Translation and assembly of HLA-DR antigens in Xenopus oocytes injected with mRNA from a human B-cell line.

HLA-DR antigens are polymorphic cell surface glycoproteins, expressed primarily in B lymphocytes and macrophages, which are thought to play an important role in the immune response. Two polypeptide chains, alpha and beta, are associated at the cell surface, and a third chain associates with alpha and beta intracellularly. RNA isolated from the human B-cell line Raji was injected in Xenopus laevis oocytes. Immunoprecipitates of translation products with several monoclonal antibodies revealed the presence of HLA-DR antigens similar to those synthesized in Raji cells. One monoclonal antibody was able to bind the beta chain after dissociation of the three polypeptide chains with detergent. The presence of all three chains was confirmed by two-dimensional gel electrophoresis. The glycosylation pattern of the three chains was identical to that observed in vivo, as evidenced in studies using tunicamycin, an inhibitor of N-linked glycosylation. The presence of alpha chains assembled with beta chains in equimolar ratio was further demonstrated by amino-terminal sequencing. An RNA fraction enriched for the three mRNAs, encoding alpha, beta, and intracellular chains, was isolated. This translation-assembly system and the availability of monoclonal antibodies make it possible to assay for mRNA encoding specific molecules among the multiple human Ia-like antigens.

Definition of key variables for the induction of optimal NY-ESO-1-specific T cells in HLA transgene mice.

An attractive treatment of cancer consists in inducing tumor-eradicating CD8(+) CTL specific for tumor-associated Ags, such as NY-ESO-1 (ESO), a strongly immunogenic cancer germ line gene-encoded tumor-associated Ag, widely expressed on diverse tumors. To establish optimal priming of ESO-specific CTL and to define critical vaccine variables and mechanisms, we used HLA-A2/DR1 H-2(-/-) transgenic mice and sequential immunization with immunodominant DR1- and A2-restricted ESO peptides. Immunization of mice first with the DR1-restricted ESO(123-137) peptide and subsequently with mature dendritic cells (DCs) presenting this and the A2-restriced ESO(157-165) epitope generated abundant, circulating, high-avidity primary and memory CD8(+) T cells that efficiently killed A2/ESO(157-165)(+) tumor cells. This prime boost regimen was superior to other vaccine regimes and required strong Th1 cell responses, copresentation of MHC class I and MHC class II peptides by the same DC, and resulted in upregulation of sphingosine 1-phosphate receptor 1, and thus egress of freshly primed CD8(+) T cells from the draining lymph nodes into circulation. This well-defined system allowed detailed mechanistic analysis, which revealed that 1) the Th1 cytokines IFN-gamma and IL-2 played key roles in CTL priming, namely by upregulating on naive CD8(+) T cells the chemokine receptor CCR5; 2) the inflammatory chemokines CCL4 (MIP-1beta) and CCL3 (MIP-1alpha) chemoattracted primed CD4(+) T cells to mature DCs and activated, naive CD8(+) T cells to DC-CD4 conjugates, respectively; and 3) blockade of these chemokines or their common receptor CCR5 ablated priming of CD8(+) T cells and upregulation of sphingosine 1-phosphate receptor 1. These findings provide new opportunities for improving T cell cancer vaccines.

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

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

Direct tumor recognition by a human CD4(+) T-cell subset potently mediates tumor growth inhibition and orchestrates anti-tumor immune responses.

Tumor antigen-specific CD4(+) T cells generally orchestrate and regulate immune cells to provide immune surveillance against malignancy. However, activation of antigen-specific CD4(+) T cells is restricted at local tumor sites where antigen-presenting cells (APCs) are frequently dysfunctional, which can cause rapid exhaustion of anti-tumor immune responses. Herein, we characterize anti-tumor effects of a unique human CD4(+) helper T-cell subset that directly recognizes the cytoplasmic tumor antigen, NY-ESO-1, presented by MHC class II on cancer cells. Upon direct recognition of cancer cells, tumor-recognizing CD4(+) T cells (TR-CD4) potently induced IFN-γ-dependent growth arrest in cancer cells. In addition, direct recognition of cancer cells triggers TR-CD4 to provide help to NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells by enhancing cytotoxic activity, and improving viability and proliferation in the absence of APCs. Notably, the TR-CD4 either alone or in collaboration with CD8(+) T cells significantly inhibited tumor growth in vivo in a xenograft model. Finally, retroviral gene-engineering with T cell receptor (TCR) derived from TR-CD4 produced large numbers of functional TR-CD4. These observations provide mechanistic insights into the role of TR-CD4 in tumor immunity, and suggest that approaches to utilize TR-CD4 will augment anti-tumor immune responses for durable therapeutic efficacy in cancer patients.

