Cellular immune responses against mycobacterium tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection is known to have two main outcomes: latent infection (LTBI) where the pathogen is in a dormant form or active tuberculosis disease (TB), which is, most of the time, highly transmissible. Over one-third of the world's population asymptomatically harbours a latent form of Mtb with a 10% risk of disease reactivation. Efficient vaccine strategies remain unknown and the existing BCG vaccine is believed to protect against only some forms of TB (extra-pulmonary TB in children). Moreover, timely identification of TB remains complex with the actual diagnosis based on clinical observations associated to low efficient tests. Furthermore, current therapies are expensive, heavy and long for patients, and present lesser and lesser efficiency against new drug-resistant strains of Mtb. It is thus important to develop our knowledge on host -Mtb relationship to propose new vaccines, diagnosis tools and medications for the future. This thesis aims at improving our understanding of human immunology in the field of TB. All along this work, the same algorithm has been used and points towards the discovery of new correlates of protection through the comparison of T-cell immune responses in patients with LTBI or TB. We performed a comprehensive analysis of T-cell immune responses to Mtb using polychromatic flow cytometiy to study the functional profile of Μ/ό-specific CD4 Τ cells. We observed a polyfunctional profile in LTBI where CD4 Τ cells mainly co-produced IFN-γ, TNF-α and IL-2. In contrast, in TB, Mtó-specific CD4 Τ cells were mostly single TNF-a positive. Thus, analysis of the cytokine profiles was a strong immunological measure discriminating TB and LTBI. We next analyzed Thl7 cells. Mtò-specific Thl7 cells lacked immediate {i.e. ex vivo) IL-17A effector function in both LTBI and TB individuals. Moreover, they were also absent in bronchoalveolar lavages (BALs). Interestingly, we noticed that Mtb- specific Thl7 cells from LTBI but not from TB subjects acquired the ability to produce IL- 17A following Mtb-specific T-cell expansion. We finally performed a comprehensive characterization of Mfè-specific CD8 Τ cells that were detected in most (60%) TB patients and few (15%) LTBI subjects. We observed differences in the phenotype, the cytotoxicity and the proliferative capacities but not in the cytokine profile of Mtò-specific CD8 Τ cells between LTBI and TB. We concluded that the activity of Mtb infection (i.e. latent versus active) and the clinical presentation were associated to distinct profiles of Mtó-specific CD8 T-cell responses. To conclude, a multiparametric analysis including both CD4 and CD8 T-cell responses to Mtb lead to the development of a significantly improved diagnostic test discriminating between LTBI and TB. All together, these results provide new insights into the interaction between Mtb and the host immune response and expand upon our prior knowledge of tuberculosis. - L'infection par Mycobacterium tuberculosis peut résulter en une infection tuberculeuse latente et asymptomatique ou encore en une forme active et la plupart du temps contagieuse, la tuberculose. Un tiers de la population mondiale serait infectée de manière chronique avec 10 % de risques de développer la maladie durant la vie. Il n'existe actuellement aucun vaccin efficace, le BCG ne conférant qu'une protection partielle contre certaines formes extrapulmonaires de la maladie chez l'enfant. D'autre part, il n'existe pas de méthode diagnostique fiable et rapide, celle-ci se basant dans un premier temps sur l'analyse de la situation clinique des patients. Enfin, les thérapies actuelles sont couteuses et contraignantes pour les patients et tendent à ne plus être efficaces contre les souches émergentes de mycobactérie multi-résistantes. Aussi, il est important de bien comprendre la relation hôte-pathogène de manière à pouvoir proposer de nouveaux outils vaccinaux, diagnostiques et thérapeutiques. Ce manuscrit s'inscrit dans cette direction et vise à améliorer nos connaissances de la réponse immunitaire humaine dans le cadre de la tuberculose. Nous avons suivi un algorithme similaire tout au long des études proposées en comparant les réponses immunes des patients latents à celles des patients actifs, et ce, dans le but de mettre en évidence de potentiels corrélats de protection. Nous avons réalisé par cytométrie en flux une analyse du profil fonctionnel des cellules lymphocytaires