Mycobacterium tuberculosis Culture Filtrate Proteins plus CpG Oligodeoxynucleotides Confer Protection to Mycobacterium bovis BCG-Primed Mice by Inhibiting Interleukin-4 Secretion

Culture filtrate proteins (CFP) are potential targets for tuberculosis vaccine development. We previously showed that despite the high level of gamma interferon (IFN-gamma) production elicited by homologous immunization with CFP plus CpG oligodeoxynucleotides (CFP/CpG), we did not observe protection when these mice were challenged with Mycobacterium tuberculosis. In order to use the IFN-gamma-inducing ability of CFP antigens, in this study we evaluated a prime-boost heterologous immunization based on CFP/CpG to boost Mycobacterium bovis BCG vaccination in order to find an immunization schedule that could induce protection. Heterologous BCG-CFP/CpG immunization provided significant protection against experimental tuberculosis, and this protection was sustained during the late phase of infection and was even better than that conferred by a single BCG immunization. The protection was associated with high levels of antigen-specific IFN-gamma and interleukin-17 (IL-17) and low IL-4 production. The deleterious role of IL-4 was confirmed when IL-4 knockout mice vaccinated with CFP/CpG showed consistent protection similar to that elicited by BCG-CFP/CpG heterologous immunization. These findings show that a single dose of CFP/CpG can represent a new strategy to boost the protection conferred by BCG vaccination. Moreover, different immunological parameters, such as IFN-gamma and IL-17 and tightly regulated IL-4 secretion, seem to contribute to the efficacy of this tuberculosis vaccine.

