Development and evaluation of antibody-MHC/peptide conjugates as a new form of cancer immunotherapy

Summary One of the major goals of cancer immunotherapy is the induction of a specific and effective antitumor cytotoxic T lymphocyte (CTL) response. However, the downregulation of Class I Major Histocompatibility Complexes (MHC) expression and the low level of tumor peptide presentation on tumor cell surface, ás well as the low immunogenicity of tumor specific antigens, limit the effectiveness of anti-tumor CTL responses. On the other hand, monoclonal antibodies, which bind with high affinity to tumor cell surface markers, are powerful tumor targeting tools. However, their capacity to .kill cancer cells is limited and mAb cancer treatments usually require the addition of different form of chemotherapy. The new cancer immunotherapy strategy described herein combines the advantage of the high tumor targeting capacity of monoclonal antibodies (mAb) with the powerful cytotoxicity of CD8 T lymphocytes directed against highly antigenic peptide-MHC complexes. Monoclonal antibody Fab fragments directed against a cell surface tumor associated antigen (TAA) are chemically coupled to soluble MHC class I complexes carrying a highly antigenic peptide. Antibody guided targeting and oligomerization of numerous antigenic class IMHC/peptide complexes on tumor cell surfaces can redirect the cytotoxicity of peptide-specific CD8 T cells towards target cancer cells. After the description of the production of murine anti-tumor xMHC/peptide conjugates in the first part of this thesis, the therapeutic potential of such conjugates were sequentially investigated in different syngeneic tumor mouse models. As a first proof of principle, transgenic OT-1 mice and later CEA transgenic C57BL/6 (B6) mice, adoptively transferred with OT-1 spleen cells and immunized with ovalbumin, were used as a model of high frequency of ova peptide specific T cells. In these mice, growth inhibition and regression of palpable colon carcinoma expressing CEA, were obtained by systemic injection of anti-CEA Fab/H-2Kb/ova peptide conjugates. Next, LCMV virus and influenza virus infection of B6 mice were used as viral models to redirect natural antiviral CTL responses to tumors via conjugates loaded with viral peptides. We showed that in mice infected with the LCMV virus, subcutaneous CEA-expressing tumor cells were inhibited by the H2Db/GP33 restricted anti-viral CTL response when preincubated before grafting with anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 peptide conjugates. In mice infected with the influenza virus, lung metastases expressing the HER2 antigen were inhibited by the H-2Db/NP366 restricted CTLs response when preincubated before injection with anti-Her2 Fab-H-2Db/NP366 peptide conjugates. In the last chapter, the stability of the peptide in the anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 conjugates was improved by the covalent photocross-link of the GP33 peptide in the H-2Db MHC groove. Thus, LCMV immune mice could reject CEA expressing tumors when treated with systemic injections of anti-CEA FabH-2Db/GP33 cross-linked conjugates. These results are encouraging for the potential application of this strategy in clinic. Such conjugates could be used alone in patients boosted by the relevant virus, or used in combination with existing T cell based ìmmunotherapy. Résumé Une des principales approches utilisées dans l'immunothérapie contre le cancer consiste en l'induction d'une réponse T cytotoxique (CTL) spécifiquement dirigée contre la tumeur. Cependant, le faible niveau d'expression des complexes majeurs d'histocompatibilité de classe I (CMH I) et de présentation des peptides tumoraux à la surface des cellules cancéreuses ainsi que la faible immunogenicité des antigens tumoraux, limitent l'efficacité de la réponse CTL. D'autre part,. l'injection d'anticorps monoclonaux (mAb), se liant avec une haute affinité aux marqueurs de surface des cellules tumorales, a fourni des résultats cliniques encourageant. Cependant l'efficacité de ces mAbs contre des tumeur solides reste limitée et necessite souvent l'addition de chimiotherapie. La nouvelle stratégie thérapeutique décrite dans ce travail associe le fort pouvoir de localisation des anticorps monoclonaux et le fort pouvoir cytotoxique des lymphocytes T CD8+. Des fragments Fab d'anticorps monoclonaux, dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, ont été chimiquement couplés à des CMH I solubles, portant un peptide fortement antigénique. Le ciblage et l'oligomérisation à la surface des cellules tumorales de nombreux CMH I présentant un peptide antigénique, va réorienter la cytotoxicité des cellules T CD8+ spécifiques du peptide présenté, vers les cellules tumorales cibles. Après une description de la production de conjugé anti-tumeur x CMH Upeptide dans la première partie de cette thèse, le potentiel thérapeutique de tels conjugés a été successivement étudiés in vivo dans différents modèles de tumeur syngénéiques. Tout d'abord, des souris OT-1 transgéniques, puis des souris C57BL/6 (B6) transférées avec des cellules de rate OT-1 puis immunisées avec l'ovalbumine, ont été employées comme modèle de