Étude du mécanisme par lequel la thérapie à l'IL7 induit l'expansion homéostatique des lymphocytes T CD4+

Dans les cas de lymphopénie, les lymphocytes T résiduels prolifèrent exagérément dans un phénomène appelé «expansion homéostatique périphérique» (HPE), qui est efficace pour la régénération des T CD8+, mais inefficace pour les T CD4+. L’interleukine-7 (IL7) est une cytokine homéostatique utilisée afin d’augmenter les comptes lymphocytaires T des patients lymphopéniques. Toutefois, la raison de l’expansion préférentielle des lymphocytes T CD8+ par l’IL7 demeure toujours inconnue. Nous montrons que cette expansion est due au fait que l’IL7 induit une prolifération efficace des T CD8+ périphériques (CD8+PERI) ainsi que des émigrants thymiques CD8+ (CD8+RTEs). Par contre, l’effet prolifératif de l’IL7 est restreint presqu’uniquement aux CD4+RTEs même si les CD4+PERI survivent mieux que les CD4+RTEs. De plus faibles doses d’IL7 sont nécessaires aux CD4+RTEs afin de phosphoryler STAT5 ou de proliférer comparativement aux CD4+PERI et nous démontrons que les contacts TCR/CMHII sont nécessaires à la prolifération induite par l’IL7 des CD4+RTEs en périphérie. De fait, augmenter au Flt3 ligand le nombre de cellules dendritiques périphériques d’une souris donneuse, avant de transférer ses TPERI dans des souris receveuses traitées à l’IL7 induit une prolifération significative des CD4+PERI. Nos résultats indiquent donc que l’abondance des contacts TCR/CMHII reçus dans le thymus semble contrôler la sensibilité à l’IL7 des CD4+RTEs. Finalement, l’observation que les CD8+PERI et CD8+RTEs prolifèrent pareillement pendant la thérapie à l’IL7, alors que la prolifération des T CD4+ est largement restreinte aux RTEs expliquerait pourquoi, dans les cas de lymphopénie, la régénération des T CD4+ est aussi dépendante de la thymopoïèse.

Role of CD4+ T cells in the regulation of the immune response against encapsulated Group B Streptococcus

Le Streptocoque de groupe B (GBS) est un important agent d’infection invasive pouvant mener à la mort et demeure la cause principale de septicémie néonatale à ce jour. Neuf sérotypes ont été officiellement décrits basés sur la composition de la capsule polysaccharidique (CPS). Parmi ces sérotypes, le type III est considéré le plus virulent et fréquemment associé aux maladies invasives graves, telle que la méningite. Malgré que plusieurs recherches aient été effectuées au niveau des interactions entre GBS type III et les cellules du système immunitaire innées, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire adaptative dirigée contre ce dernier. Notamment, le rôle de cellules T CD4+ dans l’immuno-pathogenèse de l’infection causée par GBS n’a jamais été étudié. Dans cet étude, trois différents modèles murins d’infection ont été développé pour évaluer l’activation et la modulation des cellules T CD4+ répondantes au GBS de type III : ex vivo, in vivo, et in vitro. Les résultats d’infections ex vivo démontrent que les splénocytes totaux répondent à l’infection en produisant des cytokines de type-1 pro-inflammatoires. Une forte production d’IL-10 accompagne cette cascade inflammatoire, probablement dans l’effort de l’hôte de maintenir l’homéostasie. Les résultats démontrent aussi que les cellules T sont activement recrutées par les cellules répondantes du système inné en produisant des facteurs chimiotactiques, tels que CXCL9, CXCL10, et CCL3. Plus spécifiquement, les résultats obtenus à partir des cellules isolées T CD4+ provenant des infections ex vivo ou in vivo démontrent que ces cellules participent à la production d’IFN-γ et de TNF-α ainsi que d’IL-2, suggérant un profil d’activation Th1. Les cellules isolées T CD4+ n’étaient pas des contributeurs majeurs d’IL-10. Ceci indique que cette cytokine immuno-régulatrice est principalement produite par les cellules de l’immunité innée de la rate de souris infectées. Le profil Th1 des cellules T CD4+ a été confirmé en utilisant un modèle in vitro. Nos résultats démontrent aussi que la CPS de GBS a une role immuno-modulateur dans le développement de la réponse Th1. En résumé, cette étude adresse pour la première fois, la contribution des cellules T CD4+ dans la production d’IFN-γ lors d’une infection à GBS et donc, dans le développement d’une réponse de type Th1. Ces résultats renforcent d’avantage le rôle central de cette cytokine pour un control efficace des infections causées par ce pathogène.