HARNESSING iNKT CELLS WITH RECOMBINANT CD1d FUSION PROTEINS TO REDIRECT INNATE AND ADAPTIVE IMMUNITY TO THE TUMOR

Les thérapies du cancer, comme la radiothérapie et la chimiothérapie, sont couramment utilisées mais ont de nombreux effets secondaires. Ces thérapies invasives pour le patient nécessitent d'être améliorées et de nombreuses avancées ont été faites afin d'adapter et de personnaliser le traitement du cancer. L'immunothérapie a pour but de renforcer le système immunitaire du patient et de le rediriger de manière spécifique contre la tumeur. Dans notre projet, nous activons les lymphocytes Invariant Natural Killer T (iNKT) afin de mettre en place une immunothérapie innovatrice contre le cancer. Les cellules iNKT sont une unique sous-population de lymphocytes T qui ont la particularité de réunir les propriétés de l'immunité innée ainsi qu'adaptative. En effet, les cellules iNKT expriment à leur surface des molécules présentes aussi sur les cellules tueuses NK, caractéristique de l'immunité innée, ainsi qu'un récepteur de cellules T (TCR) qui représente l'immunité adaptative. Les cellules iNKT reconnaissent avec leur TCR des antigènes présentés par la molécule CD1d. Les antigènes sont des protéines, des polysaccharides ou des lipides reconnus par les cellules du système immunitaire ou les anticorps pour engendrer une réponse immunitaire. Dans le cas des cellules iNKT, l'alpha-galactosylceramide (αGC) est un antigène lipidique fréquemment utilisé dans les études cliniques comme puissant activateur. Après l'activation des cellules iNKT avec l'αGC, celles-ci produisent abondamment et rapidement des cytokines. Ces cytokines sont des molécules agissant comme des signaux activateurs d'autres cellules du système immunitaire telles que les cellules NK et les lymphocytes T. Cependant, les cellules iNKT deviennent anergiques après un seul traitement avec l'αGC c'est à dire qu'elles ne peuvent plus être réactivées, ce qui limite leur utilisation dans l'immunothérapie du cancer. Dans notre groupe, Stirnemann et al ont publié une molécule recombinante innovante, composée de la molécule CD1d soluble et chargée avec le ligand αGC (αGC/sCD1d). Cette protéine est capable d'activer les cellules iNKT tout en évitant l'anergie. Dans le système immunitaire, les anticorps sont indispensables pour combattre une infection bactérienne ou virale. En effet, les anticorps ont la capacité de reconnaître et lier spécifiquement un antigène et permettent l'élimination de la cellule qui exprime cet antigène. Dans le domaine de l'immunothérapie, les anticorps sont utilisés afin de cibler des antigènes présentés seulement par la tumeur. Ce procédé permet de réduire efficacement les effets secondaires lors du traitement du cancer. Nous avons donc fusionné la protéine recombinante αGC/CD1d à un fragment d'anticorps qui reconnaît un antigène spécifique des cellules tumorales. Dans une étude préclinique, nous avons démontré que la protéine αGC/sCD1d avec un fragment d'anticorps dirigé contre la tumeur engendre une meilleure activation des cellules iNKT et entraîne un effet anti-tumeur prolongé. Cet effet anti-tumeur est augmenté comparé à une protéine αGC/CD1d qui ne cible pas la tumeur. Nous avons aussi montré que l'activation des cellules iNKT avec la protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur améliore l'effet anti- tumoral d'un vaccin pour le cancer. Lors d'expériences in vitro, la protéine αGC/sCD1d-anti- tumeur permet aussi d'activer les cellules humaines iNKT et ainsi tuer spécifiquement les cellules tumorales humaines. La protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur représente une alternative thérapeutique prometteuse dans l'immunothérapie du cancer. - Les cellules Invariant Natural Killer T (iNKT), dont les effets anti-tumoraux ont été démontrés, sont de puissants activateurs des cellules Natural Killer (NK), des cellules dendritiques (DC) et des lymphocytes T. Cependant, une seule injection du ligand de haute affinité alpha-galactosylceramide (αGC) n'induit une forte activation des cellules iNKT que durant une courte période. Celle-ci est alors suivie d'une longue phase d'anergie, limitant ainsi leur utilisation pour la thérapie. Comme alternative prometteuse, nous avons montré que des injections répétées d'αGC chargé sur une protéine recombinante de CD1d soluble (αGC/sCD1d) chez la souris entraînent une activation prolongée des cellules iNKT, associée à une production continue de cytokine. De plus, le maintien de la réactivité des cellules iNKT permet de prolonger l'activité anti-tumorale lorsque la protéine αGC/sCD1d est fusionnée à un fragment d'anticorps (scFv) dirigé contre la tumeur. L'inhibition de la croissance tumorale n'est optimale que lorsque les souris sont traitées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv ciblant la tumeur, la protéine αGC/sCD1d-scFv non-appropriée étant moins efficace. Dans le système humain, les protéines recombinantes αGC/sCD1d-anti-HER2 et anti-CEA sont capables d'activer et de faire proliférer des cellules iNKT à partir de PBMCs issues de donneurs