Human CD8 T-cell responses to Epstein-Barr virus and Cytomegalovirus in healthy donors and melanoma patients

Summary The mechanisms regulating the protective immune T-cell responses generated against the persistent Epstein-Barr virus (EBV) and Cytomegaloviru_s (CNIV) remain poorly understood. We analyzed the dynamics of cellular differentiation and T-cell receptor (TCR) clonotype selection of EBV- and CMV-specific T-cells in healthy adults and melanoma patients. While these responses could be subdivided into four T lymphocyte populations, théir proportions varied between EBV and CMV specific responses. Phenotypic and TCR clonotypic analyses supported a linear model of differentiation from the early-differentiated (EM/CD28pos) subset to the late-differentiatdc (EMRA/CD28neg) subset. In-depth clonal composition analyses revealed TCR repertoires, which were highly restricted for CMV- and relatively diverse for EBV-specific cells. Virtually all virus-specific clonotypes identified in the EMRA/CD28neg subset were also found within the pool of less differentiated "memory" cells. However, striking differences in the patterns of dominance were observed among these subsets, as some clonotypes were selected with differentiation, while others were not. Latedifferentiated CMV-specific clonotypes were mostly characterized by TCRs with lower dependency on CD8 co-receptor interaction. Yet all clonotypes displayed similar functional avidities, suggesting a compensatory role of CD8 in the clonotypes of lower TCR avidity. Importantly, clonotype selection and composition of each virus-specific subset upon differentiation was highly preserved over time, with the presence of the same dominant clonotypes at specific differentiation stages within a period of four years. This work was extended to the study of EBV-specific CD8 T-cell responses in melanoma patients undergoing transient lymphodepletion, followed by adoptive cell transfer (ACT) and immune reconstitution for thè treatment of their tumors. Following treatment regimen, we first observed an increase in the proportion of virus-specific T-cells in 3 out of 5 patients, accompanied by a more differentiated phenotype (EMRA/CD28neg), compared to specific cells of healthy individuals. Yet, similarly to healthy donors, clonotype selection and composition of virus-specific T-cells varied along the pathway of cellular differentiation, with some clonotypes being selected with differentiation, while others were not. Intriguingly, no novel clonotypes emerged following transient immuno-suppression and homeostatic proliferation, finding which was subsequently explained by the absence of EBV reactivation. The distribution of each clonotype within early- and late-differentiated T-cell subsets in 4 out 5 patients was highly stable over time, with those clonotypes initially found before the start of treatment that were again present at specific differentiation stages after transient lymphodepletion and ACT. These findings uncover novel features of the highly sophisticated control of steady state protective T-cell immune responses against persistent herpesviruses in healthy adults. Furthermore they reveal the striking stability of these responses in terms of clonotype selection and composition with T-cell differentiation even in situations where the immune system has been. challenged. Résumé : Les mécanismes qui régulent les réponses immunitaires de type protectrices, générées contre les virus chroniquement persistants tels que l'Epstein-Barr (EBV) ou le Cytomegalo (CMV) restent largement inconnus. Nous avons analysé la différenciation des lymphocytes T