Function of the immunoregulatory CD4-CD8- T cells in the context of autoimmune diabetes

La tolérance immunitaire dépend de la distinction entre le soi et le non soi par le système immunitaire. Un bris dans la tolérance immunitaire mène à l'auto-immunité, qui peut provoquer la destruction des organes, des glandes, des articulations ou du système nerveux central. Le diabète auto-immun, également connu sous le nom diabète juvénile et diabète de type 1, résulte d'une attaque auto-immune sur les cellules β pancréatiques sécrétrices d’insuline, localisées au niveau des îlots de Langerhans du pancréas. Bien que le diabète auto-immun soit traitable par une combinaison d’injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, de régime et d'exercices, beaucoup de complications chroniques peuvent se manifester chez les patients, y compris, mais non limitées à, la cécité, les maladies cardiovasculaires, l’insuffisance rénale et l'amputation. En raison des nombreuses complications liées au diabète auto-immun à long terme, la recherche continue afin de mieux comprendre tous les facteurs impliqués dans la progression de la maladie dans le but de développer de nouvelles thérapies qui empêcheront, renverseront et/ou traiteront cette maladie. Un rôle primordial dans la génération et l'entretien de la tolérance immunitaire a été attribué au nombre et à la fonction des sous-populations de cellules régulatrices. Une de ces populations est constituée de cellules T CD4-CD8- (double négatives, DN), qui ont été étudiées chez la souris et l'humain pour leur contribution à la tolérance périphérique, à la prévention des maladies et pour leur potentiel associé à la thérapie cellulaire. En effet, les cellules de T DN sont d'intérêt thérapeutique parce qu'elles montrent un potentiel immunorégulateur antigène-spécifique dans divers cadres expérimentaux, y compris la prévention du diabète auto-immun. D’ailleurs, en utilisant un système transgénique, nous avons démontré que les souris prédisposées au diabète auto-immun présentent peu de cellules T DN, et que ce phénotype contribue à la susceptibilité au diabète auto-immun. En outre, un transfert des cellules T DN est suffisant pour empêcher la progression vers le diabète chez les souris prédisposées au diabète auto-immun. Ces résultats suggèrent que les cellules T DN puissent présenter un intérêt thérapeutique pour les patients diabétiques. Cependant, nous devons d'abord valider ces résultats en utilisant un modèle non-transgénique, qui est plus physiologiquement comparable à l'humain. L'objectif principal de cette thèse est de définir la fonction immunorégulatrice des cellules T DN, ainsi que le potentiel thérapeutique de celles-ci dans la prévention du diabète auto-immun chez un modèle non-transgénique. Dans cette thèse, on démontre que les souris résistantes au diabète auto-immun présentent une proportion et nombre absolu plus élevés de cellules T DN non-transgéniques, lorsque comparées aux souris susceptibles. Cela confirme une association entre le faible nombre de cellules T DN et la susceptibilité à la maladie. On observe que les cellules T DN éliminent les cellules B activées in vitro par une voie dépendante de la voie perforine et granzyme, où la fonction des cellules T DN est équivalente entre les souris résistantes et prédisposées au diabète auto-immun. Ces résultats confirment que l'association au diabète auto-immun est due à une insuffisance en terme du nombre de cellules T DN, plutôt qu’à une déficience fonctionnelle. On démontre que les cellules T DN non-transgéniques éliminent des cellules B chargées avec des antigènes d'îlots, mais pas des cellules B chargées avec un antigène non reconnu, in vitro. Par ailleurs, on établit que le transfert des cellules T DN activées peut empêcher le développement du diabète auto-immun dans un modèle de souris non-transgénique. De plus, nous observons que les cellules T DN migrent aux îlots pancréatiques, et subissent une activation et une prolifération préférentielles au niveau des ganglions pancréatiques. D'ailleurs, le transfert des cellules T DN entraîne une diminution d'auto-anticorps spécifiques de l'insuline et de cellules B de centres germinatifs directement dans les îlots, ce qui corrèle avec les résultats décrits ci-dessus. Les résultats présentés dans cette thèse permettent de démontrer la fonction des cellules T DN in vitro et in vivo, ainsi que leur potentiel lié à la thérapie cellulaire pour le diabète auto-immun.