sains. De plus, la protéine αGC/sCD1d-scFv a la capacité d'activer directement des clones iNKT humains en l'absence de cellules présentatrices d'antigènes (CPA), contrairement au ligand αGC libre. Mais surtout, la lyse des cellules tumorales par les iNKT humaines n'est obtenue que lorsqu'elles sont incubées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv anti- tumeur. En outre, la redirection de la cytotoxicité des cellules iNKT vers la tumeur est supérieure à celle obtenue avec une stimulation par des CPA chargées avec l'αGC. Afin d'augmenter les effets anti-tumoraux, nous avons exploité la capacité des cellules iNKT à activer l'immunité adaptive. Pour ce faire, nous avons combiné l'immunothérapie NKT/CD1d avec un vaccin anti-tumoral composé d'un peptide OVA. Des effets synergiques ont été obtenus lorsque les traitements avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 étaient associés avec le CpG ODN comme adjuvant pour la vaccination avec le peptide OVA. Ces effets ont été observés à travers l'activation de nombreux lymphocytes T CD8+ spécifique de la tumeur, ainsi que par la forte expansion des cellules NK. Les réponses, innée et adaptive, élevées après le traitement avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 combinée au vaccin OVA/CpG ODN étaient associées à un fort ralentissement de la croissance des tumeurs B16- OVA-HER2. Cet effet anti-tumoral corrèle avec l'enrichissement des lymphocytes T CD8+ spécifiques observé à la tumeur. Afin d'étendre l'application des protéines αGC/sCD1d et d'améliorer leur efficacité, nous avons développé des fusions CD1d alternatives. Premièrement, une protéine αGC/sCD1d dimérique, qui permet d'augmenter l'avidité de la molécule CD1d pour les cellules iNKT. Dans un deuxième temps, nous avons fusionné la protéine αGC/sCD1d avec un scFv dirigé contre le récepteur 3 du facteur de croissance pour l'endothélium vasculaire (VEGFR-3), afin de cibler l'environnement de la tumeur. Dans l'ensemble, ces résultats démontrent que la thérapie médiée par la protéine recombinante αGC/sCD1d-scFv est une approche prometteuse pour rediriger l'immunité innée et adaptive vers le site tumoral. - Invariant Natural Killer T cells (iNKT) are potent activators of Natural Killer (NK), dendritic cells (DC) and T lymphocytes, and their anti-tumor activities have been well demonstrated. However, a single injection of the high affinity CD1d ligand alpha-galactosylceramide (αGC) leads to a strong but short-lived iNKT cell activation followed by a phase of long-term anergy, limiting the therapeutic use of this ligand. As a promising alternative, we have demonstrated that when αGC is loaded on recombinant soluble CD1d molecules (αGC/sCD1d), repeated injections in mice led to the sustained iNKT cell activation associated with continued cytokine secretion. Importantly, the retained reactivity of iNKT cell led to prolonged antitumor activity when the αGC/sCD1d was fused to an anti-tumor scFv fragments. Optimal inhibition of tumor growth was obtained only when mice were treated with the tumor-targeted αGC/CD1d-scFv fusion, whereas the irrelevant αGC/CD1d-scFv fusion was less efficient. When tested in a human system, the recombinant αGC/sCD1d-anti-HER2 and -anti-CEA fusion proteins were able to expand iNKT cells from PBMCs of healthy donors. Furthermore, the αGC/sCD1d-scFv fusion had the capacity to directly activate human iNKT cells clones without the presence of antigen-presenting cells (APCs), in contrast to the free αGC ligand. Most importantly, tumor cell killing by human iNKT cells was obtained only when co- incubated with the tumor targeted sCD1d-antitumor scFv, and their direct tumor cytotoxicity was superior to the bystander killing obtained with αGC-loaded APCs stimulation. To further enhance the anti-tumor effects, we exploited the ability of iNKT cells to transactivate the adaptive immunity, by combining the NKT/CD1d immunotherapy with a peptide cancer vaccine. Interestingly, synergistic effects were obtained when the αGC/sCD1d- anti-HER2 fusion treatment was combined with CpG ODN as adjuvant for the OVA peptide vaccine, as seen by higher numbers of activated antigen-specific CD8 T cells and NK cells, as compared to each regimen alone. The increased innate and adaptive immune responses upon combined tumor targeted sCD1d-scFv treatment and OVA/CpG vaccine were associated with a strong delay in B16-OVA-HER2 melanoma tumor growth, which correlated with an enrichment of antigen-specific CD8 cells at the tumor site. In order to extend the application of the CD1d fusion, we designed alternative CD1d fusion proteins. First, a dimeric αGC/sCD1d-Fc fusion, which permits to augment the avidity of the CD1d for iNKT cells and second, an αGC/sCD1d fused to an anti vascular endothelial growth factor receptor-3 (VEGFR-3) scFv, in order to target tumor stroma environment. Altogether, these results demonstrate that the iNKT-mediated immunotherapy via recombinant αGC/sCD1d-scFv fusion is a promising approach to redirect the innate and adaptive antitumor immune response to the tumor site.