Islet antigen-specific T cells and regulatory T cells in type 1 diabetes

T cells are the key players in the development of type 1 diabetes (T1D), mediating autoimmune reactions leading to the destruction of insulin producing beta cells in the islets. We aimed to analyze the role of different T-cell subtypes in the autoimmunity and pathogenesis of T1D. The frequency of islet antigen-specific (GAD65-, proinsulin-, and insulin-specific) CD4+ T cells was investigated in vitro in T1D patients, at-risk individuals (diabetes-associated autoantibody positive), and in controls, using MHC class II tetramers. An overall higher frequency of CD4+ T-cells recognizing the GAD65 555−567 peptide was detected in at-risk individuals. In addition, increased CD4+ T-cell responses to the same GAD65 epitope displaying a memory phenotype were observed in at-risk and diabetic children, which demonstrate a previous encounter with the antigen in vivo. Avidity and phenotypic differences were also observed among CD4+ T-cell clones induced by distinct doses of GAD65 autoantigen. T-cell clones generated at the lowest peptide dose displayed the highest avidity and expressed more frequently the TCR Vβ5.1 chain than low-avidity T cells. These findings raise attention to the antigen dose when investigating the diversity of antigen-specific T cells. Furthermore, an increased regulatory response during the preclinical phase of T1D was also found in genetically at-risk children. Higher frequencies of regulatory T (Treg) cells (CD4+CD25_high HLA-DR-/CD69-) and natural killer T (NKT) cells (CD161+Vbeta11+) were observed in children with multiple autoantibodies compared to autoantibody-negative controls. Taken together, these data showed increased frequency of islet-specific CD4+ T-cells, especially to the GAD65 555-567 epitope, and Treg and NKT cell upregulation in children at-risk for T1D, suggesting their importance in T1D pathogenesis

Modulation of B lymphocyte function by an aqueous fraction of the ethanol extract of Cissampelos sympodialis Eichl (Menispermaceae)

Cissampelos sympodialis Eichl species are used in folk medicine for the treatment of asthma, arthritis and rheumatism. In the present study, we investigated the immunomodulatory effect of an aqueous fraction of a 70% (v/v) ethanol extract of C. sympodialis leaves on B lymphocyte function. The hydroalcoholic extract inhibited the in vitro proliferative response of resting B cells induced by LPS (IC50 = 17.2 µg/ml), anti-delta-dextran (IC50 = 13.9 µg/ml) and anti-IgM (IC50 = 24.3 µg/ml) but did not affect the anti-MHC class II antibody-stimulated proliferative response of B cell blasts obtained by stimulation with IL-4 and anti-IgM. Incubation with the hydroalcoholic extract used at 50 µg/ml induced a 700% increase in intracellular cAMP levels. IgM secretion by resting B cells (obtained from normal mice) and polyclonally activated B cells (obtained from Trypanosoma cruzi-infected animals) was inhibited by the hydroalcoholic extract. The latter were more sensitive to the hydroalcoholic extract since 6.5 µg/ml induced a 20% inhibition in the response of cells from normal mice while it inhibited the response of B cells from infected animals by 75%. The present data indicate that the alcoholic extract of C. sympodialis inhibited B cell function through an increase in intracellular cAMP levels. The finding that the hydroalcoholic extract inhibited immunoglobulin secretion suggests a therapeutic use for the extract from C. sympodialis in conditions associated with unregulated B cell function and enhanced immunoglobulin secretion. Finally, the inhibitory effect of the hydroalcoholic extract on B cells may indicate an anti-inflammatory effect of this extract.