haute fréquence de cellules T CD8+ spécifiques du peptide ova. Chez ces souris, l'inhibition de la croissance et la régression de nodules palpables de carcinomes exprimant l'antigène caccino embryonaire (ACE), ont été obtenues par l'injection systémique de conjugés anti-ACE Fab/H-2Kb/ova. Par la suite, l'infection de souris B6 par le virus LCMV et par le virus de la grippe, ont été utilisés comme modèles viraux pour redirigées des réponses anti-virales naturelles vers les tumeurs, en utilisant des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré que .chez les souris infectées par le LCMV, la croissance de carcinome sous-cutané est empêchée par la réponse anti-virale, spécifique du complexe H2Db/GP33, lorsque les cellules tumorales greffées sont pré-incubées avec des conjugés anti-CEA Fab-H-2Db/GP33. Dans le cas de souris infectées par le virus de la grippe, la métastatisation de mélanomes pulmonaires exprimant l'antigène HER-2 est inhibée par la réponse anti-virale spécifique du complexe H-2Db/NP366, après pré-incubation des cellules tumorales avec des conjugés anti-Her2 FabxH-2Db/NP366. Dans le dernier chapitre, la liaison covalente du peptide GP33 dans le complexe H-2Db a amélioré la stabilité des conjugés correspondants et a permis le traitement systémique de souris greffées avec des tumeurs exprimant l'ACE et infectées par le LCMV. L'ensemble de ces résultats sont encourageant pour l'application de cette strategie en clinique. De tels conjugués pourraient être employés seuls ou en combinaison avec des protocols d'immunisation peptidique anti-tumoral. Résumé pour un large public Dans les pays industrialisés, le cancer se situe au deuxième rang des causes de mortalité après les maladies cardiovasculaires. Les principaux traitement de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches mises en oeuvre pour la lutte contre le cancer. Elle peut être humorale, et s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la proliferation des cellules tumorales exprimant l'antigène. Certains sont utilisés en clinique pour le traitement de lymphomes, de carcinomes de l'ovaire et du sein ou encore de carcinomes metastatiques du côlon. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements exigent souvent d'être combiner avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et reposer sur une démarche de type vaccinal, consistant à générer des lymphocytes T cytotoxiques (cytotoxic T lymphocytes :CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Or les cellules tumorales ne presentent pas efficacement les peptides antigèniques, car elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des antigènes d'histocompatibilité de classe I, des molécules d'adhésion et des cytokines costimulatrices, et par une faible expression des antigènes associés aux tumeurs. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL specifiquement dirigés contre des antigens tumoraux, les régressions tumorales obtenus grace à ces vaccinations sont relativement rares. Alors que chez les personnes atteintes du cancer on observe l'instauration d'une tolérance immunitaire vis-à-vis de la tumeur, à l'inverse, notre systeme immunitaire reste parfaitement capable de combattre des infection virales classiques, tels que la grippe, qui font aussi appel à une réponse T cytotoxique. Notre groupe de recherche a donc eu l'idee de développer une nouvelle approche thérapeutique où une réponse immunitaire anti-virale très efficace serait redirigée vers les tumeurs par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons chimiquement couplés des fragments d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, à des CMH I portant un peptide viral antigénique. Les cellules tumorales, ciblées par le fragment anticorps et couvertes d' antigènes viraux présentés par des molécules de CMH I, peuvent ainsi tromper les lymphocytes cytotoxiques anti-viraux qui vont détruire les cellules tumorales comme si elles étaient infectées par le virus. Suite à des résultats prometteurs obtenus in vitro avec différents conjugués anticorps-CMH humain de type HLA.A2/peptide Flu, le but du projet était de tester in vivo des conjugués anticorps-CMH I murins sur des modèles expérimentaux de souris. Tout d'abord, des souris transgéniques pour un recepteur T specifique du peptide ova, puis des transferts adoptifs de ces cellules T specifiques dans des souris immunocompétentes, ont été choisi comme modèle de haute fréquence des cellules T spécifiques, et ont permi de valider le principe de la strategie in vivo. Puis, deux modèles viraux ont été elaboré avec le virus LCMV et le virus Influenza, pour réorienter des réponses antivirales naturelles vers les tumeurs grâce à des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré la grande capacité de nos conjugués à rediriger des réponses cytotoxiques vers les tumeurs et inhiber la croissance de tumeurs syngénéiques sous cutanés et pulmonaires. Ces résultats d'inhibition tumorales obtenus dans des souris immunocompétentes, grâce à l'injection de conjugués anticorps xCMH/peptide et réorientant deux réponses antivirales différentes vers deux modèles tumoraux syngeneiques, sont encourageant pour l'application de cette nouvelle stratégie en clinique.