Caractérisation des lymphocytes T CD4+CD8+ dans le contexte de la sclérose en plaques

Une petite population de lymphocytes T exprimant les deux corécepteurs CD4 et CD8 et appelée double positive (DP), a été détectée dans le sang périphérique de donneurs sains et de patients atteints de diverses pathologies dont la sclérose en plaques (SEP). Nous avons émis l’hypothèse qu’il s’agissait de lymphocytes T hautement activés pouvant contribuer à l’inflammation chronique présente dans la SEP. Nous avons comparé les cellules T DP obtenues du sang de donneurs sains et de patients atteints de la SEP et non traités. La fréquence des cellules DP était similaire chez les patients et les donneurs sains. La proportion de lymphocytes T DP qui exprimaient les chaines du récepteur de l’interleukine-15 (IL-15) était plus élevée que pour les autres populations lymphocytaires. Des mesures d’induction de la phosphorylation du STAT5 (signal transducer and activator of transcription) ont démontré que les cellules DP ont répondu à des doses plus faibles et pour de plus longues périodes à l’IL-15 comparativement aux autres lymphocytes T. Le pourcentage de lymphocytes T DP ayant la capacité de produire l’interféron-gamma et des enzymes lytiques était élevé chez les témoins sains mais ces niveaux étaient significativement réduits chez les patients atteints de la SEP. La caractérisation phénotypique de cellules DP a suggéré que ces cellules ont des propriétés similaires aux lymphocytes T activés. Bien qu’il ne s’agisse que d’une caractérisation partielle, il semble que les lymphocytes T DP perdent une partie de leurs propriétés chez les patients atteints de la SEP.

Synthesis and structure-activity relationship studies of CD4 down-modulating cyclotriazadisulfonamide (CADA) analogues

HIV attachment via the CD4 receptor is an important target for developing novel approaches to HIV chemotherapy. Cyclotriazadisulfonamide (CADA) inhibits HIV at submicromolar levels by specifically down-modulating cell-surface and intracellular CD4. An effective five-step synthesis of CADA in 30% overall yield is reported. This synthesis has also been modified to produce more than 50 analogues. Many tail-group analogues have been made by removing the benzyl tail of CADA and replacing it with various alkyl, acyl, alkoxycarbonyl and aminocarbonyl substituents. A series of sidearm analogues, including two unsymmetrical compounds, have also been prepared by modifying the CADA synthesis, replacing the toluenesulfonyl sidearms with other sulfonyl groups. Testing 30 of these compounds in MT-4 cells shows a wide range of CD4 down-modulation potency, which correlates with ability to inhibit HIV-1. Three-dimensional quantitative structure-activity relationship (3D-QSAR) models were constructed using comparative molecular field analysis (CoMFA) and comparative molecular similarity indices analysis (CoMSIA) approaches. The X-ray crystal structures of four compounds, including CADA, show the same major conformation of the central 12-membered ring. The solid-state structure of CADA was energy minimized and used to generate the remaining 29 structures, which were similarly minimized and aligned to produce the 3D-QSAR models. Both models indicate that steric bulk of the tail group, and, to a lesser extent, the sidearms mainly determine CD4 down-modulation potency in this series of compounds.