Low expression of antigen-presenting and costimulatory molecules by lung cells from tuberculosis patients

Costimulatory and antigen-presenting molecules are essential to the initiation of T cell immunity to mycobacteria. The present study analyzed by immunocytochemistry, using monoclonal antibodies and alkaline phosphatase-anti-alkaline phosphatase method, the frequency of costimulatory (CD86, CD40, CD40L, CD28, and CD152) and antigen-presenting (MHC class II and CD1) molecules expression on human lung cells recovered by sputum induction from tuberculosis (TB) patients (N = 22) and non-TB controls (N = 17). TB cases showed a statistically significant lower percentage of HLA-DR+ cells than control subjects (21.9 ± 4.2 vs 50.0 ± 7.2%, P < 0.001), even though similar proportions of TB cases (18/22) and control subjects (16/17, P = 0.36) had HLA-DR-positive-stained cells. In addition, fewer TB cases (10/22) compared to control subjects (16/17) possessed CD86-expressing cells (P = 0.04; OR: 0.05; 95%CI = 0.00-0.51), and TB cases expressed a lower percentage of CD86+ cells (P = 0.04). Moreover, TB patients with clinically limited disease (£1 lobe) on chest X-ray exhibited a lower percentage of CD86-bearing cells compared to patients with more extensive lung disease (>1 lobe) (P = 0.02). The lower expression by lung cells from TB patients of HLA-DR and CD86, molecules involved in antigen presentation and activation of T cells, may minimize T cell recognition of Mycobacterium tuberculosis, fostering an immune dysfunctional state and active TB.

CD40-stimulated B Lymphocytes Pulsed with Tumor Antigens Are Effective Antigen-presenting Cells That Can Generate Specific T Cells

Although they are considered as antigen presenting cells (APC), the role of antigen-unspecific B-lymphocytes in antigen presentation and T lymphocyte stimulation remains controversial. In this paper, we tested the capacity of normal human peripheral activated B cells to stimulate T cells using melanoma antigens or melanoma cell lysates. B lymphocytes activated through CD40 ligation and then pulsed with tumor antigens efficiently processed and presented MHC class II restricted peptides to specific CD4+ T cell clones. This suggests that CD40-activated B cells have the functional and molecular competence to present MHC class II epitopes when pulsed with exogenous antigens, thereby making them a relevant source of APC to generate T cells. To test this hypothesis, CD40-activated B cells were pulsed with a lysate prepared from melanoma cells and used to stimulate peripheral autologous T cells. Interestingly, T cells specific to melanoma antigens were generated. Further analysis of these T cell clones revealed that they recognized MHC class II restricted epitopes from tyrosinase, a known melanoma tumor antigen. The efficient antigen presentation by antigen-unspecific activated B cells was correlated with a down-regulation in the expression of HLA-DO, a B cell specific protein known to interfere with HLA-DM function. Because HLA-DM is important in MHC class II peptide loading, the observed decrease in HLA-DO may partially explain the enhanced antigen presentation following B-cell activation. Results globally suggest that when they are properly activated, antigen-unspecific B-lymphocytes can present exogenous antigens by MHC class II molecules and stimulate peripheral antigen-specific T cells. Antigen presentation by activated B cells could be exploited for immunotherapy by allowing the in vitro generation of T cells specific against antigens expressed by tumors or viruses.