Interactions between learning and immunity in Drosophila melanogaster

Learning and immunity are two adaptive traits with roles in central aspects of an organism's life: learning allows adjusting behaviours in changing environments, while immunity protects the body integrity against parasites and pathogens. While we know a lot about how these two traits interact in vertebrates, the interactions between learning and immunity remain poorly explored in insects. During my PhD, I studied three possible ways in which these two traits interact in the model system Drosophila melanogaster, a model organism in the study of learning and in the study of immunity. Learning can affect the behavioural defences against parasites and pathogens through the acquisition of new aversions for contaminated food for instance. This type of learning relies on the ability to associate a food-related cue with the visceral sickness following ingestion of contaminated food. Despite its potential implication in infection prevention, the existence of pathogen avoidance learning has been rarely explored in invertebrates. In a first part of my PhD, I tested whether D. melanogaster, which feed on food enriched in microorganisms, innately avoid the orally-acquired 'novel' virulent pathogen Pseudomonas entomophila, and whether it can learn to avoid it. Although flies did not innately avoid this pathogen, they decreased their preference for contaminated food over time, suggesting the existence of a form of learning based likely on infection-induced sickness. I further found that flies may be able to learn to avoid an odorant which was previously associated with the pathogen, but this requires confirmation with additional data. If this is confirmed, this would be the first time, to my knowledge, that pathogen avoidance learning is reported in an insect. The detrimental effect of infection on cognition and more specifically on learning ability is well documented in vertebrates and in social insects. While the underlying mechanisms are described in detail in vertebrates, experimental investigations are lacking in invertebrates. In a second part of my PhD, I tested the effect of an oral infection with natural pathogens on associative learning of D. melanogaster. By contrast with previous studies in insects, I found that flies orally infected with the virulent P. entomophila learned better the association of an odorant with mechanical shock than uninfected flies. The effect seems to be specific to a gut infection, and so far I have not been able to draw conclusions on the respective contributions of the pathogen's virulence and of the flies' immune activity in this effect. Interestingly, infected flies may display an increased sensitivity to physical pain. If the learning improvement observed in infected flies was due partially to the activity of the immune system, my results would suggest the existence of physiological connections between the immune system and the nervous system. The basis of these connections would then need to be addressed. Learning and immunity are linked at the physiological level in social insects. Physiological links between traits often result from the expression of genetic links between these traits. However, in social insects, there is no evidence that learning and immunity may be involved in an evolutionary trade-off. I previously reported a positive effect of infection on learning in D. melanogaster. This might suggest that a positive genetic link could exist between learning and immunity. We tested this hypothesis with two approaches: the diallel cross design with inbred lines, and the isofemale lines design. The two approaches provided consistent results: we found no additive genetic correlation between learning and resistance to infection with the diallel cross, and no genetic correlation in flies which are not yet adapted to laboratory conditions in isofemale lines. Consistently with the literature, the two studies suggested that the positive effect of infection on learning I observed might not be reflected by a positive evolutionary link between learning and immunity. Nevertheless, the existence of complex genetic relationships between the two traits cannot be excluded. - L'apprentissage et l'immunité sont deux caractères à valeur adaptative impliqués dans des aspects centraux de la vie d'un organisme : l'apprentissage permet d'ajuster les comportements pour faire face aux changements de l'environnement, tandis que l'immunité protège l'intégrité corporelle contre les attaques des parasites et des pathogènes. Alors que les interactions entre l'apprentissage et l'immunité sont bien documentées chez les vertébrés, ces interactions ont été très peu étudiées chez les insectes. Pendant ma thèse, je me suis intéressée à trois aspects des interactions possibles entre l'apprentissage et l'immunité chez la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster, qui est un organisme modèle dans l'étude à la fois de l'apprentissage et de l'immunité. L'apprentissage peut affecter les défenses comportementales contre les parasites et les pathogènes par l'acquisition de nouvelles aversions pour la nourriture contaminée par exemple. Ce type d'apprentissage repose sur la capacité à associer une caractéristique de la nourriture avec la maladie qui suit l'ingestion de cette nourriture. Malgré les implications potentielles pour la prévention des infections, l'évitement appris des pathogènes a été rarement étudié chez les invertébrés. Dans une première partie de ma thèse, j'ai testé si les mouches, qui se nourrissent sur des milieux enrichis en micro-organismes, évitent de façon innée un 'nouveau' pathogène virulent Pseudomonas entomophila, et si elles ont la capacité d'apprendre à l'éviter. Bien que les mouches ne montrent pas d'évitement inné pour ce pathogène, elles diminuent leur préférence pour de la nourriture contaminée dans le temps, suggérant l'existence d'une forme d'apprentissage basée vraisemblablement sur la maladie générée par l'infection. J'ai ensuite observé que les mouches semblent être capables d'apprendre à éviter une odeur qui était au préalable associée avec ce pathogène, mais cela reste à confirmer par la collecte de données supplémentaires. Si cette observation est confirmée, cela sera la première fois, à ma connaissance, que l'évitement appris des pathogènes est décrit chez un insecte. L'effet détrimental des infections sur la cognition et plus particulièrement sur les capacités d'apprentissage est bien documenté chez les vertébrés et les insectes sociaux. Alors que les mécanismes sous-jacents sont détaillés chez les vertébrés, des études expérimentales font défaut chez les insectes. Dans une seconde partie de ma thèse, j'ai mesuré les effets d'une infection orale par des pathogènes naturels sur les capacités d'apprentissage associatif de la drosophile. Contrairement aux études précédentes chez les insectes, j'ai trouvé que les mouches infectées par le pathogène virulent P. entomophila apprennent mieux à associer une odeur avec des chocs mécaniques que des mouches non infectées. Cet effet semble spécifique à l'infection orale, et jusqu'à présent je n'ai pas pu conclure sur les contributions respectives de la virulence du pathogène et de l'activité immunitaire des mouches dans cet effet. De façon intéressante, les mouches infectées pourraient montrer une plus grande réactivité à la douleur physique. Si l'amélioration de l'apprentissage observée chez les mouches infectées était due en partie à l'activité du système immunitaire, mes résultats suggéreraient l'existence de connections physiologiques entre le système immunitaire et le système nerveux. Les mécanismes de ces connections seraient à explorer. L'apprentissage et l'immunité sont liés sur un plan physiologique chez les insectes sociaux. Les liens physiologiques entre les caractères résultent souvent de l'expression de liens entre ces caractères au niveau génétique. Cependant, chez les insectes sociaux, il n'y a pas de preuve que l'apprentissage et l'immunité soient liés par un compromis évolutif. J'ai précédemment rapporté un effet positif de l'infection sur l'apprentissage chez la drosophile. Cela pourrait suggérer qu'une relation génétique positive existerait entre l'apprentissage et l'immunité. Nous avons testé cette hypothèse par deux approches : le croisement diallèle avec des lignées consanguines, et les lignées isofemelles. Les deux approches ont fournies des résultats similaires : nous n'avons pas détecté de corrélation génétique additive entre l'apprentissage et la résistance à l'infection avec le croisement diallèle, et pas de corrélation génétique chez des mouches non adaptées aux conditions de laboratoire avec les lignées isofemelles. En ligne avec la littérature, ces deux études suggèrent que l'effet positif de l'infection sur l'apprentissage que j'ai précédemment observé ne refléterait pas un lien évolutif positif entre l'apprentissage et l'immunité. Néanmoins, l'existence de relations génétiques complexes n'est pas exclue.