DC-SIGN increases the affinity of HIV-1 envelope glycoprotein interaction with CD4

Mannose-binding C-type lectin receptors, expressed on Langerhans cells and subepithelial dendritic cells (DCs) of cervico-vaginal tissues, play an important role in HIV-1 capture and subsequent dissemination to lymph nodes. DC-SIGN has been implicated in both productive infection of DCs and the DC-mediated trans infection of CD4(+) T cells that occurs in the absence of replication. However, the molecular events that underlie this efficient transmission have not been fully defined. In this study, we have examined the effect of the extracellular domains of DC-SIGN and Langerin on the stability of the interaction of the HIV-1 envelope glycoprotein with CD4 and also on replication in permissive cells. Surface plasmon resonance analysis showed that DC-SIGN increases the binding affinity of trimeric gp140 envelope glycoproteins to CD4. In contrast, Langerin had no effect on the stability of the gp140:CD4 complex. In vitro infection experiments to compare DC-SIGN enhancement of CD4-dependent and CD4-independent strains demonstrated significantly lower enhancement of the CD4-independent strain. In addition DC-SIGN increased the relative rate of infection of the CD4-dependent strain but had no effect on the CD4-independent strain. DC-SIGN binding to the HIV envelope protein effectively increases exposure of the CD4 binding site, which in turn contributes to enhancement of infection.

Dendritic cells interact with CD4 T cells in intestinal mucosa

Absence of lymph nodes in nonmammalian species, expression of MHCII by APCs in the periphery, and the recent findings that T cells can change their polarization status after presentation in the lymph nodes imply a role for MHCII-mediated presentation outside the organized lymphoid tissue. This study shows that MHCII+ ECs and DCs from the intestinal mucosa of the pig can present antigen to T cells in vitro. In vivo, APCs colocalize with T cells in pig and mouse intestinal mucosa. In the pig, endothelium is involved in these interactions in neonates but not in adults, indicating different roles for stromal and professional APCs in the neonate compared with the adult. The ratio of expression of DQ and DR MHCII locus products was lower on ECs than on other mucosal APCs, indicating that the two types of cells present different peptide sets. Adult nonendothelial APCs expressed a higher ratio of DQ/DR than in neonates. These results suggest that mucosal DCs can present antigen locally to primed T cells and that stromal APCs are recruited to these interactions in some cases. This raises the possibility that local presentation may influence T cell responses at the effector stage after initial presentation in the lymph node.

Low CD4(+) T-Cell Levels and B-Cell Apoptosis in Vertically HIV-exposed Noninfected Children and Adolescents

Lymphocyte subsets, activation markers and apoptosis were assessed in 20 HIV-exposed noninfected (ENI) children born to HIV-infected women who were or not exposed to antiretroviral (ARV) drugs during pregnancy and early infancy. ENI children and adolescents were aged 6-18 years and they were compared to 25 age-matched healthy non-HIV-exposed children and adolescents (Control). ENI individuals presented lower CD4(+) T cells/mm(3) than Control group (control: 1120.3 vs. ENI: 876.3; t-test, p=0.030). ENI individuals had higher B-cell apoptosis than Control group (Control: 36.6%, ARV exposed: 82.3%, ARV nonexposed: 68.5%; Kruskal-Wallis, p < 0.05), but no statistical difference was noticed between those exposed and not exposed to ARV. Immune activation in CD4(+) T, CD8(+) T and in B cells was comparable in ENI and in Control children and adolescents. Subtle long-term immune alterations might persist among ENI individuals, but the clinical consequences if any are unknown, and these children require continued monitoring.

PAS-1, an Ascaris suum Protein, Modulates Allergic Airway Inflammation via CD8(+) gamma delta TCR(+) and CD4(+) CD25(+) FoxP3(+) T Cells