Caractérisation structurale de la molécule HLA-DO

Les molécules classiques du CMH de classe II présentent des peptides antigéniques aux lymphocytes T CD4+. Cette présentation est régulée par deux molécules non classiques : HLA-DM catalyse la relâche de CLIP et le chargement de peptides et HLA-DO module l’activité de DM. Une expression insuffisante en cellules d’insectes empêche les expériences de cristallisation de DO, probablement en raison de sa conformation, rendant DO instable et inapte à sortir du réticulum endoplasmique (RE). DM corrige la conformation de DO et permet sa sortie du RE. Aussi, par ses ponts disulfures uniques, DM adopte une conformation stable et peut sortir du RE sans lier d’autre molécule. Nous avons tenté de corriger la conformation de DO en introduisant des cystéines pour établir des ponts homologues à ceux de DM. La conformation de DO ne fut pas corrigée. Par ailleurs, nous avons augmenté l’expression de DO en introduisant une séquence partielle de Kozak. Nous avons aussi étudié l’effet de DM sur l’expression de DO. DM a favorisé l’expression de DO, probablement en diminuant sa dégradation. Chaque chaîne du dimère DMαβ est impliquée dans l’oxydation de sa chaîne partenaire. La conformation non-optimale de DO pourrait traduire une incapacité des chaînes α ou β à favoriser l’oxydation de sa partenaire; DM corrigerait ce problème. Notre analyse d’immunobuvardage de type Western a toutefois démontré que DM ne modifie pas l’état d’oxydation de DOα et DOβ. Finalement, nous avons étudié l’interaction DO-DM. L’acide aminé DOαE41 est impliqué dans cette liaison. Certains des acides aminés entre α80 et α84 pourraient être impliqués. Nous avons muté des acides aminés de cette région de DOα. Les résidus testés ne semblent pas impliqués dans la liaison DO-DM. L’obtention de la structure tridimensionnelle de DO et la caractérisation de son état oxydatif et de sa liaison à DM permettront de mieux comprendre son rôle.

Régulation des chaperons de la présentation antigénique par ubiquitination

La chaîne invariante forme un complexe nonamérique avec les molécules classiques du CMH de classe II. HLA-DM et HLA-DO, des molécules non-classiques de classe II, sont aussi impliquées dans la présentation des peptides antigéniques aux lymphocytes T. Ces molécules chaperones de la présentation antigénique modulent la capacité d’une cellule à présenter des antigènes par les moloécules classiques du CMH de classe II. La régulation transcriptionnelle des molécules chaperones, tout comme celle des autres molécules du CMH de classe II, est assurée par le transactivateur CIITA. La molécule HLA-DR peut être régulée négativement de manière post-traductionnelle par ubiquitination grâce à l’enzyme E3 ubiquitine ligase MARCH1. Celle-ci est induite par l’interleukine-10 dans les monocytes. L’objectif de ce projet était de déterminer si l’ubiquitination par MARCH1 peut aussi réguler l’expression des molécules chaperones de la présentation antigénique. Les expériences furent réalisées dans le contexte de co-transfections en cellules HEK293T. L’expression des molécules fut évaluée par immunomarquages et cytométrie de flux. Il a été montré que l’isoforme p33 de la chaîne invariante est régulé négativement en présence de MARCH1 à partir de la surface cellulaire, causant ainsi sa dégradation. Tel que démontré par l’utilisation d’un mutant dépourvu de queue cytoplasmique, cette dernière région n’est pas indispensable à ce phénomène. Une hypothèse est qu’une molécule non-identifiée, associée à Ii, serait ubiquitinée par MARCH1, l’entraînant dans sa régulation négative. Il fut déterminer que cette molécule n’était pas CXCR2, un récepteur pouvant être impliqué, avec la chaîne invariante et CD44, en tant que récepteur de MIF (Macrophage Inhibitory Factor). Il fut aussi montré que HLA-DO peut être ciblé par MARCH1 mais ceci ne semble pas être un phénomène dominant; l’expression des complexes DO/DM n’étant pas affectée bien qu’ils entrent en interaction avec MARCH1. L’expression de HLA-DM n’est pas affectée par MARCH1. Il n’a toutefois pas été déterminé hors de tout doute si MARCH1 peut modifier DM; des résultats obtenus avec une queue cytoplasmique de DM possédant une lysine laissant suggérer qu’il est possible que MARCH1 interagisse avec DM. Dans l’ensemble, les travaux démontrent que l’ubiquitination par MARCH1 joue un rôle dans la régulation post-transcriptionnelle de la chaîne invariante p33 mais pas HLA-DO et HLA-DM.