New genetic models and mesenchymal cells as tools to ameliorate anti-tumor immunity

Résumé Le but final de ce projet est d'utiliser des cellules T ou des cellules souches mésenchymateuses modifiées génétiquement afin de surexprimer localement les deux chémokines CXCL13 et CCL2 ensemble ou chacune séparément à l'intérieur d'une tumeur solide. CXCL13 est supposé induire des structures lymphoïdes ectopiques. Un niveau élevé de CCL2 est présumé initier une inflammation aiguë. La combinaison des deux effets amène à un nouveau modèle d'étude des mécanismes régulateur de la tolérance périphérique et de l'immunité tumorale. Les connaissances acquises grâce à ce modèle pourraient permettre le développement ou l'amélioration des thérapies immunes du cancer. Le but premier de ce travail a été l'établissement d'un modèle génétique de la souris permettant d'exprimer spécifiquement dans la tumeur les deux chémokines d'intérêt à des niveaux élevés. Pour accomplir cette tâche, qui est en fait une thérapie génétique de tumeurs solides, deux types de cellules porteuses potentielles ont été évaluées. Des cellules CD8+ T et des cellules mésenchymateuses de la moelle osseuse transférées dans des receveurs portant une tumeur. Si on pouvait répondre aux besoins de la thérapie génétique, indépendamment de la thérapie immune envisagée, on posséderait là un outil précieux pour bien d'autres approches thérapeutiques. Plusieurs lignées de souris transgéniques ont été générées comme source de cellules CD8+ T modifiées afin d'exprimer les chémokines d'intérêt. Dans une approche doublement transgénique les propriétés de deux promoteurs spécifiques de cellules T ont été combinées en utilisant la technologie Cre-loxP. Le promoteur de granzyme B confère une dépendance d'activation et le promoteur distal de lck assure une forte expression constitutive dès que les cellules CD8+ T ont été activées. Les transgènes construits ont montré une bonne performance in vivo et des souris qui expriment CCL2 dans des cellules CD8+ T activées ont été obtenues. Ces cellules peuvent maintenant être utilisées avec différents protocoles pour transférer des cellules T cytotoxiques (CTL) dans des receveurs porteur d'une tumeur, permettant ainsi d'évaluer leur capacité en tant que porteuse de chémokine d'infiltrer la tumeur. L'établissement de souris transgéniques, qui expriment pareillement CXCL13 est prévu dans un avenir proche. L'évaluation de cellules mésenchymateuses de la moelle osseuse a démontré que ces cellules se greffent efficacement dans le stroma tumoral suite à la co-injection avec des cellules tumorales. Cela représente un outil précieux pour la recherche, vu qu'il permet d'introduire des cellules manipulées dans un modèle tumoral. Les résultats confirment partiellement d'autres résultats rapportés dans un modèle amélioré. Cependant, l'efficacité et la spécificité suggérées de la migration systémique de cellules mésenchymateuses de la moelle osseuse dans une tumeur n'ont pas été observées dans notre modèle, ce qui indique, que ces cellules ne se prêtent pas à une utilisation thérapeutique. Un autre résultat majeur de ce travail est l'établissement de cultures de cellules mésenchymateuses de la moelle osseuse in vitro conditionnées par des tumeurs, ce qui a permis à ces cellules de s'étendre plus rapidement en gardant leur capacité de migration et de greffe. Cela offre un autre outil précieux, vu que la culture in vitro est un pas nécessaire pour une manipulation thérapeutique. Abstract The ultimate aim of the presented project is to use genetically modified T cells or mesenchymal stem cells to locally overexpress the two chemokines CXCL13 and CCL2 together or each one alone inside a solid tumor. CXCL13 is supposed to induce ectopic lymphoid structures and a high level of CCL2 is intended to trigger acute inflamation. The combination of these two effects represents a new model for studying mechanisms that regulate peripheral tolerance and tumor immunity. Gained insights may help developing or improving immunotherapy of cancer. The primary goal of the executed work was the establishment of a genetic mouse model that allows tumor-specific expression of high levels of the two chemokines of interest. For accomplishing this task, which represents gene therapy of solid tumors, two types of potentially useful carrier cells were evaluated. CD8+ T cells and mesenchymal bone marrow cells to be used in adoptive cell transfers into tumor-bearing mice. Irrespectively of the envisaged immunotherapy, satisfaction of so far unmet needs of gene therapy would be a highly valuable tool that may be employed by many other therapeutic approaches, too. Several transgenic mouse lines were generated as a source of CD8+ T cells modified to express the chemokines of interest. In a double transgenic approach the properties of two T cell-specific promoters were combined using Cre-loxP technology. The granzyme B promoter confers activation-dependency and the lck distal promoter assures strong constitutive expression once the CD8+ T cell has been activated. The constructed transgenes showed a good performance in vivo and mice expressing CCL2 in activated CD8+ T cells were obtained. These cells can now be used with different protocols for adoptively transferring cytotoxic T cells (CTL) into tumor-bearing recipients, thus allowing to study their capacity as tumor-infiltrating chemokine carrier. The establishment of transgenic mice likewisely expressing CXCL13 is expected in the near future. In addition, T cells from generated single transgenic mice that have high expression of an EGFP reporter in both CD4+ and CD8+ cells can be easily traced in vivo when setting up adoptive transfer conditions. The evaluation of mesenchymal bone marrow cells demonstrated that these cells can efficiently engraft into tumor stroma upon local coinjection with tumor cells. This represents a valuable tool for research purposes as it allows to introduce manipulated stromal cells into a tumor model. Therefore, the established engraftment model is suited for studying the envisaged immunotherapy. These results confirm to some extend previously reported results in an improved model, however, the suggested systemic tumor homing efficiency and specificity of mesenchymal bone marrow cells was not observed in our model indicating that these cells may not be suited for therapeutic use. Another major result of the presented work is the establishment oftumor-conditioned in vitro culture of mesenchymal bone marrow cells, which allowed to more rapidly expand these cells while maintaining their tumor homing and engrafting capacities. This offers another valuable tool as in vitro culture is a necessary step for therapeutic manipulations.