spécifiques pour ces virus, ainsi que la composition des clonotypes T (par leur récepteur T) chez les donneurs sains. Les réponses immunes peuvent être classifiées en quatre souspopulations majeures de lymphocytes T, cependant, leur proportion varie entre les réponses spécifiques contre EBV ou CMV. Ces analyses soutiennent le modèle linéaire de différenciation, à partir de la population non différenciée (EM/CD28pos) vers la population plus différenciée (ENIIZA/CD28neg). De plus, nos données sur la composition clonale de ces cellules T spécifiques ont révélé des répertoires TCR restreints, pour la réponse anti-CMV, et relativement diversifiés contre EBV. Tous les clonotypes spécifiques de ces virus identifiés dans la sous-population différenciée EMRA/CD28neg, ont également été retrouvés dans la population de cellules "mémoires". Toutefois, de fortes différences ont été observées dans les schémas de domination de ces sous-populations, en effet, certains clonotypes étaient sélectionnés avec la différenciation, alors que d'autres ne l'étaient pas. Nous avons également démontré que ces clonotypes différenciés et spécifiques pour le CMV sont caractérisés par des TCRs à faible dépendance en regard de la coopération du corécepteur CD8. Néanmoins, tous les clonotypes affichent une avidité fonctionnelle similaire, suggérant un rôle compensatoire du CD8, dans le cas des clonotypes avec une faible avidité du TCR En définitive, la composition et la sélection des clonotypes spécifiques pour chaque virus et pour chaque sous-population suit un schéma de différenciation hautement conservé au cours du temps, avec la présence de ces mêmes clonotypes au même stade de différenciation sur une période de quatre ans. Ce travail a été étendu à l'étude des réponses T CD8+ spécifiques pour le virus EBV chez les patients atteints de mélanome et recevant dans le cadre du traitement de leurs tumeurs une lymphodéplétion transitoire, suivie d'un transfert adoptif de cellules et d'une reconstitution immunitaire. Au cours de cette thérapie, nous avons en premier lieu observé pour 3 des 5 patients une augmentation de la proportion de cellules T spécifiques pour le virus, accompagné d'un phénotype plus différencié (EMRA/CD28neg), et ceci comparativement à des cellules spécifiques d'individus sains. Pourtant, comme nous l'avons observé chez les donneurs sains, la sélection et la composition des clonotypes T spécifiques varient tout au long de la différenciation cellulaire, avec certains clonotypes sélectionnés et d'autres qui ne le sont pas. Étonnamment, aucun nouveau clonotype n'a émergé après l'immuno-suppression transitoire et la prolifération homéostatique. Cette observation trouve son explication par une absence de réactivation du virus EBV chez ces patients, et ce malgré leur traitement. De plus, la distribution de chaque clonotype parmi ces sous-populations non-différenciées et différenciées reste stable au cours du traitement. Ainsi, les mêmes clonotypes initialement identifiés avant le début du traitement sont présents aux mêmes stades de différenciation après la lymphodéplétion et la prolifération homéostatique. Ces résultats ont permis d'identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation hautement «sophistiquée » des réponses immunitaires T contre les virus persistants EBV et CMV chez les donneurs sains. En particulier, ils révèlent la grande stabilité de ces réponses en termes de sélection et de composition des clonotypes avec la différenciation cellulaire, et ce dans les situations chroniques, ainsi que dans les situations dans lesquelles le système immunitaire a été profondément perturbé.