Étude des voies d’apprêtement des antigènes viraux menant à la présentation antigénique par les CMH de classe I

Le contrôle immunitaire des infections virales est effectué, en grande partie, par les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques. Pour y parvenir, les lymphocytes T CD8+ doivent être en mesure de reconnaître les cellules infectées et de les éliminer. Cette reconnaissance des cellules infectées s’effectue par l’interaction du récepteur T (TCR) des lymphocytes T CD8+ et des peptides viraux associés au complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe I à la surface des cellules hôtes. Cette interaction constitue l’élément déclencheur permettant l’élimination de la cellule infectée. On comprend donc toute l’importance des mécanismes cellulaires menant à la génération des peptides antigéniques à partir des protéines virales produites au cours d’une infection. La vision traditionnelle de cet apprêtement protéique menant à la présentation d’antigènes par les molécules du CMH propose deux voies cataboliques distinctes. En effet, il est largement admis que les antigènes endogènes sont apprêtés par la voie dite ‘‘classique’’ de présentation antigénique par les CMH de classe I. Cette voie implique la dégradation des antigènes intracellulaires par le protéasome dans le cytoplasme, le transport des peptides résultant de cette dégradation à l’intérieur du réticulum endoplasmique, leur chargement sur les molécules du CMH de classe I et finalement le transport des complexes peptide-CMH à la surface de la cellule où ils pourront activer les lymphocytes T CD8+. Dans la seconde voie impliquant des antigènes exogènes, le dogme veut que ceux-ci soient apprêtés par les protéases du compartiment endovacuolaire. Les peptides ainsi générés sont directement chargés sur les molécules de CMH de classe II à l’intérieur de ce compartiment. Par la suite, des mécanismes de recyclage vésiculaire assurent le transport des complexes peptide-CMH de classe II à la surface de la cellule afin de stimuler les lymphocytes T CD4+. Cependant, cette stricte ségrégation des voies d’apprêtement antigénique a été durement éprouvée par la capacité des cellules présentatrices d’antigènes à effectuer l’apprêtement d’antigènes exogènes et permettre leur présentation sur des molécules de CMH de classe I. De plus, l’identification récente de peptides d’origine intracellulaire associés à des molécules de CMH de classe II a clairement indiqué la présence d’interactions entre les deux voies d’apprêtement antigénique permettant de transgresser le dogme préalablement établi. L’objectif du travail présenté ici était de caractériser les voies d’apprêtement antigénique menant à la présentation d’antigènes viraux par les molécules du CMH de classe I lors d’une infection par le virus de l’Herpès simplex de type I (HSV-1). Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons une nouvelle voie d’apprêtement antigénique résultant de la formation d’autophagosomes dans les cellules infectées. Cette nouvelle voie permet le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire dégradatif dans la phase tardive de l’infection par le virus HSV-1. Cette mise en branle d’une seconde voie d’apprêtement antigénique permet d’augmenter le niveau de présentation de la glycoprotéine B (gB) virale utilisée comme modèle dans cette étude. De plus, nos résultats décrivent la formation d’une nouvelle forme d’autophagosomes dérivés de l’enveloppe nucléaire en réponse à l’infection par le virus HSV-1. Ces nouveaux autophagosomes permettent le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire lytique, action également assurée par les autophagosomes dits classiques. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous utilisons l’infection par le virus HSV-1 et la production de la gB qui en résulte pour étudier le trafic membranaire permettant le transfert de la gB vers un compartiment vacuolaire dégradatif. Nos résultats mettent en valeur l’importance du réticulum endoplasmique, et des compartiments autophagiques qui en dérivent, dans ces mécanismes de transfert antigénique permettant d’amplifier la présentation antigénique de la protéine virale gB sur des CMH de classe I via une voie vacuolaire. L’ensemble de nos résultats démontrent également une étroite collaboration entre la voie classique de présentation antigénique par les CMH de classe I et la voie vacuolaire soulignant, encore une fois, la présence d’interaction entre les deux voies.

Exploration fonctionnelle des réponses cellulaires T CD4+ et CD8+ dans l’infection par le VIH-1