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.

Role of hepatitis C virus genotype 3 in liver fibrosis progression : a systematic review and meta-analysis ; et, Impact of nurse vaccination program on hepatitis B immunity in a Swiss HIV clinic

Rôle du génotype 3 du virus de l'hépatite C dans la progression de la fibrose hépatique, une revue systématique avec méta-analyse. On estime à 170 millions le nombre de personnes atteintes d'hépatite C chronique dans le monde. La principale conséquence de cette maladie est la fibrose du foie, qui évolue plus ou moins rapidement, pour aboutir au développement d'une cirrhose et/ou d'un hépatocarcinome. Certains des facteurs accélérateurs de la fibrose, comme l'âge avancé au moment de l'infection, le sexe masculin, la consommation d'alcool, sont bien connus. On a longtemps considéré que les six différents génotypes viraux n'influençaient pas la progression de la fibrose. Des études récentes ont cependant suggéré que certains génotypes, en particulier ie génotype 3, pouvaient entraîner une fibrose plus rapide. Le but de ce travail de thèse était de déterminer à l'aide d'une méta-analyse le rôle du génotype viral dans la progression de la fibrose dans l'infection chronique au virus de l'hépatite C. Les études ont été sélectionnées dans la littérature médicale à partir d'une série de mots-clés. Le degré de fibrose a été estimé par biopsie, en utilisant le score Metavir. Deux types d'études ont décrits de manière différente la durée d'infection. Les premières ont calculé la progression de la fibrose depuis le moment estimée de l'infection (« études avec une biopsie »), les secondes ont exprimés cette durée comme étant l'intervalle entre deux biopsies (« études avec deux biopsies »). L'analyse a permis d'identifier 8 études avec une biopsie pour un collectif total de 3182 patients ainsi que 8 études avec deux biopsies pour un collectif de 896 patients. Dans une méta-analyse de type « random effect », le rapport de cote pour l'association du génotype 3 avec une fibrose accélérée est de 1.52 (95% IC 1.12-2.07, p=0.007) pour les études à une biopsie. Pour les études à deux biopsies, le rapport de cote pour cette association est de 1.37 (95% IC 0.87-2.17, P=0.17). Cette étude montre que les patients avec une hépatite C chronique due au génotype 3 ont une progression de fibrose plus rapide que ceux qui sont infectés par les autres génotypes. Alors que la méta-analyse des études avec une biopsie est clairement significative, celle des études avec deux biopsies est au-dessous du seuil de significativité. Les études à deux biopsies peuvent être limitées par plusieurs facteurs, comprenant un « biais d'indication » (seuls les patients évoluant rapidement vers la cirrhose ont plus de risque d'avoir une deuxième biopsie), une durée d'observation très courte (5 années comparée à 13 années pour les études à 2 biopsies), et un nombre de patient limité (896 pour le études à 2 biopsies comparé à 3182 pour les études à 1 biopsie). Impact d'un programme de vaccination sur l'immunité contre l'hépatite Β dans une clinique suisse du VIH Le virus de l'hépatite Β cause une infection aigûe dont la symptomatologie varie d'une présentation subclinique à une progression fulminante. Dans une minorité de cas, l'infection aigiie est suivie d'une infection chronique pouvant évoluer vers une cirrhose hépatique et/ou un hépatocarcinome. La prévalence de l'hépatite Β aiguë et chronique chez les personnes vivant avec le virus d'immunodéficience humaine (VIH) est supérieure à celle de la population générale. Par ailleurs la co-infection avec le virus du VIH entraine une progression plus rapide de l'hépatite B. Dès lors, l'immunité pour le virus de l'hépatite Β représente un facteur primordial de prévention dans la population infectée par le virus de l'HIV. Bien que l'administration d'un vaccin contre l'hépatite Β soit particulièrement recommandée chez tous les individus infectés par le VIH, la couverture vaccinale dans cette population est souvent insuffisante. Le but de cette étude était de déterminer l'état d'immunisation contre le virus de l'hépatite Β dans la population infectée par le VIH de la cohorte Suisse HIV et d'analyser l'efficacité d'un programme de vaccination administré par le personnel soignant. L'immunité avant et après intervention dans notre centre a été comparée aux autres centres de la cohorte HIV en Suisse. L'immunité pour le centre d'intervention a passé de 32% avant intervention à 76% après intervention alors que pour les autres centres, l'immunité n'a progressé que de 33% à 39% dans le même laps de temps (n=2712, P=0.001). Cette étude montre qu'un contrôle systématique de l'immunité par du personnel soignant augmente de manière significative l'immunité pour le vaccin de l'hépatite Β dans la population HIV.