Alvéolite aux isocyanates chez une couturière [Isocyanate-induced alveolitis in a furniture manufacture worker]

A 41-year-old woman who worked in a furniture plant was admitted to hospital for acute dyspnea that had developed a few hours she marked pieces of "Alcantara" material with a heated metallic blade. The chest x-ray showed a restrictive syndrome. The lymphocyte count was high in the bronchioalveolar lavage fluid with a CD4/CD8 ratio of 0.11, leading to the diagnosis of alveolitis. Investigations at the work place allowed identification and evaluation of the causal agent. Alcantara is a synthetic fabric composed of 70% polyurethane fibers, which when burned produces isocyanate monomers. After eliminating exposure and institution of corticosteroid therapy, the outcome was good with complete recovery. The risk was eliminated by changing the work procedure. This risk has not been reported earlier for furniture manufacture.

Natalizumab treatment alters the expression of T-cell trafficking marker LFA-1 α-chain (CD11a) in MS patients.

OBJECTIVE: To determine the long-term effect of natalizumab (NTZ) treatment on the expression of integrins and chemokine receptors involved in the migration of T cells towards the central nervous system (CNS). METHODS: We drew the blood of 23 patients just before starting NTZ therapy and every 12 months thereafter, for up to 48 months of treatment. We assessed the ex-vivo expression of phenotype markers (CCR7 and CD45RA), CNS-addressing integrins (CD11a, CD49d and CD29) and chemokine receptors (CXCR3 and CCR6) in CD4+ or CD8+ T-cell subsets by flow cytometry. RESULTS: As compared to the pre-NTZ values, there was a marked increase in central memory (CCR7+/CD45RA-) CD4+ T cells and in effector memory (CCR7-/CD45RA-) CD8+ T cells at 12 and 24 months. In addition to an expected downregulation of both VLA-4 subunits (CD49d/CD29), we also found decreased T-cell expression of CXCR3 at 12 months, and of CD11a (LFA-1 αL subunit) at 12 months, but mostly at 24 months of NTZ treatment. CONCLUSION: Our data show a nadir of CD11a expression at 2 years of NTZ treatment, at the peak of incidence of progressive multifocal leukoencephalopathy (PML), indirectly suggesting that a lack of these molecules may play a role in the onset of PML in NTZ-treated patients.

Fatty acids regulate Thy-1 antigen mRNA stability in T lymphocyte precursors.

In this study, we report the effect of fatty acids on the Thy-1 antigen mRNA decay. Low serum and synthetic medium culture conditions were used to demonstrate that fatty acids, which are important metabolites involved as second messengers in signal transduction, also influence the steady-state mRNA level. Detailed analysis demonstrated that polyunsaturated lipids attached to bovine serum albumin, such as linoleic, linolenic, and arachidonic acids, modulate gene expression specifically in the S1A T lymphoma cell line by inducing a 3-5-fold increase in the steady-state Thy-1 mRNA level, concomitant with a twofold increase in cell surface expression. A similar modulation was observed in the immature CD4-CD8- T cell precursors but not in mature thymocytes. Nuclear run-on and transfection experiments indicated that the observed Thy-1 mRNA level is post-transcriptionally regulated and that the presence of the coding region is sufficient for this adaptive response. A mechanism without a requirement for protein kinase C activation, but involving Ca2+ entry, could account for this difference in Thy-1 mRNA stability.

Molecular modeling study of the binding and signaling properties of the TCRpMHC complex

The activation of the specific immune response against tumor cells is based on the recognition by the CD8+ Cytotoxic Τ Lymphocytes (CTL), of antigenic peptides (p) presented at the surface of the cell by the class I major histocompatibility complex (MHC). The ability of the so-called T-Cell Receptors (TCR) to discriminate between self and non-self peptides constitutes the most important specific control mechanism against infected cells. The TCR/pMHC interaction has been the subject of much attention in cancer therapy since the design of the adoptive transfer approach, in which Τ lymphocytes presenting an interesting response against tumor cells are extracted from the patient, expanded in vitro, and reinfused after immunodepletion, possibly leading to cancer regression. In the last decade, major progress has been achieved by the introduction of engineered lypmhocytes. In the meantime, the understanding of the molecular aspects of the TCRpMHC interaction has become essential to guide in vitro and in vivo studies. In 1996, the determination of the first structure of a TCRpMHC complex by X-ray crystallography revealed the molecular basis of the interaction. Since then, molecular modeling techniques have taken advantage of crystal structures to study the conformational space of the complex, and understand the specificity of the recognition of the pMHC by the TCR. In the meantime, experimental techniques used to determine the sequences of TCR that bind to a pMHC complex have been used intensively, leading to the collection of large repertoires of TCR sequences that are specific for a given pMHC. There is a growing need for computational approaches capable of predicting the molecular interactions that occur upon TCR/pMHC binding without relying on the time consuming resolution of a crystal structure. This work presents new approaches to analyze the molecular principles that govern the recognition of the pMHC by the TCR and the subsequent activation of the T-cell. We first introduce TCRep 3D, a new method to model and study the structural properties of TCR repertoires, based on homology and ab initio modeling. We discuss the methodology in details, and demonstrate that it outperforms state of the art modeling methods in predicting relevant TCR conformations. Two successful applications of TCRep 3D that supported experimental studies on TCR repertoires are presented. Second, we present a rigid body study of TCRpMHC complexes that gives a fair insight on the TCR approach towards pMHC. We show that the binding mode of the TCR is correctly described by long-distance interactions. Finally, the last section is dedicated to a detailed analysis of an experimental hydrogen exchange study, which suggests that some regions of the constant domain of the TCR are subject to conformational changes upon binding to the pMHC. We propose a hypothesis of the structural signaling of TCR molecules leading to the activation of the T-cell. It is based on the analysis of correlated motions in the TCRpMHC structure. - L'activation de la réponse immunitaire spécifique dirigée contre les cellules tumorales est basée sur la reconnaissance par les Lymphocytes Τ Cytotoxiques (CTL), d'un peptide antigénique (p) présenté à la suface de la cellule par le complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (MHC). La capacité des récepteurs des lymphocytes (TCR) à distinguer les peptides endogènes des peptides étrangers constitue le mécanisme de contrôle le plus important dirigé contre les cellules infectées. L'interaction entre le TCR et le pMHC est le sujet de beaucoup d'attention dans la thérapie du cancer, depuis la conception de la méthode de transfer adoptif: les lymphocytes capables d'une réponse importante contre les cellules tumorales sont extraits du patient, amplifiés in vitro, et réintroduits après immunosuppression. Il peut en résulter une régression du cancer. Ces dix dernières années, d'importants progrès ont été réalisés grâce à l'introduction de lymphocytes modifiés par génie génétique. En parallèle, la compréhension du TCRpMHC au niveau moléculaire est donc devenue essentielle pour soutenir les études in vitro et in vivo. En 1996, l'obtention de la première structure du complexe TCRpMHC à l'aide de la cristallographie par rayons X a révélé les bases moléculaires de l'interaction. Depuis lors, les techniques de modélisation moléculaire ont exploité les structures expérimentales pour comprendre la spécificité de la reconnaissance du pMHC par le TCR. Dans le même temps, de nouvelles techniques expérimentales permettant de déterminer la séquence de TCR spécifiques envers un pMHC donné, ont été largement exploitées. Ainsi, d'importants répertoires de TCR sont devenus disponibles, et il est plus que jamais nécessaire de développer des approches informatiques capables de prédire les interactions moléculaires qui ont lieu lors de la liaison du TCR au pMHC, et ce sans dépendre systématiquement de la résolution d'une structure cristalline. Ce mémoire présente une nouvelle approche pour analyser les principes moléculaires régissant la reconnaissance du pMHC par le TCR, et l'activation du lymphocyte qui en résulte. Dans un premier temps, nous présentons TCRep 3D, une nouvelle méthode basée sur les modélisations par homologie et ab initio, pour l'étude de propriétés structurales des répertoires de TCR. Le procédé est discuté en détails et comparé à des approches standard. Nous démontrons ainsi que TCRep 3D est le plus performant pour prédire des conformations pertinentes du TCR. Deux applications à des études expérimentales des répertoires TCR sont ensuite présentées. Dans la seconde partie de ce travail nous présentons une étude de complexes TCRpMHC qui donne un aperçu intéressant du mécanisme d'approche du pMHC par le TCR. Finalement, la dernière section se concentre sur l'analyse détaillée d'une étude expérimentale basée sur les échanges deuterium/hydrogène, dont les résultats révèlent que certaines régions clés du domaine constant du TCR sont sujettes à un changement conformationnel lors de la liaison au pMHC. Nous proposons une hypothèse pour la signalisation structurelle des TCR, menant à l'activation du lymphocyte. Celle-ci est basée sur l'analyse des mouvements corrélés observés dans la structure du TCRpMHC.