L’infection par le VIH-1 est caractérisée par une déplétion progressive des cellules T CD4+ ainsi que par un dysfonctionnement des cellules T qui, en l’absence de traitements anti-rétroviraux, conduit inéluctablement à la progression de la maladie vers le stade SIDA. Certains des mécanismes impliqués dans ce dysfonctionnement de la réponse cellulaire T ont été élucidés et ont révélé un rôle important de la molécule PD-1 dans l’exhaustion des cellules T en phase chronique de l’infection. En effet, des niveaux élevés de PD-1 ont été associés à une charge virale élevée ainsi qu’à une diminution de la production de cytokines et de la capacité de proliférer des cellules T spécifiques du virus. De plus, bloquer in vitro l’interaction de PD-1 avec son ligand PD-L1 en utilisant un anticorps bloquant rétabli la fonction de ces cellules. De façon intéressante, notre groupe ainsi que d’autres équipes, ont montré que l’expression de PD-1 était non seulement augmentée sur les cellules spécifiques de l’antigène mais aussi sur les cellules T totales. Cependant, peu de choses sont connues quant à l’impact de l’expression de PD-1 sur le renouvellement et la différenciation des cellules T qui expriment PD-1, et ce au cours de l’infection. L’expression de PD-1 n’a notamment pas été étudiée en phase aigue de l’infection. Nous montrons clairement que, aussi bien chez les individus en phase aigue qu’en phase chronique de l’infection, l’expression de PD-1 est augmentée sur toutes les sous-populations T, y compris les cellules naïves. Nous avons également mis en relief une distribution anormale des sous-populations T, ces cellules ayant un phénotype plus différencié, et ce à tous les stades de la maladie. Dans cette thèse, nous discutons le rôle possible de PD-1 dans l’homéostasie des cellules T chez les individus infectés par le VIH-1. En étudiant la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection, nous avons trouvé que les sous-populations T CD8+ des individus récemment infectés exprimaient moins de PD-1 que celles des individus à un stade plus avancé de la maladie. Ces niveaux plus élevés de PD-1 sur les cellules T CD8+ en phase chronique sont associés à des niveaux réduits de prolifération in vivo – comme mesuré par l’expression de Ki67 – suggérant que l’expression de PD-1 est partiellement impliquée dans cette perte de fonction des cellules T CD8+. De plus, les cellules naïves s’accumulent en fréquence lors de la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection. Considérant que les cellules naïves expriment déjà des hauts niveaux de PD-1, nous avons émis l’hypothèse que l’activation initiale des cellules T chez les individus chroniquement infectés est affectée. En résumé, nous proposons un modèle où des hauts niveaux d’expression de PD-1 sont associés à (1) un dysfonctionnement de la réponse cellulaire T CD8+ et (2) un défaut d’activation des cellules naïves ce qui contribue non seulement à la progression de la maladie mais aussi ce qui va limiter l’efficacité de potentiels vaccins dans l’infection par le VIH-1 en empêchant toute nouvelle réponse d’être initiée. Afin de mieux disséquer la réponse immunitaire mise en place lors d’une infection comme celle du VIH-1, nous avons développé un outil qui permet de détecter les cellules T CD4+ i.e. des tétramères de CMH de classe II. Ces réactifs ont pour but d’augmenter l’avidité du CMH de classe II pour son ligand et donc de détecter des TCR de faible affinité. Dans cette thèse, nous décrivons une méthode originale et efficace pour produire diverses molécules de HLA-DR liant de façon covalente le peptide antigénique. Mieux déterminer les mécanismes responsables de l’exhaustion des cellules T dans l’infection par le VIH-1 et de la progression de la maladie, ainsi que développer des outils de pointe pour suivre ces réponses T, est central à une meilleure compréhension de l’interaction entre le virus et le système immunitaire de l’hôte, et permettra ainsi le développement de stratégies pertinentes pour lutter contre l’infection par le VIH-1.

Antigen and superantigen presentation as defined by the MHCII-accessory proteins and associated-peptides