Influence of PTPN2 and pre-existing immunity on the generation of effector and memory CD8 T cells

Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection envers les maladies infectieuses. Au cours d'une réponse à une infection primaire, des cellules B et des cellules T spécifiques, dirigées contre le pathogène en question, sont générées et certaines d'entre elles deviennent des cellules dites mémoires. Leur fonction est de nous protéger contre une nouvelle infection avec le même pathogène, une infection secondaire. Dans certaines situations, comme c'est par exemple le cas avec la grippe, les pathogènes ne sont pas toujours complètement identiques et les cellules mémoires ne sont pas à même d'assurer leur rôle protecteur et d'empêcher une réinfection. Pourtant, on ne sait à l'heure actuelle que très peu comment une immunité acquise, mais non protectrice, influence le développement d'une réponse immunitaire ultérieure. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié comment les cellules T mémoires cytotoxiques altèrent la réponse de cellules T cytotoxiques nouvellement induites. Au cours d'une réaction immunitaire dirigée contre une infection primaire, un vaste répertoire de lymphocytes T est créé, constitué de cellules T possédant divers degrés d'affinité pour le pathogène. Lors d'une infection secondaire, seules les cellules T ayant une forte affinité pour le pathogène participent à la réponse. Nous avons pu démontrer que ce phénomène de restriction du répertoire des cellules T est principalement causé par les cellules T mémoires qui sont à même de reconnaître un antigène pathogénique présent dans les deux infections. Dans un deuxième projet, nous avons étudié comment l'absence de PTPN2 influence la réponse des cellules T. Chez l'homme, une mutation dans le gène de PTPN2 est associée à des maladies auto-immunes et résulte en une activité réduite de cette phosphatase dans les lymphocytes T. Nous avons montré que la baisse d'activité de la phosphatase PTNP2 conduit à une meilleure expansion des cellules T ayant une qualité comparable à des cellules T auto-antigène spécifiques. De plus, nous avons observé que la survie de ces cellules T effectues ayant une phosphatase diminuée est nettement améliorée. Cela peut conduire à une réponse immunitaire plus efficace ou, éventuellement, à une pathologie auto-immune plus grave. En outre, nos résultats montrent qu'en manipulant l'activité de cette phosphatase, il est possible d'augmenter l'efficacité du transfert des cellules T dans un hôte receveur. Un tel transfert de cellules T est pratiqué chez des patients atteints de tumeurs. Nos travaux suggèrent que la manipulation de la phosphatase PTPN2 pourrait donc représenter une approche thérapeutique novatrice et prometteuse. -- Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection contre les maladies. Les cellules T CD8+ ont une importance primordiale pour le contrôle d'infections primaires causées par des virus ou bactéries, mais également contre certaines tumeurs. Par conséquent, mieux comprendre les exigences nécessaires à l'induction de bonnes réponses des cellules T CD8 pourrait nous permettre de construire des vaccins contre les pathogènes contre lesquels nous n'avons pour l'instant pas de vaccins mais aussi d'améliorer les réactions immunitaires dirigées anti-tumorales. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence qu'une immunité préexistante a sur la réponse des cellules T CD8. Nous sommes souvent exposés à des pathogènes qui sont similaires mais pas identiques à ceux que nous avons rencontrés auparavant. De telles infections hétérologues ne sont pas l'objet de beaucoup d'études et certains exemples indiquent même qu'une immunité préexistante partielle peut mener à une aggravation de la maladie. Nous avons étudié le répertoire des lymphocytes T CD8 qui sont générés lors d'une rencontre avec un nouvel antigène, et ce en comparant infection primaire et secondaire. En utilisant le modèle expérimental d'infections à Listeria monocytogenes, nous avons pu montrer que lors d'une infection primaire, un répertoire diversifié comprenant des cellules T CD8 de forte et faible affinité est constitué. Au contraire, dans le cas d'une infection secondaire, le répertoire des cellules T est fortement limité et seulement les lymphocytes T de forte affinité sont impliqués dans la réponse immunitaire. Nous avons pu démontrer que ces Rangements sont provoqués par des cellules T CD8 mémoires capables de reconnaître un antigène présent dans les deux infections. Cette augmentation du seuil d'activation des cellules effectrices est majoritairement causée par les lymphocytes T CD8 mémoires non transférables. Ces observations indiquent que les vaccins visant à induire des cellules T anti-tumorales de faible affinité seraient inefficaces si le vaccin contient des épitopes contre lesquels il existe une mémoire immunologique. Les réponses immunitaires conduites par les cellules T contre les antigènes tumoraux dépendent des cellules T CD8 de faible réactivité contre les antigènes tumoraux puisque les cellules à forte réactivité sont éliminées par les mécanismes de tolérance. Nous basant sur l'existence dans la littérature de preuves indiquant que PTPN2 influence la réponse des cellules T de faible affinité, nous nous sommes intéressés à comprendre comment PTPN2 impacte les réponses des cellules T CD8 en général. Nous avons remarqué que des cellules T CD8 déficientes en PTPN2 exhibent une meilleure capacité à proliférer suite à une faible ou courte stimulation du récepteur des lymphocytes T. La phase effectrice est prolongée et la contraction retardée résultant ainsi à globalement plus de cellules effectrices. Ce phénomène est également accompagné d'une meilleure survie des cellules effectrices de différentiation terminale. Une fois transférées dans un nouvel hôte receveur, les cellules effectrices terminales KLRG1+CD127- déficientes en phosphatase PTPN2 peuvent survivre et se transformer en cellules mémoires CD127+ fonctionnelles. De façon inattendue, nous avons découvert que l'élimination de PTPN2 améliore l'efficacité du transfert et la formation des cellules mémoires ainsi que leur capacité protectrice. Manipuler l'activité de cette phosphatase apparaît donc comme une approche intéressante et prometteuse pour la thérapie cellulaire par transfert adoptif de lymphocytes T. Nos observations montrent que la manipulation d'un facteur intrinsèque, l'absence de PTPN2, peut, dans certaines circonstances, améliorer la réponse des cellules T. Une meilleure connaissance des mécanismes contrôlant la réponse des lymphocytes T CD8 pourrait donc permettre la manipulation de ces derniers et conduire à des réponses immunitaires plus vigoureuses. Si ces réponses sont déclenchées par l'utilisation de vaccins, il est nécessaire de considérer l'historique d'une exposition préalable à des agents pathogènes ou à des vaccins puisque celle-ci peut, comme nous l'avons démontré, influencer le répertoire des cellules T recrutées dans la réponse immunitaire et, par conséquent, modifier l'aptitude de notre système immunitaire à faire face à une infection. -- Our immune system plays an important role in the protection from disease. CD8 T cells are critical for the control of primary infections with most viruses and certain bacteria as well as against some tumors. Therefore, better knowledge of CD8 T cell responses might enable us to generate vaccines against pathogens for which currently no vaccines are available or to improve anti-tumor immune responses. In the first part of this thesis we addressed the issue how previously acquired immunity impacts on the response of CD8 T cells. We are often exposed to pathogens that are related but not identical to the previously encountered ones. Such heterologous infections are not well studied and there are some indications that partial pre-existing immunity may in some cases even lead to an enhancement of disease. We specifically studied the T cell repertoire of CD8 T cells that are responding to a newly encountered antigen in secondary compared to primary infections. Using the experimental model of Listeria monocytogenes infections, we showed that in primary infections a wide repertoire including high and low affinity CD8 T cells is recruited into the immune response. In contrast to this, in secondary infections, the T cell repertoire is severely restricted and only T cells of high affinity are responding. We were able to pinpoint this difference to the presence of memory CD8 T cells that recognize an antigen that is shared between the two subsequent infections. This increase in the activation threshold was most effectively mediated via non-transferable memory CD8 T cells. This would argue that vaccines targeting low affinity tumor-specific T cells would fail if the vaccine contains previously encountered CD8 T cell epitopes. T cell mediated immune responses to tumor antigen rely often on T cells which weakly react to tumor antigen as high affinity T cells are eliminated by tolerance mechanisms. Following indication in the literature that PTPN2 impacts on the response of such weakly antigen-reactive T cells, we investigated how PTPN2 impacts in general the response of CD8 T cells. We observed that CD8 T cells lacking PTPN2 show an enhanced expansion following weak or short-term T cell receptor stimulation. The effector phase is prolonged and contraction delayed thus resulting in overall more effector cells. This is accompanied by a better survival of terminal effector cells. When transferred into new recipients, KLRG1+CD127- terminal effector cells lacking PTPN2 can survive and convert into CD127+ functional memory cells. Surprisingly, we discovered that elimination of PTPN2 enhances the transfer efficacy and formation of memory cells as well as the protective capacity. Targeting PTPN2 might thus be a promising approach for adoptive T cell therapy. Our observations show how the manipulation of an intrinsic factor, the absence of PTPN2, can enhance T cell responses under certain circumstances. A better understanding of underlying mechanisms for the control of CDS T cell responses might enable the manipulation of these and allow for more powerful responses. If these responses are induced through vaccines it is imperative that the previous history of exposure to pathogens or vaccines is considered as it can, as we have shown in this thesis, influence the recruited T cell repertoire and thus possibly the ability to handle the infection.