Ex vivo detectable human CD8 T-cell responses to cancer-testis antigens.

Clinical trials have shown that strong tumor antigen-specific CD8 T-cell responses are difficult to induce but can be achieved for T-cells specific for melanoma differentiation antigens, upon repetitive vaccination with stable emulsions prepared with synthetic peptides and incomplete Freund's adjuvant. Here, we show in four melanoma patients that ex vivo detectable T-cells and thus strong T-cell responses can also be induced against the more universal cancer-testis antigens NY-ESO-1 and Mage-A10. Interestingly, all patients had ex vivo detectable T-cell responses against multiple antigens after serial vaccinations with three peptides emulsified in incomplete Freund's adjuvant. Antigen-specific T-cells displayed an activated phenotype and secreted IFNgamma. The robust immune responses provide a solid basis for further development of human T-cell vaccination.

Tolerogenic dendritic cells and their role in induction of immune tolerance

Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui permettent d'instruire les lymphocytes T, autres cellules de ce système, pour mettre en place une réponse immunitaire adaptée afin de combattre et vaincre une infection. Ces cellules dendritiques vont reconnaître des motifs spécifiquement exprimés par des pathogènes par l'intermédiaire de récepteurs exprimés à leur surface. En détectant ces molécules, elles vont s'activer et subir diverses modifications pour pouvoir activer les lymphocytes T. Elles vont alors interagir avec les lymphocytes Τ et transférer les informations nécessaires pour que ces cellules s'activent à leur tour et produisent différentes protéines de façon à éliminer le pathogène. En fonction du type de pathogène, les informations transférées entre les cellules dendritiques et les lymphocytes seront différentes de manière à produire la réponse immunitaire la mieux adaptée pour supprimer l'élément infectieux. Dans le corps, les cellules dendritiques circulent continuellement afin de détecter les éléments étrangers. Quand elles reconnaissent une protéine étrangère, elles la phagocytent, c'est-à-dire qu'elles la mangent afin de pouvoir la présenter aux lymphocytes T. Mais quand elles phagocytent un élément étranger, elles peuvent également prendre des éléments du soi, comme par exemple quand elles phagocytent une cellule infectée par un virus. Les cellules dendritiques doivent alors être capables de différentier les molécules du soi et du non-soi de façon à ne pas induire une réponse en présentant un antigène du soi aux lymphocytes T. D'autant plus que lors de leur développement, les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître le soi sont éliminés mais ce système n'est pas parfait et donc certains lymphocytes Τ auto-reactifs peuvent se trouver dans le corps. Il existe ainsi d'autres mécanismes en périphérie du site de développement pour inhiber ces lymphocytes Τ auto-reactifs. Ce sont les mécanismes de tolérance. Quand les lymphocytes Τ induisent une réponse aux antigènes du soi, cela résulte à des maladies auto-immunes. Dans mon projet de recherche, nous avons travaillé avec des lignées de cellules dendritiques, c'est-à-dire des cellules dendritiques semblables à celles que l'on peut trouver in vivo mais qui sont immortalisées, elles peuvent donc être cultiver et manipuler in vitro. Nous avons génétiquement modifiées ces lignées cellulaires pour qu'elles expriment des molécules immunosuppressives afin d'étudier comment induire une tolérance immunitaire, c'est-à-dire si l'expression de ces molécules permet d'éviter de générer une réponse immunitaire. Pour cela, nous avons utilisé des modèles murins de tumeurs et de maladies auto-immunes. Nous avons démontré que ces lignées de cellules dendritiques peuvent être un grand outil de recherche pour étudier les bénéfices de différentes molécules immuno-modulatrices afin d'induire une tolérance immunitaire à différents antigènes. - Les cellules dendritiques sont responsables de l'induction des réponses immunitaires adaptatives. Suite à une infection microbienne, les cellules dendritiques s'activent, elles induisent l'expression de molécules de costimulation à leur surface, sécrètent des cytokines et induisent la différentiation des cellules Τ effectrices et mémoires. De plus, les cellules dendritiques ont un rôle important dans l'induction et la maintenance de la tolérance immunitaire au niveau du thymus et en périphérie, en induisant l'anergie, la délétion ou la conversion des