CD4 dans la réponse au pathogène. Dans le cas de la tuberculose active, les cellules CD4 sécrètent majoritairement du TNF-α quand, au contraire, elles sécrètent à la fois du TNF-α, de l'IFN-γ et de l'IL-2 (poly-fonctionnalité) dans l'infection latente. Cette observation nous a permis de proposer un nouveau test diagnostique de la maladie active. Nous avons aussi étudié les cellules CD4 Thl7, impliquées dans la réponse immunitaire cellulaire contre les pathogènes extracellulaires et les champignons. Nous avons souligné une variation dans la production d'IL-17 entre infection latente et tuberculose active qui pourrait être impliquée dans la protection de l'individu contre le pathogène. D'autre part, ce manuscrit propose une caractérisation des cellules Τ CD8 dites cytotoxiques dans la tuberculose. Des divergences dans la fréquence des réponses observées, le phénotype mais aussi les capacités prolifératives et cytotoxiques ont pu être mises en évidence entre latence et tuberculose active. Ces observations soulignent le rôle important de ce groupe cellulaire dans l'évolution de la maladie et permettent de proposer une amélioration de l'outil diagnostic précédemment proposé et se basant à la fois sur le profil fonctionnel des cellules Τ CD4 ainsi que sur la présence potentielle d'une réponse CD8 spécifique au pathogène. Ces diverses études réalisées sur les cellules Τ humaines répondant spécifiquement à Mtb nous permettent de faire un pas supplémentaire dans la compréhension de notre réponse immunitaire face à ce pathogène particulièrement dangereux qui continue à l'heure actuelle à tuer chaque année des millions de personnes. - La tuberculose (TB) résulte d'une infection bactérienne par Mycobacterium tuberculosis (Mtb) et existe sous deux formes majeures: une forme latente, lorsque la bactérie est en phase de dormance ainsi qu'une forme active durant laquelle la bactérie se divise activement, entraînant les symptômes de la maladie. La personne infectée devient alors contagieuse dans la plupart des cas. Aujourd'hui des études épidémiologiques assument que plus d'un tiers de la population mondiale serait infectée par la forme latente de la bactérie et que 10% des cas réactiveront donnant lieu à diverses présentations de la maladie. Il n'existe actuellement aucun vaccin réellement efficace chez l'adulte. D'autre part, les traitements antibiotiques utilisés sont très lourds pour les patients et les cliniciens doivent faire face à l'émergence de nouvelles souches bactériennes multi-résistantes non affectées par les thérapies existantes. Les autorités sanitaires sont, d'autre part, confrontées à l'absence d'un outil diagnostique rapide, fiable et efficace. En effet, la méthode de référence reste la culture microbiologique du pathogène qui prend généralement plusieurs semaines, pendant lesquelles le patient pourra contaminer d'autres personnes. En résumé, la lutte contre la tuberculose doit passer par l'élaboration d'un vaccin efficace, de nouvelles thérapies, mais aussi par la mise en place de nouveaux tests diagnostics plus rapides afin d'éviter la dissémination de la maladie. Aussi, la relation hôte-bactérie qui n'est actuellement que peu comprise doit être investiguée. Ce travail de thèse a pour but d'étudier la réponse immunitaire chez l'homme infecté par Mtb et vise plus particulièrement l'étude d'une population clé de cellules immunitaires: les lymphocytes T. L'étude des cellules Τ CD4 nous a permis dans un premier temps de proposer un nouveau test diagnostic de la maladie active. Nous avons aussi analysé plus en détail une population spécifique des cellules Τ CD4 (les cellules Thl7), nous permettant d'associer leur fonction avec un possible état physiologique de protection contre le pathogène. En second lieu nous avons réalisé une caractérisation des cellules Τ CD8, à la fois chez les personnes avec des infections latentes et chez les personnes malades. Nous avons mis en évidence des différences fonctionnelles chez les deux groupes de patients, nous permettant ainsi une meilleure compréhension de l'immunité contre Mtb. Enfin, nous avons combiné les différents profils immunologiques obtenus pour développer un test diagnostic plus performant et sensible que celui proposé antérieurement. Ces diverses études réalisées sur les cellules Τ humaines nous permettent de faire un pas supplémentaire dans la compréhension de la réponse immunitaire face à ce pathogène particulièrement dangereux qui continue à tuer chaque année des millions de personnes.