The effect of vaccines based on ovalbumin coupled to gas-filled microbubbles for reducing infection by ovalbumin-expressing Listeria monocytogenes.

Gas-filled microbubbles (MB) are a very promising alternative to the currently evaluated lipid- or polymer-based particulate Ag delivery systems. We recently demonstrated the ability of MB to deliver associated Ag to DC, to activate them and thereby induce both humoral and cellular immune responses. We now extended the characterization of MB as antigen-delivery system by appraising the efficiency of MB-associated ovalbumin (OVA-MB) at protecting mice against pathogen infection. Ultrasound-mediated imaging demonstrated that the administration of OVA via MB generates a depot at the injection site that lasts for several hours. We found that OVA-MB injected subcutaneously is far more effective at inducing specific Ab and T cell immunity than immunization with free OVA. Moreover, a covalent link between MB and OVA causes a stronger bias towards a Th1-type of immune response than adsorption of the Ag or its covalent link to liposomes of the same lipid composition. Finally, vaccination of mice with OVA-MB partially protects against a systemic infection with OVA-expressing Listeria monocytogenes. The vaccine induces specific effector CD8 T cell responses capable of decreasing more than 100 fold the bacterial load. MB thus represent a potent Ag delivery system for vaccination against intracellular infectious agents.

Expression of apoptosis and survival genes in human memory T cell populations

RESUME Introduction: Les cellules T mémoires humaines sont classées en trois sous-populations sur la base de l'expression d'un marqueur de surface cellulaire, CD45RA, et du récepteur aux chimiokines, CCR7. Ces sous-populations, nommées cellules mémoires centrales (TcM), mémoires effectrices (TEM) et mémoires effectrices terminales (ITEM), ont des rôles fonctionnels distincts, ainsi que des capacités de prolifération et de régénération différentes. Cependant, la génération de ces différences reste encore mal comprise et on ignore les mécanismes moléculaires impliqués. Matériaux et Méthodes: Des cellules mononucléaires humaines du sang périphérique ont été séparées par cytométrie de flux selon leur expression de CD4, CD8, CD45RA et CCR7 en sous-populations de cellules CD4+ ou CD8+ naïves, TcM, TEM ou ITEM. Dans chacune de ces sous-populations, 14 gènes impliqués dans l'apoptose, la survie ou la capacité proliférative des cellules T ont été quantifiés par RT-PCR en temps réel, relativement à l'expression d'un gène de référence endogène. L'ARN provenant de 450 cellules T a été utilisé par gène et par sous-population. Les gènes analysés (cibles) comprenaient des gènes de survie (BAFF, APRIL, BAFF-R, BCMA, TACI, IL-15Rα, IL-7Rα), des gènes anti-apoptotiques (Bcl-2, BclxL, FLIP), des gènes pro-apoptotiques (Bad, Bax, Fast) et le gène anti-prolifératif, Tob. A l'aide de la méthode comparative delta-delta-CT, le taux d'expression des gènes cibles de chaque sous-population des cellules T mémoires CD4+ et CD8+, à été comparée à leur taux d'expression dans les cellules T naïves CD4+ et CD8+. Résultats: Dans les cellules CD8+, les gènes pro-apoptotiques Bax et Fast étaient surexprimés dans toutes les sous-populations mémoires, tandis que l'expression des facteurs anti-apoptotiques et de survie comme Bcl-2, APRIL et BAFF-R, étaient diminués. Ces deux tendances étaient particulièrement accentuées dans les sous-groupes des cellules mémoires TEM et TTEM. A noter que malgré le fait que leur expression était également diminuée dans les autres cellules mémoires, le facteur de survie IL-7Ra, était sélectivement surexprimé dans la sous-population de cellules TcM et l'expression d'IL-15Ra était sélectivement augmentée dans les TEM. Dans les cellules CD4+, le taux d'expression des gènes analysés était plus variable entre les sujets étudiés que dans les cellules CD8+, ne permettant pas de définir un profil d'expression spécifique. L'expression du gène de survie BAFF par contre, a été significativement augmentée dans toutes les sous-populations mémoire CD4+. Il en va de même pour l'expression d' APRIL et de BAFF-R, bien que dans moindre degré. A remarquer que l'expression du facteur anti-apoptotique Fast a été observée uniquement dans la souspopulation des TTEM. Discussion et Conclusions: Cette étude montre une nette différence entre les cellules CD8+ et CD4+, en ce qui concerne les profils d'expression des gènes impliqués dans la survie et l'apoptose des cellules T mémoires. Ceci pourrait impliquer une régulation cellulaire homéostatique distincte dans ces deux compartiments de cellules T mémoires. Dans les cellules CD8+ l'expression d'un nombre de gènes impliqués dans la survie et la protection de l'apoptose semblerait être diminuée dans les populations TEM et TTEM en comparaison à celle des sous-populations naïves et TEM, tandis que l'expression des gènes pro-apoptotiques semblerait être augmentée. Comme ceci paraît être plus accentué dans les TTEM, cela pourrait