cellules Τ naïves en cellules régulatrices. Dans notre groupe, une nouvelle lignée de cellules dendritiques appelée MuTu a été crée par la culture de cellules dendritiques tumorales isolées à partir d'une rate d'une souris transgénique, dans laquelle l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP sont sous le contrôle du promoteur CD1 le, et sont ainsi spécifiquement exprimés dans les cellules dendritiques. Ces nouvelles lignées appartiennent au sous-type des cellules dendritiques conventionnelles exprimant CD8a. Elles ont conservé leur capacité d'augmenter l'expression des marqueurs de costimulation à leur surface ainsi que le production de cytokines en réponse à des ligands des récepteurs Toll, ainsi que leur capacité à présenter des antigènes associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou II pour activer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T. En utilisant un système de transduction de lentivirus de seconde génération, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques ont été génétiquement modifiées pour sur-exprimer des molécules immunosuppressives (IL-10, TGFP latent, TGFp actif, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC et CTLA4). Ces lignées permettent d'étudier de manière reproductible le rôle de ces molécules potentiellement tolérogènes sur les réponses immunitaires in vitro et in vivo. Ces lignées potentiellement tolérogènes ont été testées, tout d'abord, in vitro, pour leur capacité à inhiber l'activation des cellules dendritiques, à bloquer la prolifération des cellules Τ ou à modifier leur polarisation. Nos résultats démontrent qu'en réponse à une stimulation, la sur-expression des molécules costimulatrices et la sécrétion de molécules pro- inflammatoires est réduite quand les cellules dendritiques sur-expriment l'IL-10. La sur¬expression de TGFp sous sa forme active induit le développement de cellules régulatrices CD4+ CD25+ Foxp3+ et bloque la réponse CD8 cytotoxique tandis que la sur-expression de CTLA4 à la surface des cellules dendritiques inhibe une réponse Thl et induit des lymphocytes Τ anergiques. Ces lignées ont également été utilisées pour étudier l'induction de tolérance in vivo. Tout d'abord, nous avons étudié l'induction de tolérance dans un modèle de développement de tumeurs. En effet, quand les lignées tumorales sont transférées dans les lignées de souris C57BL/6, elles sont reconnues comme du non-soi du à l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP et sont éliminées. Ce mécanisme d'élimination a été étudié en utilisant une lignée de cellules dendritiques modifiée pour exprimer la luciférase et qui a permis de suivre le développement des tumeurs par de l'imagerie in vivo dans des animaux vivants. Ces lignées de cellules dendritiques MuTu sont éliminées dans la souris C57BL/6 par les lymphocytes CD8 et l'action cytotoxique de la perforine. Après plusieurs injections, les cellules dendritiques sur-exprimant CTLA4 ou l'actif TGFp peuvent casser cette réponse immunitaire inhérente aux antigènes de la lignée et induire le développement de la tumeur dans la souris C57BL/6. Le développement tumoral a pu être suivi en mesurant la bioluminescence émise par des cellules dendritiques modifiées pour exprimer à la fois l'actif TGFp et la luciférase. Ces tumeurs ont pu se développer grâce à la mise en place d'un microenvironnement suppressif pour échapper à l'immunité en recrutant des cellules myéloïde suppressives, des lymphocytes CD4 régulateurs et en induisant l'expression d'une molécule inhibitrice PD-1 à la surface des lymphocytes CD8 infiltrant la tumeur. Dans un deuxième temps, ces lignées tolérogènes ont également été testées dans un modèle murin de maladies auto-immunes, appelé l'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE), qui est un modèle pour la sclérose en plaques. L'EAE a été induite dans la souris par le transfert de cellules de ganglions prélevées d'une souris donneuse préalablement immunisée avec une protéine du système nerveux central, la glycoprotéine myéline oligodendrocyte (MOG) émulsifiée dans de l'adjuvant complet de Freund. La vaccination des souris donneuses et receveuses avec les cellules sur-exprimant l'actif TGFP préalablement chargées avec la protéine MOG bloque l'induction de l'EAE. Nous sommes actuellement en train de définir les mécanismes qui permettent de protéger la souris du développement de la maladie auto-immune. Dans cette étude, nous avons ainsi démontré la possibilité d'induire la tolérance in vivo et in vitro à