Use of phycoerythrin and allophycocyanin for fluorescence resonance energy transfer analyzed by flow cytometry: advantages and limitations.

BACKGROUND: This study validates the use of phycoerythrin (PE) and allophycocyanin (APC) for fluorescence energy transfer (FRET) analyzed by flow cytometry. METHODS: FRET was detected when a pair of antibody conjugates directed against two noncompetitive epitopes on the same CD8alpha chain was used. FRET was also detected between antibody conjugate pairs specific for the two chains of the heterodimeric alpha (4)beta(1) integrin. Similarly, the association of T-cell receptor (TCR) with a soluble antigen ligand was detected by FRET when anti-TCR antibody and MHC class I/peptide complexes (<<tetramers>>) were used. RESULTS: FRET efficiency was always less than 10%, probably because of steric effects associated with the size and structure of PE and APC. Some suggestions are given to take into account this and other effects (e.g., donor and acceptor concentrations) for a better interpretation of FRET results obtained with this pair of fluorochromes. CONCLUSIONS: We conclude that FRET assays can be carried out easily with commercially available antibodies and flow cytometers to study arrays of multimolecular complexes.

IL-7/anti-IL-7 mAb complexes restore T cell development and induce homeostatic T Cell expansion without lymphopenia.

IL-7, a member of the common gamma-chain family of cytokines, is essential for B and T lymphocyte development and homeostasis of mature T cell subsets. Thus, naive and memory T cells are both dependent on IL-7 for survival and homeostatic proliferation under lymphopenic conditions. In line with prior findings with IL-2, we show in this study that the biological activity of IL-7 in vivo is greatly increased by association with anti-IL-7 mAb. Under in vivo conditions, IL-7/mAb complexes displayed 50- to 100-fold higher activity than free IL-7 and induced massive expansion of pre-B cells. IL-7/mAb complexes also increased thymopoiesis in normal mice and restored thymopoeisis in IL-7-deficient mice. For mature T cells, IL-7/mAb complexes induced marked homeostatic proliferation of both naive and memory CD4(+) and CD8(+) cell subsets even under normal T cell-replete conditions. Finally, IL-7/mAb complexes were able to enhance the magnitude of the primary response of Ag-specific naive CD8(+) cells. The strong stimulatory activity of IL-7/mAb complexes could be useful for treatment of immunodeficiency and cancer.