MHCII molecules expose a weave of antigens, which send survival or activation signals to T lymphocytes. The ongoing process of peptide binding to the MHC class II groove implicates three accessory molecules: the invariant chain, DM and DO. The invariant chain folds and directs the MHCII molecules to the endosomal pathway. Then, DM exchanges the CLIP peptide, which is a remnant of the degraded invariant chain, for peptides of better affinity. Expressed in highly specialized antigen presenting cells, DO competes with MHCII molecules for DM binding and favors the presentation of receptor-internalized antigens. Altogether, these molecules exhibit potential immunomodulatory properties that can be exploited to increase the potency of peptide vaccines. DO requires DM for maturation and to exit the ER. Interestingly, it is possible to monitor this interaction through a conformation change on DOβ that is recognized by the Mags.DO5 monoclonal antibody. Using Mags.DO5, we showed that DM stabilizes the interactions between the DO α1 and β1 chains and that DM influences DO folding in the ER. Thus, the Mags.DO5+ conformation correlates with DO egress from the ER. To further evaluate this conformation change, directed evolution was applied to DO. Of the 41 unique mutants obtained, 25% were localized at the DM-DO binding interface and 12% are at the solvent-exposed β1 domain, which is thought to be the Mags.DO5 epitope. In addition, I used the library to test the ability of HLA-DO to inhibit HLA-DM and sorted for the amount of CLIP. Interestingly, most of the mutants showed a decrease inhibitory effect, supporting the notion that the intrinsic instability of DO is a required for its function. Finally, these results support the model in which DO competes against classical MHCII molecules by sequestering DM chaperone’s function. MHCII molecules are also characterized by their ability to present superantigens, a group of bacterial or viral toxins that coerces MHCII-TCR binding in a less promiscuous fashion than what is observed in a canonical setting. While the mechanism of how bacterial superantigens form trimeric complexes with TCR and MHCII is well understood, the mouse mammary tumor virus superantigens (vSAG) are poorly defined. In the absence of a crystal structure, I chose a functional approach to examine the relation between vSAG, MHCII and TCR with the goal of uncovering the overall trimolecular architecture. I showed that TCR concomitantly binds both the MHCII α chain and the vSAG and that TCR-MHCII docking is almost canonical when coerced by vSAGs. Because many peptides may be tolerated in the MHCII groove, the pressure exerted by vSAG seems to tweak conventional TCR-MHCII interactions. Furthermore, my results demonstrate that vSAG binding to MHCII molecules is conformation-dependent and abrogated by the CLIP amino-terminal residues extending outside the peptide-binding groove. In addition, they also suggest that vSAGs cross-link adjacent MHCIIs and activate T cells via a TGXY motif.

Development of designed site-directed pseudopeptide-peptido-mimetic immunogens as novel minimal subunit-vaccine candidates for malaria

Synthetic vaccines constitute the most promising tools for controlling and preventing infectious diseases. When synthetic immunogens are designed from the pathogen native sequences, these are normally poorly immunogenic and do not induce protection, as demonstrated in our research. After attempting many synthetic strategies for improving the immunogenicity properties of these sequences, the approach consisting of identifying high binding motifs present in those, and then performing specific changes on amino-acids belonging to such motifs, has proven to be a workable strategy. In addition, other strategies consisting of chemically introducing non-natural constraints to the backbone topology of the molecule and modifying the a-carbon asymmetry are becoming valuable tools to be considered in this pursuit. Non-natural structural constraints to the peptide backbone can be achieved by introducing peptide bond isosters such as reduced amides, partially retro or retro-inverso modifications or even including urea motifs. The second can be obtained by strategically replacing L-amino-acids with their enantiomeric forms for obtaining both structurally site-directed designed immunogens as potential vaccine candidates and their Ig structural molecular images, both having immunotherapeutic effects for preventing and controlling malaria.

3D Analysis of the TCR/pMHCII Complex Formation in Monkeys Vaccinated with the First Peptide Inducing Sterilizing Immunity against Human Malaria

T-cell receptor gene rearrangements were studied in Aotus monkeys developing high antibody titers and sterilizing immunity against the Plasmodium falciparum malaria parasite upon vaccination with the modified synthetic peptide 24112, which was identified in the Merozoite Surface Protein 2 (MSP-2) and is known to bind to HLA-DR beta 1*0403 molecules with high capacity. Spectratyping analysis showed a preferential usage of V beta 12 and V beta 6 TCR gene families in 67% of HLA-DR beta 1*0403-like genotyped monkeys. Docking of peptide 24112 into the HLA-DR beta 1*0401-HA peptide-HA1.7TCR complex containing the VDJ rearrangements identified in fully protected monkeys showed a different structural signature compared to nonprotected monkeys. These striking results show the exquisite specificity of the TCR/pMHCII complex formation needed for inducing sterilizing immunity and provide important hints for a logical and rational methodology to develop multiepitopic, minimal subunit-based synthetic vaccines against infectious diseases, among them malaria.