différents antigènes en utilisant nos nouvelles lignées de cellules dendritiques et en les modifiant pour exprimer des molécules immunosuppressives. En conséquence, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques représentent un outil pour explorer les bénéfices de différentes molécules ayant des propriétés immuno-modulatrices pour manipuler le système immunitaire vers un phénotype tolérogène. - Dendritic cells (DC) are widely recognized as potent inducers of the adaptive immune responses. Importantly, after microbial infections, DC become activated, induce co- stimulation, secrete cytokines and induce effector and memory Τ cells. DC furthermore play an important role in inducing and maintaining central and peripheral tolerance by inducing anergy, deletion or commitment of antigen-specific naïve Τ cells into regulatory Τ cells. In our group, stable MuTu DC lines were generated by culture of splenic DC tumors from transgenic mice expressing the SV40 large Τ oncogene and the GFP under DC-specific CDllc promoter. These transformed DC belong to the CD8a+ conventional DC subtype and have fully conserved their capacity to upregulate co-stimulatory markers and produce cytokines after activation with Toll Like Receptors-ligands, and to present Major Histocompatibility class-I or MHCII-restricted antigens to activate Τ cell expansion and differentiation. Using a second- generation lentiviral transduction system, these newly developed MuTu DC lines were genetically modified to overexpress immunosuppressive molecules (IL-10, latent TGFp, active TGFp, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC and CTLA4). This allows to reproducibly investigate the role of these potentially tolerogenic molecules on in vitro and in vivo immune responses. These potentially tolerogenic DC were tested in vitro for their ability to inhibit DC activation, to prevent Τ cell proliferation and to modify Τ cell polarization. Our results show that the upregulation of costimulatory molecules and the secretion of pro-inflammatory cytokines were reduced upon stimulation of DC overexpressing IL-10. The overexpression of active TGFP induced the development of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and inhibited the cytotoxic CD8 Τ cell response as shown by using the OT-II Τ cell system whereas the surface expression of CTLA-4 on DC prevented the Thl response and prompted an anergic antigen-specific Τ cell response. These MuTu DC lines were also used in vivo in order to study the induction of tolerance. First we addressed the induction of tolerance in a model of tumorogenesis. The adoptively transferred tumor cell lines were cleared in C57BL/6 mice due to the foreign expression of SV40 LargeT and GFP. The mechanism of clearance of MuTu DC line into C57BL/6 mice was investigated by using luciferase-expressing DC line. These DC line allowed to follow, by in vivo imaging, the tumor development in living animals and determined that MuTu DC lines were eliminated in a perforin-mediated CD8 Τ cell dependent and CD4 Τ cell independent response. After multiple injections, DC overexpressing CTLA4 or active TGFp could break the immune response to these inherent antigens and induced DC tumorogenesis in wild type mice. The tumor outgrowth in C57BL/6 mice was nicely observed by double-transduced DC lines to express both luciferase and active TGFp. actTGFp-DC tumor was shown to recruit myeloid-derived suppressor cells, induce CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and induce the expression of the inhibitory receptor PD-1 on tumor- infiltrating CD8+ Τ cells in order to escape tumor immunity. Tolerogenic DC lines were also tested for the induction of tolerance in a murine model of autoimmune disease, the experimental autoimmune encephalitis (EAE) model for human multiple sclerosis. EAE was induced in C57BL/6 mice by the adoptive transfer of lymph node cells isolated from donor mice previously immunized by a protein specific to the central nervous system, the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in the complete freund adjuvant. The vaccination of donor and recipient mice with MOG-pulsed actTGFP-DC line prevented EAE induction. We are still investigating how the active TGFP protect mice from EAE development. We generated tolerogenic DC lines inducing tolerance in vitro and in vivo. Thereby these MuTu DC lines represent a great tool to explore the benefits of various immuno-modulatory molecules to manipulate the immune system toward a tolerogenic phenotype.