We have previously demonstrated that PAS-1, a 200 kDa protein from Ascaris suum, has a potent immunomodulatory effect on humoral and cell-mediated responses induced by APAS-3 (an allergenic protein from A. suum) or unrelated antigens. In this study, we investigated the mechanisms by which PAS-1 is able to induce this effect on an allergic airway inflammation induced by OVA in mice. C57BL/6 mice were adoptively transferred on day 0 with seven different PAS-1-primed cell populations: PAS-1-primed CD19(+) or B220(+) or CD3(+) or CD4(+) or CD8(+) or CD4(+) CD25) or CD4(+) CD25(+) lymphocytes. These mice were immunized twice with OVA and alum by intraperitoneal route (days 0 and 7) and challenged twice by intranasal route (days 14 and 21). Two days after the last challenge, the airway inflammation was evaluated by antibody levels, cellular migration, eosinophil peroxidase levels, cytokine and eotaxin production, and pulmonary mechanical parameters. Among the adoptively transferred primed lymphocytes, only CD4(+) CD25(+), CD8(+) or the combination of both T cells impaired the production of total IgE and OVA-specific IgE and IgG1 antibodies, eosinophilic airway inflammation, Th2-type cytokines (IL-4, IL-5 and IL-13), eotaxin release and airway hyperreactivity. Moreover, airway recruited cells from CD4(+) CD25(+) and CD8(+) T-cell recipient secreted more IL-10/TGF-beta and IFN-gamma, respectively. Moreover, we found that PAS-1 expands significantly the number of CD4(+) CD25(+) FoxP3(+) and CD8(+) gamma delta TCR(+) cells. In conclusion, these findings demonstrate that the immunomodulatory effect of PAS-1 is mediated by these T-cell subsets.

Changes in histone acetylation and methylation that are important for persistent but not transient expression of CCR4 in human CD4(+) T cells

Although regulation of CXCR3 and CCR4 is related to Th1 and Th2 differentiation, respectively, many CXCR3(+) and CCR4(+) cells do not express IFN-gamma and/or IL-4, suggesting that the chemokine receptor genes might be inducible by mechanisms that are lineage-independent. We investigated the regulation of CXCR3 versus IFNG, and CCR4 versus IL4 in human CD4(+) T cells by analyzing modifications of histone H3. In naive cord-blood cells, under nonpolarizing conditions not inducing IL4, CCR4 was induced to high levels without many of the activation-associated changes in promoter histone H3 found for both IL4 and CCR4 in Th2 cells. Importantly, CCR4 expression was stable in Th2 cells, but fell in nonpolarized cells after the cells were rested; this decline could be reversed by increasing histone acetylation using sodium butyrate. Patterns of histone H3 modifications in CXCR3(+) CCR4(-) and CXCR3(-) CCR4(+) CD4(+) T-cell subsets from adult blood matched those in cells cultured under polarizing conditions in vitro. Our data show that high-level lineage-independent induction of CCR4 can occur following T-cell activation without accessibility-associated changes in histone H3, but that without such changes expression is transient rather than persistent.

Melatonin Protects CD4(+) T Cells from Activation-Induced Cell Death by Blocking NFAT-Mediated CD95 Ligand Upregulation

Over the past 20 y, the hormone melatonin was found to be produced in extrapineal sites, including cells of the immune system. Despite the increasing data regarding the biological effects of melatonin on the regulation of the immune system, the effect of this molecule on T cell survival remains largely unknown. Activation-induced cell death plays a critical role in the maintenance of the homeostasis of the immune system by eliminating self-reactive or chronically stimulated T cells. Because activated T cells not only synthesize melatonin but also respond to it, we investigated whether melatonin could modulate activation-induced cell death. We found that melatonin protects human and murine CD4(+) T cells from apoptosis by inhibiting CD95 ligand mRNA and protein upregulation in response to TCR/CD3 stimulation. This inhibition is a result of the interference with calmodulin/calcineurin activation of NFAT that prevents the translocation of NFAT to the nucleus. Accordingly, melatonin has no effect on T cells transfected with a constitutively active form of NFAT capable of migrating to the nucleus and transactivating target genes in the absence of calcineurin activity. Our results revealed a novel biochemical pathway that regulates the expression of CD95 ligand and potentially other downstream targets of NFAT activation. The Journal of Immunology, 2010, 184: 3487-3494.

CD4(+) CD25(+) Foxp3(+) Regulatory T Cells, Dendritic Cells, and Circulating Cytokines in Uncomplicated Malaria: Do Different Parasite Species Elicit Similar Host Responses?