Role of lymph node fibroblasts in T cell priming

SummarySecondary lymphoid organs, such as lymph nodes or spleen, are the only places in our body where primary adaptive immune responses are efficiently elicited. These organs have distinct Β and Τ cell rich zones and Τ lymphocytes constantly migrate from the bloodstream into Τ zones to scan dendritic cells (DCs) for antigens they present. Specialized fibroblasts, the Τ zone reticular cells (HR.Cs), span the Τ zone in the form a three-dimensional network. lK.Cs guide incoming Τ cells in their migration, both chemically, by the secretion of the chemokines CCL19 and CCL21, and physically, by construction of a road system to which also DCs adhere. In this way TRCs are thought to facilitate encounters of Τ cells with antigen-bearing DCs and thereby accelerate the selection of rare antigen-specific Τ cells. The resulting Τ cell activation, proliferation and differentiation all take place within the TRC network. However, the influence of TRCs on Τ cell activation has so fer not been elucidated with the possible reasons being that TRCs represent a relative rare cell population and that mice devoid of TRCs have not been described.To circumvent these technical limitations, we established TRC clones and lines to have an abundant source to functionally characterize TRCs. Both the clones and lines show a fibroblastic phenotype, express a surface marker profile comparable to ex vivo TRCs and produce extracellular matrix molecules. However, expression of Ccl19, Ccl21 and ZL-7 is lost and could not be restored by cytokine stimulation. When these TRC clones or lines were cultured in a three-dimensional cell culture system, their morphology changed and resembled that of in vivo TRCs as they formed networks. By adding Τ cells and antigen-loaded DCs to these cultures we successfully reconstructed lymphoid Τ zones that allowed antigen-specific Τ cell activation.To characterize the role of TRCs in Τ cell priming, TRCs were co-cultured with antigen-specific Τ cells in the presence antigen-loaded DCs. Surprisingly, the presence of TRC lines and ex vivo TRCs inhibited rather than enhanced CD8+ Τ cell activation, proliferation and effector cell differentiation. TRCs shared this feature with fibroblasts from non-lymphoid tissues as well as mesenchymal stromal cells. TRCs were identified as a strong source of nitric oxide (NO) thereby directly dampening Τ cell expansion as well as reducing the Τ cell priming capacity of DCs. The expression of inducible NO synthase (iNOS) was up- regulated in a subset of TRCs by both DC-signals as well as interferon-γ produced by primed CD8+ Τ cells. Importantly, iNOS expression was induced during viral infection in vivo in both lymph node TRCs and DCs. Consistent with a role for NO as a negative regulator, the primary Τ cell response was exaggerated in iNOS-/- mice. Our findings highlight that in addition to their established positive roles in Τ cell responses TRCs and DCs cooperate in a negative feedback loop to attenuate Τ cell expansion during acute inflammation.RésuméLes organes lymphoïdes secondaires, comme les ganglions lymphoïdes ou la rate, sont les seuls sites dans notre corps où la réponse primaire des lymphocytes Β et Τ est initiée efficacement. Ces organes ont des zones différentes, riches en cellules Β ou T. Des lymphocytes Τ circulent constamment du sang vers les zones T, où ils échantillonent la surface des cellules dendritiques (DCs) pour identifier les antigènes qu'ils présentent. Des fibroblastes spécialisés - nommés Τ zone reticular cells (TRCs)' forment un réseau tridimensionnel dans la zone T. Les TRCs guident la migration des cellules Τ par deux moyens: chimiquement, par la sécrétion des chimiokines CCL19 et CCL21 et physiquement, par la construction d'un réseau routier en trois dimensions, auquel adhèrent aussi des DCs. Dans ce? cas, on pense que la présence des TRCs facilite les rencontres entre les cellules Τ et les DCs chargées de l'antigène et accélère la sélection des rares cellules Τ spécifiques. Ensuite, l'activation de cellules T, ainsi que la prolifération et la différenciation se produisent toutes à l'intérieur du réseau des TRCs. L'influence des TRCs sur l'activation des cellules T n'est que très peu caractérisée, en partie parce que les TRCs représentent une population rare et que les souris déficientes dans les TRCs n'ont pas encore été découvertes.Pour contourner ces limitations techniques, nous avons établi des clones et des lignées cellulaires de TRC pour obtenir une source indéfinie de ces cellules permettant leur caractérisation fonctionnelle. Les clones et lignées établis ont un phénotype de fibroblaste, ils expriment des molécules de surface similaires aux TRCs ex vivo et produisent de la matrice extracellulaire. Mais l'expression de Ccl19, Ccl21 et 11-7 est perdue et ne peut pas être rétablie par stimulation avec différentes cytokines. Les clones TRC ou les lignées cultivées en un système tridimensionnel de culture cellulaire, montrent une morphologie changée, qui ressemble à celle de TRC ex vivo inclus la construction de réseaux tridimensionnels.Pour caractériser le rôle des TRC dans l'activation des cellules T, nous avons cultivé des TRCs avec des cellules T spécifiques et des DCs chargées avec l'antigène. Etonnamment, la présence des TRC (lignées et ex vivo) inhibait plutôt qu'elle améliorait l'activation, la prolifération et la différenciation des lymphocytes T CDS+. Les TRCs partageaient cette fonction avec des fibr-oblastes des organes non lymphoïdes et des cellules souches du type mésenchymateux. Dans ces conditions, les TRCs sont une source importante d'oxyde nitrique (NO) et par ce fait limitent directement l'expansion des cellules T et réduisent aussi la capacité des DCs à activer les cellules T. L'expression de l'enzyme NO synthase inductible (ïNOS) est régulée à la hausse par des signaux dérivés des DCs et par l'interféron-γ produit par des cellules T de type CD8+ activées. Plus important, l'expression d'iNOS est induite pendant une infection virale in vivo, dans les TRCs et dans les DCs. Par conséquent, la réponse primaire de cellules T est exagérée dans des souris iNOS-/-. Nos résultats mettent en évidence qu'en plus de leur rôle positif bien établi dans la réponse immunitaire, les TRCs et les DCs coopèrent dans une boucle de rétroaction négative pour atténuer l'expansion des cellules T pendant l'inflammation aigiie pour protéger l'intégrité et la fonctionnalité des organes lymphoïdes secondaires.