mTORC2 is an important signaling intermediary in VEGF-mediated endothelial cell proliferation, survival and migration

Objective: The vascular endothelial growth factor (VEGF) is a prominent¦contributor of tumor angiogenesis. VEGF induces endothelial cell migration,¦proliferation and survival, which are critical steps for the development of new¦blood vessels, through the activation of the Mek/Erk and PI3K/Akt signaling¦pathways. Recent findings have demonstrated that mTORC2 regulates Akt and¦Erk in endothelial cells. The role of mTORC2 in VEGF-mediated endothelial¦cell responses has however not been characterized.¦Methods: We used human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). The¦effects of VEGF on the Mek/Erk and PI3K/Akt pathway were analyzed by¦Western blot. Inhibition of mTORC2 was achieved using small interfering¦RNAs to rictor. Cell proliferation rate was assessed by BrdU incorporation and¦immunocytofluorescence. Apoptosis rate was determined by ELISA as well as¦propidium iodine staining and FACS analysis. Migration of endothelial cells¦was evaluated using a modified Boyden chamber assay.¦Results:Wefound thatVEGF activatesmTORC2 in endothelial cells. Indeed,¦treatment of endothelial cells with VEGF increases Akt phosphorylation, a¦downstream effector of mTORC2. We have further determined the role¦of mTORC2 in VEGF signaling by knocking down rictor, a component¦of mTORC2. We observed that VEGF failed to activate Akt and Erk in¦endothelial cells transfected with rictor siRNA. To next analyze the functional¦significance of mTORC2 inhibition on VEGF-mediated endothelial cell¦responses we performed proliferation, survival and migration assays. We found¦that VEGF failed to induce endothelial cell proliferation, survival and migration¦in endothelial cell lacking mTORC2 activity.¦Conclusion: These results show that mTORC2 is an important signaling¦intermediary in VEGF-induced endothelial cell responses and thus represents¦an interesting target to block VEGF-induced angiogenesis.

Inadequate T follicular cell help impairs B cell immunity during HIV infection.

The majority of HIV-infected individuals fail to produce protective antibodies and have diminished responses to new immunizations. We report here that even though there is an expansion of follicular helper T (TFH) cells in HIV-infected individuals, the cells are unable to provide adequate B cell help. We found a higher frequency of programmed cell death ligand 1 (PD-L1)(+) germinal center B cells from lymph nodes of HIV-infected individuals suggesting a potential role for PD-1-PD-L1 interaction in regulating TFH cell function. In fact, we show that engagement of PD-1 on TFH cells leads to a reduction in cell proliferation, activation, inducible T-cell co-stimulator (ICOS) expression and interleukin-21 (IL-21) cytokine secretion. Blocking PD-1 signaling enhances HIV-specific immunoglobulin production in vitro. We further show that at least part of this defect involves IL-21, as addition of this cytokine rescues antibody responses and plasma cell generation in vitro. Our results suggest that deregulation of TFH cell-mediated B cell help diminishes B cell responses during HIV infection and may be related to PD-1 triggering on TFH cells. These results demonstrate a role for TFH cell impairment in HIV pathogenesis and suggest that enhancing their function could have a major impact on the outcome and control of HIV infection, preventing future infections and improving immune responses to vaccinations.

Immunopathogenesis of Asthma and Atopic Diseases – The specific Role of a selected Panel of Genes in human T helper Cell Differentiation