Clearing blood-stage malaria parasites without inducing major host pathology requires a finely tuned balance between pro- and anti-inflammatory responses. The interplay between regulatory T (Treg) cells and dendritic cells (DCs) is one of the key determinants of this balance. Although experimental models have revealed various patterns of Treg cell expansion, DC maturation, and cytokine production according to the infecting malaria parasite species, no studies have compared all of these parameters in human infections with Plasmodium falciparum and P. vivax in the same setting of endemicity. Here we show that during uncomplicated acute malaria, both species induced a significant expansion of CD4(+) CD25(+) Foxp3(+) Treg cells expressing the key immunomodulatory molecule CTLA-4 and a significant increase in the proportion of DCs that were plasmacytoid (CD123(+)), with a decrease in the myeloid/plasmacytoid DC ratio. These changes were proportional to parasite loads but correlated neither with the intensity of clinical symptoms nor with circulating cytokine levels. One-third of P. vivax-infected patients, but no P. falciparum-infected subjects, showed impaired maturation of circulating DCs, with low surface expression of CD86. Although vivax malaria patients overall had a less inflammatory cytokine response, with a higher interleukin-10 (IL-10)/tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) ratio, this finding did not translate to milder clinical manifestations than those of falciparum malaria patients. We discuss the potential implications of these findings for species-specific pathogenesis and longlasting protective immunity to malaria.

Reduced frequency of CD4(+)CD25(HIGH)FOXP3(+) cells and diminished FOXP3 expression in patients with Common Variable Immunodeficiency: A link to autoimmunity?

Common Variable Immunodeficiency (CVID) is a primary immunodeficiency disease characterized by defective immunoglobulin production and often associated with autoimmunity. We used flow cytometry to analyze CD4(+)CD25(HIGH)FOXP3(+) T regulatory (Treg) cells and ask whether perturbations in their frequency in peripheral blood could underlie the high incidence of autoimmune disorders in CVID patients. In this study, we report for the first time that CVID patients with autoimmune disease have a significantly reduced frequency of CD4(+)CD25(HIGH)FOXP3(+) cells in their peripheral blood accompanied by a decreased intensity of FOXP3 expression. Notably, although CVID patients in whom autoimmunity was not diagnosed had a reduced frequency of CD4(+)CD25(HIGH)FOXP3(+) cells, FOXP3 expression levels did not differ from those in healthy controls. In conclusion, these data suggest compromised homeostasis of CD4(+)CD25(HIGH)FOXP3(+) cells in a subset of CVID patients with autoimmunity, and may implicate Treg cells in pathological mechanisms of CVID. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Expansion of CD4(+) CD25(+) Foxp3(+) T cells by bone marrow-derived dendritic cells

Dendritic cells (DCs) are the most important antigen-presenting cells of the immune system and have a crucial role in T-lymphocyte activation and adaptive immunity initiation. However, DCs have also been implicated in maintaining immunological tolerance. In this study, we evaluated changes in the CD4(+) CD25(+) Foxp3(+) T-cell population after co-culture of lymph node cells from BALB/c mice with syngeneic bone marrow-derived DCs. Our results showed an increase in CD4(+) CD25(+) Foxp3(+) T cells after co-culture which occurred regardless of the activation state of DCs and the presence of allogeneic apoptotic cells; however, it was greater when DCs were immature and were pulsed with the alloantigen. Interestingly, syngeneic apoptotic thymocytes were not as efficient as allogeneic apoptotic cells in expanding the CD4(+) CD25(+) Foxp3(+) T-cell population. In all experimental settings, DCs produced high amounts of transforming growth factor (TGF)-beta. The presence of allogeneic apoptotic cells induced interleukin (IL)-2 production in immature and mature DC cultures. This cytokine was also detected in the supernatants under all experimental conditions and enhanced when immature DCs were pulsed with the alloantigen. CD4(+) CD25(+) Foxp3(+) T-cell expansion during co-culture of lymph node cells with DCs strongly suggested that the presence of alloantigen enhanced the number of regulatory T cells (Tregs) in vitro. Our data also suggest a role for both TGF-beta and IL-2 in the augmentation of the CD4(+) CD25(+) Foxp3(+) population.