Context specific affinity thresholds for CD8 T cell activation

After antigen driven activationnaïve CD8 T cells develop intocytolytic effector cells and subsequentlyinto memory cells. The molecularinteractions orchestrating Tcell activation are complex and we sofar have a limited understanding howindividual signals impact the Tcell response.Using OT-1 TCR transgeniccells and Listeria monocytogenesstrains expressing a set of altered peptideligands (APL) for the OT-1 TCRwe have recently studied how thelevel of TCR stimulation impacts theT cell response in vivo. We therebyobserved that even very low levels ofTCR stimulation are sufficient forfunctional effector and memoryT celldifferentiation. In order to addresshow much further the level of TCRstimulation can be reduced until the Tcells do not become activated anymore,we generated additional OT-1APL expressing Listeria strains. TheAPLused in our present study cover arange of potency down to the level ofpositive selection. Using all our APLListeria strains we can demonstratethat the threshold of peripheral T cellactivation is above the level of positiveselection but far below the levelthat is thought to be required for negativeselection. Furthermore, we characterizedthe thresholds of activatingmemory T cells and found them intrinsicallyto be very similar to thoseof naïve T cells. However, we observedthat T cell competition at thelevel of antigen presenting cells criticallyraises the activation threshold ofmemory CD8 T cells. Taken togetherour data indicate that the threshold foractivating T cells critically dependson the context and the environment inwhich T cells respond to antigen.

Infection of B cells with hepatitis C virus for the development of lymphoproliferative disorders in patients with chronic hepatitis C.

Infection with hepatitis C virus (HCV) is associated with lymphoproliferative disorders, represented by essential mixed cryoglobulinemia and B-cell non-Hodgkin's lymphoma, but the pathogenic mechanism remains obscure. HCV may infect B cells or interact with their cell surface receptors, and induce lymphoproliferation. The influence of HCV infection of B cells on the development of lymphoproliferative disorders was evaluated in 75 patients with persistent HCV infection. HCV infection was more prevalent (63% vs. 16%, 14%, or 17% P < 0.05 for each), and HCV RNA levels were higher (3.35 +/- 3.85 vs. 1.75 +/- 2.52, 2.15 +/- 2.94 or 2.10 +/- 2.90 log copies/100 ng, P < 0.01 for each) in B cells than CD4(+), CD8(+) T cells or other cells. Negative-strand HCV RNA, as a marker of viral replication, was detected in B cells from four of the 75 (5%) patients. Markers for lymphoproliferative disorders were more frequent in the 50 patients with chronic hepatitis C than the 32 with chronic hepatitis B, including cryoglobulinemia (26% vs. 0%, P < 0.001), low CH(50) levels (48% vs. 3%, P = 0.012), and the clonality of B cells (12% vs. 0%, P < 0.01). By multivariate analysis, HCV RNA in B cells was an independent factor associated with the presence of at least one marker for lymphoproliferation (odds ratio: 1.98 [95% confidence interval: 1.36-7.24], P = 0.027). Based on the results obtained, the infection of B cells with HCV would play an important role in the development of lymphoproliferative disorders.

Harmonisation of short-term in vitro culture for the expansion of antigen-specific CD8(+) T cells with detection by ELISPOT and HLA-multimer staining.

Ex vivo ELISPOT and multimer staining are well-established tests for the assessment of antigen-specific T cells. Many laboratories are now using a period of in vitro stimulation (IVS) to enhance detection. Here, we report the findings of a multi-centre panel organised by the Association for Cancer Immunotherapy Immunoguiding Program to investigate the impact of IVS protocols on the detection of antigen-specific T cells of varying ex vivo frequency. Five centres performed ELISPOT and multimer staining on centrally prepared PBMCs from 3 donors, both ex vivo and following IVS. A harmonised IVS protocol was designed based on the best-performing protocol(s), which was then evaluated in a second phase on 2 donors by 6 centres. All centres were able to reliably detect antigen-specific T cells of high/intermediate frequency both ex vivo (Phase I) and post-IVS (Phase I and II). The highest frequencies of antigen-specific T cells ex vivo were mirrored in the frequencies following IVS and in the detection rates. However, antigen-specific T cells of a low/undetectable frequency ex vivo were not reproducibly detected post-IVS. Harmonisation of the IVS protocol reduced the inter-laboratory variation observed for ELISPOT and multimer analyses by approximately 20 %. We further demonstrate that results from ELISPOT and multimer staining correlated after (P < 0.0001 and R (2) = 0.5113), but not before IVS. In summary, IVS was shown to be a reproducible method that benefitted from method harmonisation.