T helper cell (Th) functions are crucial for proper immune defence against various intra- and extracellular pathogens. According to the specific immune responses, Th cells can be classified into subtypes, Th1 and Th2 cells being the most frequently characterized classes. Th1 and Th2 cells interact with other immune cells by regulating their functions with specific cytokine production. IFN, IL-2 and TNF- are the cytokines predominantly produced by Th1 cells whereas Th2 cells produce Th2-type cytokines, such as IL-4, IL-5 and IL-13. Upon TCR activation and in the presence of polarizing cytokines, Th cells differentiate into effector subtypes from a common precursor cell. IFN and IL-12 are the predominant Th1 polarizing cytokines whereas IL-4 directs Th2 polarization. The cytokines mediate their effects through specific receptor signalling. The differentiation process is complex, involving various signalling molecules and routes, as well as functions of the specific transcription factors. The functions of the Th1/Th2 cells are tightly regulated; however, knowledge on human Th cell differentiation is, as yet, fairly poor. The susceptibility for many immune-mediated disorders often originates from disturbed Th cell responses. Thus, research is needed for defining the molecular mechanisms involved in the differentiation and balanced functions of the Th cells. Importantly, the new information obtained will be crucial for a better understanding of the pathogenesis of immune-mediated disorders, such as asthma or autoimmune diseases. In the first subproject of this thesis, the role of genetic polymorphisms in the human STAT6, GATA3 and STAT4 genes were investigated for asthma or atopy susceptibility in Finnish asthma families by association analysis. These genes code for key transcription factors regulating Th cell differentiation. The study resulted in the identification of a GATA3 haplotype that associated with asthma and related traits (high serum IgE level). In the second subproject, an optimized method for human primary T cell transfection and enrichment was established. The method can be utilized for functional studies for the selected genes of interest. The method was also utilized in the third subproject, which aimed at the identification of novel genes involved in early human Th cell polarization (0-48h) using genome-wide oligonucleotide arrays. As a result, numerous genes and ESTs with known or unknown functions were identified in the study. Using an shRNA knockdown approach, a panel of novel IL-4/STAT6 regulated genes were identified in the functional studies of the genes. Moreover, one of the genes, NDFIP2, with a previously uncharacterized role in the human Th differentiation, was observed to promote IFN production of the differentiated Th1 cells. Taken together, the results obtained have revealed potential new relevant candidate genes serving as a basis for further studies characterizing the detailed networks involved in the human Th cell differentiation as well as in the genetic susceptibility of Th-mediated immune disorders.

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.

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

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

Immune correlates of vaccine protection against HIV-1 acquisition.

The partial efficacy reported in the RV144 HIV vaccine trial in 2009 has driven the HIV vaccine field to define correlates of risk associated with HIV-1 acquisition and connect these functionally to preventing HIV infection. Immunological correlates, mainly including CD4(+) T cell responses to the HIV envelope and Fc-mediated antibody effector function, have been connected to reduced acquisition. These immunological correlates place immunological and genetic pressure on the virus. Indeed, antibodies directed at conserved regions of the V1V2 loop and antibodies that mediate antibody-dependent cellular cytotoxicity to HIV envelope in the absence of inhibiting serum immunoglobulin A antibodies correlated with decreased HIV risk. More recently, researchers have expanded their search with nonhuman primate studies using vaccine regimens that differ from that used in RV144; these studies indicate that non-neutralizing antibodies are associated with protection from experimental lentivirus challenge as well. These immunological correlates have provided the basis for the design of a next generation of vaccine regimens to improve upon the qualitative and quantitative degree of magnitude of these immune responses on HIV acquisition.

Reversible Reprogramming of Circulating Memory T Follicular Helper Cell Function during Chronic HIV Infection.

Despite the overwhelming benefits of antiretroviral therapy (ART) in curtailing viral load in HIV-infected individuals, ART does not fully restore cellular and humoral immunity. HIV-infected individuals under ART show reduced responses to vaccination and infections and are unable to mount an effective antiviral immune response upon ART cessation. Many factors contribute to these defects, including persistent inflammation, especially in lymphoid tissues, where T follicular helper (Tfh) cells instruct and help B cells launch an effective humoral immune response. In this study we investigated the phenotype and function of circulating memory Tfh cells as a surrogate of Tfh cells in lymph nodes and found significant impairment of this cell population in chronically HIV-infected individuals, leading to reduced B cell responses. We further show that these aberrant memory Tfh cells exhibit an IL-2-responsive gene signature and are more polarized toward a Th1 phenotype. Treatment of functional memory Tfh cells with IL-2 was able to recapitulate the detrimental reprogramming. Importantly, this defect was reversible, as interfering with the IL-2 signaling pathway helped reverse the abnormal differentiation and improved Ab responses. Thus, reversible reprogramming of memory Tfh cells in HIV-infected individuals could be used to enhance Ab responses. Altered microenvironmental conditions in lymphoid tissues leading to altered Tfh cell differentiation could provide one explanation for the poor responsiveness of HIV-infected individuals to new Ags. This explanation has important implications for the development of therapeutic interventions to enhance HIV- and vaccine-mediated Ab responses in patients under ART.