indiquer une plus grande disposition à l'apopotose dans les populations CCR7- (effectrices) et une perte de survie parallèlement à l'acquisition de capacités effectrices. Ceci parlerait en faveur d'un modèle de différentiation linéaire dans les cellules CD8+. De plus, l'augmentation sélective de l'expression d'IL-7Ra observée dans le sous-groupe de cellules mémoires TEM, et d'IL-15Ra dans celui des TEM, pourrait indiquer un moyen de sélection pour des réponses immunitaires mémoires à long terme par une réponse distincte à ces cytokines. Dans les cellules CD4+ par contre, aucun profil d'expression n'a pu être déterminé; les résultats suggèrent même une résistance relative à l'apoptose de la part des cellules mémoires. Ceci pourrait favoriser l'existence d'un modèle de différentiation plus flexible avec des possibilités d'interaction multiples. Ainsi, la surexpression sélective de BAFF, APRIL et BAFF-R dans les sous-populations individuelles des cellules mémoires pourrait être un indice de l'interaction de ces sous-groupes avec des cellules B. ABSTRACT Introduction: Based on their surface expression of the CD45 isoform and of the CCR7 chemokine receptor, memory T cells have been divided into the following three subsets: central memory (TAM), effector memory (TEM) and terminal effector memory (ITEM). Distinct functional roles and different proliferative and regenerative capacities have been attributed to each one of these subpopulations. The molecular mechanisms underlying these differences; however, remain poorly understood. Materials and Methods: According to their expression of CD4, CD8, CD45RA and CCR7, human peripheral blood mononuclear cells were sorted by flow-cytometry into CD4+ or CD8+ naïve, TAM, TEM and ITEM subsets. Using real-time PCR, the expression of 14 genes known to be involved in apoptotis, survival or proliferation of T cells was quantified separately in each individual subset, relative to an endogenous reference gene. The RNA equivalent of 450 T cells was used for each gene and subset. The target gene panel included the survival genes BAFF, APRIL, BAFF-R, BCMA, TACI, IL-15Rα and IL-7Rα, the anti-apoptotic genes Bcl2, Bcl-xL and FLIP, the pro-apoptotic genes Bad, Bax and Fast, as well as the antiproliferative gene Tob. Using the comparative CT-method, the expression of the target genes in the three memory T cell subsets of both CD4+ and CD8+ T cell populations was compared to their expression in the naïve T cells. Results: In CD8+ cells, the pro-apoptotic factors Bax and Fast were found to be upregulated in all memory T cell subsets, whereas the survival and anti-apoptotic factors Bcl-2, APRIL and BAFF-R were downregulated. These tendencies were most accentuated in TEM and TTEM subsets. Even though the survival factor IL-7Rα was also downregulated in these subsets, interestingly, it was selectively upregulated in the CD8+ TAM subset. Similarly, IL-15Rαexpression was shown to be selectively upregulated in the CD8+ TEM subset. In CD4+ cells, the expression levels of the analyzed genes showed a greater inter-individual variability than in CD8+ cells, thus suggesting the absence of any particular expression pattern for CD4+ memory T cells. However, the survival factor BAFF was found to be significantly upregulated in all CD4+ memory T cell subsets, as was also the expression of APRIL and BAFF-R, although to a lesser extent. Furthermore, it was noted that the pro-apoptotic gene Fast was only expressed in the TTEM CD4+ subset. Discussion and Conclusions: Genes involved in apoptosis and survival in human memory T cells have been shown to be expressed differently in CD8+ cells as compared to CD4+ cells, suggesting a distinct regulation of cell homeostasis in these two memory T cell compartments. The present study suggests that, in CD8+ T cells, the expression of various survival and antiapoptotic genes is downregulated in TEM and TTEM subsets, while the expression of proapoptotic genes is upregulated in comparison to the naïve and the TAM populations. These characteristics, potentially translating to a greater susceptibility to apoptosis in the CCR7- (effector) memory populations, are accentuated in the TTEM population, suggesting a loss of survival in parallel to the acquisition of effector capacities. This speaks in favour of a linear differentiation model in CD8+ T memory cells. Moreover, the observed selectively increased expression of IL-7Rα in CD8+ TAM cells - as that of IL-15Rα in CD8+ TEM cells -suggest that differential responsiveness to cytokines could confer a selection bias for distinct long-term memory cell responses. Relative to the results for CD8+ T cells, those for CD4+ T cells seem to indicate a certain resistance of the memory subsets to apoptosis, suggesting the possibility of a more flexible differentiation model with multiple checkpoints and potential interaction of CD4+ memory cells with other cells. Thus, the selective upregulation of BAFF, APRIL and BAFF-R in individual memory subsets could imply an interaction of these subsets with B cells.