Efficient transduction of dendritic cells and induction of a T-cell response by third-generation lentivectors.

In order to induce a therapeutic T lymphocyte response, recombinant viral vaccines are designed to target professional antigen-presenting cells (APC) such as dendritic cells (DC). A key requirement for their use in humans is safe and efficient gene delivery. The present study assesses third-generation lentivectors with respect to their ability to transduce human and mouse DC and to induce antigen-specific CD8+ T-cell responses. We demonstrate that third-generation lentivectors transduce DC with a superior efficiency compared to adenovectors. The transfer of DC transduced with a recombinant lentivector encoding an antigenic epitope resulted in a strong specific CD8+ T-cell response in mice. The occurrence of lower proportions of nonspecifically activated CD8+ cells suggests a lower antivector immunity of lentivector compared to adenovector. Thus, lentivectors, in addition to their promise for gene therapy of brain disorders might also be suitable for immunotherapy.

Frequent cytolytic T-cell responses to peptide MAGE-A10(254-262) in melanoma.

MAGE genes encode tumor-specific shared antigens that are among the most interesting candidates for cancer vaccines. Despite extensive studies, however, CD8+ T-cell responses to MAGE-derived epitopes have been detected only occasionally in cancer patients, even after vaccination. In contrast with these findings, we report here that HLA-A2 melanoma patients respond frequently to the recently identified peptide MAGE-A10(254-262). Indeed, as assessed by staining with fluorescent HLA-A2/peptide MAGE-A10(254-262) tetramers, CD8+ T cells directed against this peptide were readily detectable in a large proportion of HLA-A2+ melanoma patients. These results provide new insight into the immunogenicity of MAGE antigens and underline the potential usefulness of MAGE-A10 peptide-based cancer vaccines.

HLA class I - associated immunodominance affects CTL responsiveness to an ESO recombinant protein tumor antigen vaccine.

PURPOSE: Vaccination with full-length human tumor antigens aims at inducing or increasing antitumor immune responses, including CD8 CTL in cancer patients across the HLA barrier. We have recently reported that vaccination with a recombinant tumor-specific NY-ESO-1 (ESO) protein, administered with Montanide and CpG resulted in the induction of specific integrated antibody and CD4 T cell responses in all vaccinated patients examined, and significant CTL responses in half of them. Vaccine-induced CTL mostly recognized a single immunodominant region (ESO 81-110). The purpose of the present study was to identify genetic factor(s) distinguishing CTL responders from nonresponders. EXPERIMENTAL DESIGN: We determined the HLA class I alleles expressed by CTL responders and nonresponders using high-resolution molecular typing. Using short overlapping peptides spanning the ESO immunodominant CTL region and HLA class I/ESO peptide tetramers, we determined the epitopes recognized by the majority of vaccine-induced CTL. RESULTS: CTL induced by vaccination with ESO protein mostly recognized distinct but closely overlapping epitopes restricted by a few frequently expressed HLA-B35 and HLA-Cw3 alleles. All CTL responders expressed at least one of the identified alleles, whereas none of the nonresponders expressed them. CONCLUSIONS: Expression of HLA-B35 and HLA-Cw3 is associated with the induction of immunodominant CTL responses following vaccination with recombinant ESO protein. Because recombinant tumor-specific proteins are presently among the most promising candidate anticancer vaccines, our findings indicate that the monitoring of cancer vaccine trials should systematically include the assessment of HLA association with responsiveness.

Effects of epitope modification on T cell receptor-ligand binding and antigen recognition by seven H-2Kd-restricted cytotoxic T lymphocyte clones specific for a photoreactive peptide derivative.