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.

The role of T cell subsets and cytokines in the regulation of intracellular bacterial infection

Cellular immune responses are a critical part of the host's defense against intracellular bacterial infections. Immunity to Brucella abortus crucially depends on antigen-specific T cell-mediated activation of macrophages, which are the major effectors of cell-mediated killing of this organism. T lymphocytes that proliferate in response to B. abortus were characterized for phenotype and cytokine activity. Human, murine, and bovine T lymphocytes exhibited a type 1 cytokine profile, suggesting an analogous immune response in these different hosts. In vivo protection afforded by a particular cell type is dependent on the antigen presented and the mechanism of antigen presentation. Studies using MHC class I and class II knockout mice infected with B. abortus have demonstrated that protective immunity to brucellosis is especially dependent on CD8+ T cells. To target MHC class I presentation we transfected ex vivo a murine macrophage cell line with B. abortus genes and adoptively transferred them to BALB/c mice. These transgenic macrophage clones induced partial protection in mice against experimental brucellosis. Knowing the cells required for protection, vaccines can be designed to activate the protective T cell subset. Lastly, as a new strategy for priming a specific class I-restricted T cell response in vivo, we used genetic immunization by particle bombardment-mediated gene transfer

Identification of Mycobacterium bovis antigens by analysis of bovine T-cell responses after infection with a virulent strain

Purification and characterization of individual antigenic proteins are essential for the understanding of the pathogenic mechanisms of mycobacteria and the immune response against them. In the present study, we used anion-exchange chromatography to fractionate cell extracts and culture supernatant proteins from Mycobacterium bovis to identify T-cell-stimulating antigens. These fractions were incubated with peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from M. bovis-infected cattle in lymphoproliferation assays. This procedure does not denature proteins and permits the testing of mixtures of potential antigens that could be later identified. We characterized protein fractions with high stimulation indices from both culture supernatants and cell extracts. Proteins were identified by two-dimensional gel electrophoresis followed by N-terminal sequencing or MALDI-TOF. Culture supernatant fractions containing low molecular weight proteins such as ESAT6 and CFP10 and other proteins (85B, MPB70), and the novel antigens TPX and TRB-B were associated with a high stimulation index. These results reinforce the concept that some low molecular weight proteins such as ESAT6 and CFP10 play an important role in immune responses. Also, Rv3747 and L7/L12 were identified in high stimulation index cell extract fractions. These data show that protein fractions with high lymphoproliferative activity for bovine PBMC can be characterized and antigens which have been already described and new protein antigens can also be identified in these fractions.

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.

The role of the SLAM-SAP signaling pathway in the modulation of CD4+ T cell responses

The signaling lymphocytic activation molecule (SLAM), present on the surface of hematopoietic cells, can regulate some events of the immune responses. This modulatory action is associated with the capacity of SLAM to interact with an intracytoplasmic adapter, such as SLAM-associated protein (SAP). SLAM is constitutively expressed in most of these cells, is rapidly induced after antigenic or inflammatory stimuli, and participates in the immunological synapse. Defects in the function of the SLAM-SAP pathway contribute to immunological abnormalities, resulting in autoimmune diseases, tumors of the lymphoid tissues and inadequate responses to infectious agents. Initially, the role of SLAM was investigated using an anti-SLAM monoclonal antibody (α-SLAM mAb) identified as an agonist of the SLAM-SAP pathway, which could induce the production of interferon-γ and could redirect the immune response to a T helper 1 (Th1) cell profile. However, in this review we postulate that the SLAM-SAP pathway primarily induces a Th2 response and secondarily suppresses the Th1 response.