Inactivation of Notch 1 in immature thymocytes does not perturb CD4 or CD8T cell development.

Notch proteins influence cell-fate decisions in many developing systems. Several gain-of-function studies have suggested a critical role for Notch 1 signaling in CD4-CD8 lineage commitment, maturation and survival in the thymus. However, we show here that tissue-specific inactivation of the gene encoding Notch 1 in immature (CD25+CD44-)T cell precursors does not affect subsequent thymocyte development. Neither steady-state numbers nor the rate of production of CD4+ and CD8+ mature thymocytes is perturbed in the absence of Notch 1. In addition, Notch 1-deficient thymocytes are normally sensitive to spontaneous or glucocorticoid-induced apoptosis. In contrast to earlier reports, these data formally exclude an essential role for Notch 1 in CD4-CD8 lineage commitment, maturation or survival.

Analysis of antiviral immunity in primary and chronic infections

Several evidences in humans underscored the contribution of CD4 and CD8 T-cell responses in controlling viral and bacterial infections. However, CD4 and CD8 Τ cells have distinct and specific effector functions leading to a hierarchical importance in responding to different types of pathogens. In this context, the present work aimed to investigate distinct CD8 T-cell features potentially influencing T-cell efficacy against viral infection. To achieve this-objective, CD8 Τ cells derived from HIV-infected patients and healthy donors harbouring virus-specific immune responses or immunized with an HTV vaccine candidate were studied. In particular, we performed a comprehensive cross-sectional and longitudinal analysis to characterize the function, the phenotype and the functional avidity of HIV-specific CD8 Τ cells during acute (PHI) and chronic infection and, in particular, we investigated immunological parameters potentially associated with the functional avidity of HIV-specific CD8 Τ cells. In addition, we studied the expression pattern of co-inhibitory molecules and the influence of CD 160 on the functions of CD8 Τ cells in absence of chronic infections. From these analyses we observed that the functional avidity of HIV-specific CD8 T- cell responses was significantly lower in acute than in chronic infection, but was not different between chronic progressive and non-progressive patients. Functional avidity remained low after several years of antiretroviral therapy in PHI patients, but increased in patients experiencing a virus rebound following treatment interruption in association with a massive renewal of the global CD8 complementarity-determining region 3 of the TCR. The functional avidity was also directly associated to T-cell exhaustion. In individuals with no sign of HIV or Hepatitis A, Β or C virus infection, CD8 Τ cells expressed higher levels of co-inhibitory molecules than CD4 Τ cells and this was dependent on the stage of T-cell differentiation and activation. The expression of CD 160 impaired the proliferation capacity and IL-2 production of CD8 Τ cells and was reduced upon CD8 T-cell activation, entitling CD 160 as unique marker of CD8 T-cell exhaustion. The CD 160 blockade restored the proliferation capacity of virus-specific CD8 Τ cells providing a potential new target for immunotherapy. All together, these results expand our knowledge regarding the interplay between the immune system and the viruses. - De nombreuses études chez l'Homme ont mis en évidence la contribution des réponses cellulaires Τ CD4 et CD8 dans le contrôle des infections virales et bactériennes. En particulier, les lymphocytes Τ ont différentes fonctions effectrices spécifiques qui leur confèrent un rôle clé lors d'infections par différents pathogènes. Ce travail vise à étudier différentes caractéristiques des cellules Τ CD8 affectant l'efficacité des réponses cellulaires contre les virus. Pour atteindre cet objectif nous avons étudié les cellules Τ CD8 provenant de patients infectés par le VIH et de donneurs sains avec des réponses immunitaires naturelles ou vaccinales contre des virus. Nous avons effectué plusieurs analyses transversales et longitudinales des fonctions, du phénotype et de l'avidité fonctionnelle des lymphocytes Τ CD8 spécifiques au VIH au cours d'infections aiguës et chroniques; en particulier, nous avons étudié les paramètres immunologiques qui pourraient être associés à l'avidité fonctionnelle. De plus, nous avons investigué le profil d'expression des principales molécules co-inhibitrices et en particulier le rôle du CD 160 dans les fonctions des lymphocytes Τ CD8. Sur la base de ces analyses, nous avons constaté que l'avidité fonctionnelle des cellules Τ CD8 spécifiques au VIH était significativement plus faible lors infections aiguës que lors d'infections chroniques, mais n'était, par contre, pas différente entre les patients avec des infections chroniques progressives et non progressives. L'avidité fonctionnelle reste faible après plusieurs années de traitement antirétroviral, mais augmente chez les patients subissant un rebond viral, et donc exposés à des hautes virémies, suite à l'interruption du traitement. Cette augmentation d'avidité des lymphocytes Τ CD8, liée à un épuisement fonctionnel accru, était quantitativement directement associée à un renouvellement massif du TCR. Indépendamment de l'infection par le VIH, les cellules Τ CD8 expriment des niveaux plus élevés de molécules co-inhibitrices (PD-1, 2B4 et CD 160) par rapport aux cellules Τ CD4 et ceci dépend de leur stade de différenciation et d'activation. En particulier, CD 160 semble être un marqueur clé d'épuisement cellulaire des cellules Τ CD8, et donc une nouvelle cible potentielle pour l'immunothérapie, car a) son expression réduit la capacité proliférative et la production d'IL-2 b) CD 160 diminue suite à 1'activation et c) le blocage de CD 160 redonne la capacité proliférative aux cellules Τ CD8 spécifiques aux virus. - Le système immunitaire est un ensemble de cellules, tissus et organes indispensables pour limiter l'entrée des pathogènes à travers la peau et les muqueuses. Parmi les différentes cellules composant le système immunitaire, les cellules Τ CD4 et CD8 sont fondamentales pour le contrôle des infections virales et bactériennes. Les moyens pour combattre les différents pathogènes peuvent être cependant très variables. Les cellules Τ CD8, qui sont indispensables pour la lutte contre les virus, peuvent avoir différents niveaux de sensibilité; les cellules qui répondent à de faibles quantités d'antigène ont une forte sensibilité. Suite à une première infection virale, les cellules Τ CD8 ont une sensibilité plus faible que lors d'expositions répétées au même virus. En effet, la réexposition au pathogène induit une augmentation de sensibilité, grâce au recrutement et/ou à l'expansion de cellules Τ dotées d'une sensibilité plus élevée. Les cellules Τ CD8 avec une plus haute sensibilité semblent être caractérisées par une perte de fonctionnalité (épuisement fonctionnel associé à une haute expression de molécules dites inhibitrices). En absence d'infection, la fonction des molécules inhibitrices n'est pas encore clairement définie. Les cellules Τ CD8 montrent un niveau d'expression plus élevé de ces molécules par rapport aux cellules Τ CD4. Ceci dépend de l'état des cellules. Parmi ces molécules, le CD160 est associé à l'incapacité des cellules à proliférer et à produire de l'IL-2, une protéine importante pour la prolifération et la survie cellulaire. L'incapacité des cellules exprimant le CD 160 à proliférer en réponse à des virus peut être restaurée par le blocage fonctionnel du récepteur CD 160. Cette étude étoffe notre connaissance du rôle des cellules Τ CD8 ainsi que des conséquences induites par leur épuisement fonctionnel. Ces informations sont fondamentales pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques et vaccinales.