We tested for antigen recognition and T cell receptor (TCR)-ligand binding 12 peptide derivative variants on seven H-2Kd-restricted cytotoxic T lymphocytes (CTL) clones specific for a bifunctional photoreactive derivative of the Plasmodium berghei circumsporozoite peptide 252-260 (SYIPSAEKI). The derivative contained iodo-4-azidosalicylic acid in place of PbCS S-252 and 4-azidobenzoic acid on PbCS K-259. Selective photoactivation of the N-terminal photoreactive group allowed crosslinking to Kd molecules and photoactivation of the orthogonal group to TCR. TCR photoaffinity labeling with covalent Kd-peptide derivative complexes allowed direct assessment of TCR-ligand binding on living CTL. In most cases (over 80%) cytotoxicity (chromium release) and TCR-ligand binding differed by less than fivefold. The exceptions included (a) partial TCR agonists (8 cases), for which antigen recognition was five-tenfold less efficient than TCR-ligand binding, (b) TCR antagonists (2 cases), which were not recognized and capable of inhibiting recognition of the wild-type conjugate, (c) heteroclitic agonists (2 cases), for which antigen recognition was more efficient than TCR-ligand binding, and (d) one partial TCR agonist, which activated only Fas (C1)95), but not perforin/granzyme-mediated cytotoxicity. There was no correlation between these divergences and the avidity of TCR-ligand binding, indicating that other factors than binding avidity determine the nature of the CTL response. An unexpected and novel finding was that CD8-dependent clones clearly incline more to TCR antagonism than CD8-independent ones. As there was no correlation between CD8 dependence and the avidity of TCR-ligand binding, the possibility is suggested that CD8 plays a critical role in aberrant CTL function.

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.

Single nucleotide polymorphisms, apoptosis, and the development of severe late adverse effects after radiotherapy.

PURPOSE: Evidence has accumulated in recent years suggestive of a genetic basis for a susceptibility to the development of radiation injury after cancer radiotherapy. The purpose of this study was to assess whether patients with severe radiation-induced sequelae (RIS; i.e., National Cancer Institute/CTCv3.0 grade, > or =3) display both a low capacity of radiation-induced CD8 lymphocyte apoptosis (RILA) in vitro and possess certain single nucleotide polymorphisms (SNP) located in candidate genes associated with the response of cells to radiation. EXPERIMENTAL DESIGN: DNA was isolated from blood samples obtained from patients (n = 399) included in the Swiss prospective study evaluating the predictive effect of in vitro RILA and RIS. SNPs in the ATM, SOD2, XRCC1, XRCC3, TGFB1, and RAD21 genes were screened in patients who experienced severe RIS (group A, n = 16) and control subjects who did not manifest any evidence of RIS (group B, n = 18). RESULTS: Overall, 13 and 21 patients were found to possess a total of <4 and > or =4 SNPs in the candidate genes. The median (range) RILA in group A was 9.4% (5.3-16.5) and 94% (95% confidence interval, 70-100) of the patients (15 of 16) had > or =4 SNPs. In group B, median (range) RILA was 25.7% (20.2-43.2) and 33% (95% confidence interval, 13-59) of patients (6 of 18) had > or =4 SNPs (P < 0.001). CONCLUSIONS: The results of this study suggest that patients with severe RIS possess 4 or more SNPs in candidate genes and low radiation-induced CD8 lymphocyte apoptosis in vitro.

Enrichment of human CD4+ V(alpha)24/Vbeta11 invariant NKT cells in intrahepatic malignant tumors.

Invariant NKT cells (iNKT cells) recognize glycolipid Ags via an invariant TCR alpha-chain and play a central role in various immune responses. Although human CD4(+) and CD4(-) iNKT cell subsets both produce Th1 cytokines, the CD4(+) subset displays an enhanced ability to secrete Th2 cytokines and shows regulatory activity. We performed an ex vivo analysis of blood, liver, and tumor iNKT cells from patients with hepatocellular carcinoma and metastases from uveal melanoma or colon carcinoma. Frequencies of Valpha24/Vbeta11 iNKT cells were increased in tumors, especially in patients with hepatocellular carcinoma. The proportions of CD4(+), double negative, and CD8alpha(+) iNKT cell subsets in the blood of patients were similar to those of healthy donors. However, we consistently found that the proportion of CD4(+) iNKT cells increased gradually from blood to liver to tumor. Furthermore, CD4(+) iNKT cell clones generated from healthy donors were functionally distinct from their CD4(-) counterparts, exhibiting higher Th2 cytokine production and lower cytolytic activity. Thus, in the tumor microenvironment the iNKT cell repertoire is modified by the enrichment of CD4(+) iNKT cells, a subset able to generate Th2 cytokines that can inhibit the expansion of tumor Ag-specific CD8(+) T cells. Because CD4(+) iNKT cells appear inefficient in tumor defense and may even favor tumor growth and recurrence, novel iNKT-targeted therapies should restore CD4(-) iNKT cells at the tumor site and specifically induce Th1 cytokine production from all iNKT cell subsets.