis (LCL), induced by Leishmania braziliensis, ranges from a clinically mild, self-healing disease with localized cutaneous lesions to severe forms which can present secondary metastatic lesions. The T cell-mediated immune response is extremely important to define the outcome of the disease; however, the underlying mechanisms involved are not fully understood. A flow cytometric analysis of incorporation of 7-amino actinomycin D and CD4+ or CD8+ T cell surface phenotyping was used to determine whether different frequencies of early apoptosis or accidental cell death occur at different stages of LCL lesions. When all cells obtained from a biopsy sample were analyzed, larger numbers of early apoptotic and dead cells were observed in lesions from patients with active disease (mean = 39.5 ± 2.7%) as compared with lesions undergoing spontaneous healing (mean = 17.8 ± 2.2%). Cells displaying normal viability patterns obtained from active LCL lesions showed higher numbers of early apoptotic events among CD8+ than among CD4+ T cells (mean = 28.5 ± 3.8 and 15.3 ± 3.0%, respectively). The higher frequency of cell death events in CD8+ T cells from patients with LCL may be associated with an active form of the disease. In addition, low frequencies of early apoptotic events among the CD8+ T cells were observed in two patients with self-healing lesions. Although the number of patients in the latter group was small, it is possible to speculate that, during the immune response, differences in apoptotic events in CD4+ and CD8+ T cell subsets could be responsible for controlling the CD4/CD8 ratio, thus leading to healing or maintenance of disease.

Secondary prevention of type 1 diabetes mellitus: stopping immune destruction and promoting ß-cell regeneration

Type 1 diabetes mellitus results from a cell-mediated autoimmune attack against pancreatic ß-cells. Traditional treatments involve numerous daily insulin dosages/injections and rigorous glucose control. Many efforts toward the identification of ß-cell precursors have been made not only with the aim of understanding the physiology of islet regeneration, but also as an alternative way to produce ß-cells to be used in protocols of islet transplantation. In this review, we summarize the most recent studies related to precursor cells implicated in the regeneration process. These include embryonic stem cells, pancreas-derived multipotent precursors, pancreatic ductal cells, hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, hepatic oval cells, and mature ß-cells. There is controversial evidence of the potential of these cell sources to regenerate ß-cell mass in diabetic patients. However, clinical trials using embryonic stem cells, umbilical cord blood or adult bone marrow stem cells are under way. The results of various immunosuppressive regimens aiming at blocking autoimmunity against pancreatic ß-cells and promoting ß-cell preservation are also analyzed. Most of these regimens provide transient and partial effect on insulin requirements, but new regimens are beginning to be tested. Our own clinical trial combines a high dose immunosuppression with mobilized peripheral blood hematopoietic stem cell transplantation in early-onset type 1 diabetes mellitus.