Precursors of functional MHC class I- or class II-restricted CD8alphaalpha(+) T cells are positively selected in the thymus by agonist self-peptides.

The origin and specificity of alphabeta TCR(+) T cells that express CD8alphaalpha have been controversial issues. Here we provide direct evidence that precursors of functional CD8alphaalpha T cells are positively selected in the thymus in the presence of agonist self-peptides. Like conventional positive selection, this agonist selection process requires functional TCR alpha-CPM, whereas it is independent of CD8beta expression. Furthermore, CD8alphaalpha expression on mature, agonist-selected T cells does not imply selection by MHC class I, and CD8alphaalpha(+) T cells can be either class I or class II restricted. Our data define a distinct agonist-dependent, positive selection process in the thymus, and they suggest a function for CD8alphaalpha distinct from the conventional TCR coreceptor function of CD8alphabeta or CD4.

Phenotype and function of protective T cell immune responses in HIV.

PURPOSE OF REVIEW: Definition of T cell immune correlates in HIV infection remains a lofty goal towards our understanding of the HIV-specific immune response. This review will focus upon recent developments and controversies in our understanding of protective T cell responses against HIV. RECENT FINDINGS: It has become clear that multiple functions and phenotypic markers of T cells must be assessed to accurately characterize the complexity of CD4 and CD8 T cell responses. While evidence indicates that a hallmark of protective immune responses in HIV infection is the presence of 'polyfunctional' T cell responses, a disconnect remains between the function and phenotype of effective HIV-specific T cells. Moreover, there may be inherent differences in the ability of specific human leukocyte antigen class I families to promote CD8 T cell effector versus polyfunctional responses. It remains to be determined how polyfunctional responses arise in HIV infection, which functions are important for control, and whether surface phenotype markers provide an indication of protective capacity. SUMMARY: Polyfunctional and phenotypic assessment of T cell responses have clearly advanced our understanding of HIV specific immune responses. Critical questions remain, however, especially whether polyfunctional T cell responses control, or are controlled by, HIV replication.

Molecular characterization of HLA-C incompatibilities in HLA-ABDR-matched unrelated bone marrow donor-recipient pairs. Sequence of two new Cw alleles (Cw*02023 and Cw*0707) and recognition by cytotoxic T lymphocytes.

While the influence of HLA-AB and -DRB1 matching on the outcome of bone marrow transplantation (BMT) with unrelated donors is clear, the evaluation of HLA-C has been hampered by its poor serological definition. Because the low resolution of standard HLA-C typing could explain the significant number of positive cytotoxic T lymphocyte precursor frequency (CTLpf) tests found among HLA-AB-subtype, DRB1/B3/B5-subtype matched patient/donor pairs, we have identified by sequencing the incompatibilities recognized by CD8+ CTL clones obtained from such positive CTLpf tests. In most cases the target molecules were HLA-C antigens that had escaped detection by serology (e.g. Cw*1601, 1502 or 0702). Direct recognition of HLA-C by a CTL clone was demonstrated by lysis of the HLA class I-negative 721.221 cell line transfected with Cw*1601 cDNA. Because of the functional importance of Cw polymorphism, a PCR-SSO oligotyping procedure was set up allowing the resolution of 29 Cw alleles. Oligotyping of a panel of 382 individuals (including 101 patients and their 272 potential unrelated donors, 5 related donors and 4 platelet donors) allowed to determine HLA-C and HLA A-B-Cw-DRB1 allelic frequencies, as well as a number of A-Cw, B-Cw, and DRB1-Cw associations. Two new HLA-Cw alleles (Cw*02023 and Cw*0707) were identified by DNA sequencing of PCR-amplified exon 2-intron 2-exon 3 amplicons. Furthermore, we determined the degree of HLA-C compatibility in 287 matched pairs that could be formed from 73 patients and their 184 potential unrelated donors compatible for HLA-AB by serology and for HLA-DRB1/ B3/B5 by oligotyping. Cw mismatches were identified in 42.1% of these pairs, and AB-subtype oligotyping showed that 30% of these Cw-incompatible pairs were also mismatched for A or B-locus subtype. The degree of HLA-C incompatibility was strongly influenced by the linkage with B alleles and by the ABDR haplotypes. Cw alleles linked with B*4403, B*5101, B18, and B62 haplotypes were frequently mismatched. Apparently high resolution DNA typing for HLA-AB does not result in full matching at locus C. Since HLA-C polymorphism is recognized by alloreactive CTLs, such incompatibilities might be as relevant as AB-subtype mismatches in clinical transplantation.

The major genetic determinants of HIV-1 control affect HLA class I peptide presentation.

Infectious and inflammatory diseases have repeatedly shown strong genetic associations within the major histocompatibility complex (MHC); however, the basis for these associations remains elusive. To define host genetic effects on the outcome of a chronic viral infection, we performed genome-wide association analysis in a multiethnic cohort of HIV-1 controllers and progressors, and we analyzed the effects of individual amino acids within the classical human leukocyte antigen (HLA) proteins. We identified >300 genome-wide significant single-nucleotide polymorphisms (SNPs) within the MHC and none elsewhere. Specific amino acids in the HLA-B peptide binding groove, as well as an independent HLA-C effect, explain the SNP associations and reconcile both protective and risk HLA alleles. These results implicate the nature of the HLA-viral peptide interaction as the major factor modulating durable control of HIV infection.

Granulomatosis-associated common variable immunodeficiency disorder: a case-control study versus sarcoidosis.

The aim of the present study was to investigate to what extent interstitial lung disease (ILD) in common variable immunodeficiency disorder (CVID)-associated granulomatous disease (GD) is similar to pulmonary sarcoidosis 20 patients with CVID/GD were included in a retrospective study conducted by the Groupe Sarcoïdose Francophone. Medical records were centralised. Patients were compared with 60 controls with sarcoidosis. Clinical examination showed more frequent crackles in patients than controls (45% versus 1.7%, respectively; p<0.001). On thoracic computed tomography scans, nodules (often multiple and with smooth margins), air bronchograms and halo signs were more frequent in patients than controls (80% versus 42%, respectively; p=0.004) as well as bronchiectasis (65% versus 23%, respectively; p<0.001). The micronodule distribution was perilymphatic in 100% of controls and in 42% of patients (p<0.001). Bronchoalveolar lavage analysis showed lower T-cell CD4/CD8 ratios in patients than in controls (mean±sd 1.6±1.1 versus 5.3±4, respectively; p<0.01). On pathological analysis, nodules and consolidations corresponded to granulomatous lesions with or without lymphocytic disorders in most cases. Mortality was higher in patients than controls (30% versus 0%, respectively) and resulted from common variable immunodeficiency complications. ILD in CVID/GD presents a specific clinical picture and evolution that are markedly different from those of sarcoidosis.

The alternatively spliced domain TnFnIII A1A2 of the extracellular matrix protein tenascin-C suppresses activation-induced T lymphocyte proliferation and cytokine production.

Several lines of evidences have suggested that T cell activation could be impaired in the tumor environment, a condition referred to as tumor-induced immunosuppression. We have previously shown that tenascin-C, an extracellular matrix protein highly expressed in the tumor stroma, inhibits T lymphocyte activation in vitro, raising the possibility that this molecule might contribute to tumor-induced immunosuppression in vivo. However, the region of the protein mediating this effect has remained elusive. Here we report the identification of the minimal region of tenascin-C that can inhibit T cell activation. Recombinant fragments corresponding to defined regions of the molecule were tested for their ability to inhibit in vitro activation of human peripheral blood T cells induced by anti-CD3 mAbs in combination with fibronectin or IL-2. A recombinant protein encompassing the alternatively spliced fibronectin type III domains of tenascin-C (TnFnIII A-D) vigorously inhibited both early and late lymphocyte activation events including activation-induced TCR/CD8 down-modulation, cytokine production, and DNA synthesis. In agreement with this, full length recombinant tenascin-C containing the alternatively spliced region suppressed T cell activation, whereas tenascin-C lacking this region did not. Using a series of smaller fragments and deletion mutants issued from this region, we have identified the TnFnIII A1A2 domain as the minimal region suppressing T cell activation. Single TnFnIII A1 or A2 domains were no longer inhibitory, while maximal inhibition required the presence of the TnFnIII A3 domain. Altogether, these data demonstrate that the TnFnIII A1A2 domain mediate the ability of tenascin-C to inhibit in vitro T cell activation and provide insights into the immunosuppressive activity of tenascin-C in vivo.