Innate immunity genes as determinants of resistance/susceptibility to human disease : studies in leukemia patients

La leucémie lymphoblastique aiguë des cellules Pré-B (B-ALL) reste le type de cancer le plus souvent diagnostiqué chez les enfants. Des études ont montré que des déterminants génétiques jouent un rôle important dans la susceptibilité/résistance au développement de ce cancer. À cet égard, les gènes Killer-cell Immunoglobulin-like Receptor (KIR) sont d'une importance particulière. Ces gènes sont fortement polymorphiques et codent pour des récepteurs qui contrôlent l’activité fonctionnelle des cellules Natural Killer (NK). Notre hypothèse est que les gènes activateurs des KIR s’associent avec la résistance innée pour développer la B-ALL. Afin d'évaluer cette hypothèse, nous avons entrepris une étude de cas-contrôles chez des enfants canadiens-français dans laquelle nous avons utilisé l'ADN génomique de 100 patients atteints de B-ALL ainsi que l’ADN de 245 individus sains. La présence ou l'absence de chaque gène KIR a été détectée par PCR en utilisant des amorces de séquences spécifiques. Nous avons trouvé que la présence des gènes KIR activateurs est significativement diminuée chez les enfants leucémiques par rapport aux témoins. En outre, le nombre de ces gènes a aussi montré une association significative linéaire avec la résistance au développement d’une B-ALL. Cela suggère des effets additifs de ces gènes permettant de conférer une protection contre ce cancer. Ces résultats pourraient être utiles afin de déceler de façon précoce les enfants ayant un risque de développer cette leucémie. Enfin, des stratégies thérapeutiques basées sur les récepteurs KIR pourraient être envisagées et s'avérer utiles concernant le traitement de ce cancer chez les enfants.

Correlates of protective immunity against hepatitis C virus

Le virus de l’hépatite C (VHC) infecte ~185 millions d’individus dans le monde. Malgré le développement des nouvelles thérapies dirigées contre le VHC, on compte deux millions de nouvelles infections chaque année, en particulier dans les pays sous-développés et les populations marginalisées. Comme pour la plupart des virus à infection chronique, le développement d’un vaccin prophylactique efficace est limité par le manque de caractérisation des déterminants de la mémoire immunitaire protectrice lors des épisodes de réinfection naturelle chez les êtres humains. Le VHC représente un modèle unique au sein des virus à infection chronique pour étudier l’immunité protectrice. En effet ~30% des patients infectés par le VHC peuvent être guéris suite à un premier épisode d’infection spontanément. Dans cette thèse, nous avons étudié l’immunité protectrice contre le VHC dans une cohorte d’utilisateurs de drogues par injection qui sont à risque d’être infectés ou réinfectés. Notre hypothèse est que la majorité des patients qui ont résolu une première infection par le VHC sont protégés contre le développement d’une infection chronique s’ils sont réexposés. Cette immunité protectrice est associée à la présence des cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles qui possèdent des fréquences, magnitudes et avidités élevées. La capacité protectrice des cellules T mémoire contre les séquences variables du VHC est dépendante de la diversité et flexibilité du répertoire de leurs récepteurs de cellules T (TCR), qui reconnaissent les séquences variables des épitopes ciblés. Notre premier objectif était de définir et détailler les déterminants de l’immunité protectrice conférée par les cellules T spécifiques du VHC. Nos résultats ont montré que la protection pendant l’épisode de réinfection était associée à une augmentation de la magnitude et du spectre des réponses spécifiques par les cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles, ainsi que par l’apparition d’une population de cellules T tétramère+ CD8+ effectrices qui expriment faiblement le marqueur CD127 (CD127lo) lors du pic de la réponse. Chez les patients qui ont développé une infection chronique pendant l’épisode de réinfection, nous avons observé une expansion très limitée des cellules T CD4 et CD8. Le séquençage des épitopes ciblés par les cellules T CD8 chez ces patients qui sont non-protégés a montré que les séquences de ces épitopes sont différentes des séquences de référence qui étaient utilisées pour tous les essais immunologiques de cette étude. Le deuxième objectif était d’analyser la dynamique du répertoire des TCRs des cellules T CD8 spécifiques chez les patients protégés versus les patients non-protégés. Nos résultats ont montré que le répertoire des cellules T CD8 spécifiques est plus focalisé que chez les patients protégés. En plus, nous avons observé que les clonotypes qui forment le répertoire chez les patients protégés sont distincts de ceux chez les patients non-protégés. Ces clonotypes chez les patients protégés ont montré de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que leurs homologues chez les patients non-protégés. En conclusion, nos résultats suggèrent que la protection contre le développement d’une infection chronique pendant l’épisode de réinfection par le VHC est associée à une augmentation de la magnitude, du spectre et de la fonctionnalité des réponses des cellules T spécifiques, ainsi qu’à un répertoire des TCRs plus focalisé composé des clonotypes distincts qui possèdent de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que chez les patients non-protégés. L’homologie des séquences des souches virales entre les différents épisodes de l’infection est un déterminant majeur de l’établissement d’une protection efficace. Ces résultats ont donc des implications très importantes pour le développement d’un vaccin prophylactique contre le VHC et d’autres virus à infection chronique.

The nuclear pore complex and its transporters : from virus-host interactors to subverting the innate antiviral immunity

Les virus ont besoin d’interagir avec des facteurs cellulaires pour se répliquer et se propager dans les cellules d’hôtes. Une étude de l'interactome des protéines du virus d'hépatite C (VHC) par Germain et al. (2014) a permis d'élucider de nouvelles interactions virus-hôte. L'étude a également démontré que la majorité des facteurs de l'hôte n'avaient pas d'effet sur la réplication du virus. Ces travaux suggèrent que la majorité des protéines ont un rôle dans d'autres processus cellulaires tel que la réponse innée antivirale et ciblées pas le virus dans des mécanismes d'évasion immune. Pour tester cette hypothèse, 132 interactant virus-hôtes ont été sélectionnés et évalués par silençage génique dans un criblage d'ARNi sur la production interferon-beta (IFNB1). Nous avons ainsi observé que les réductions de l'expression de 53 interactants virus-hôte modulent la réponse antivirale innée. Une étude dans les termes de gène d'ontologie (GO) démontre un enrichissement de ces protéines au transport nucléocytoplasmique et au complexe du pore nucléaire. De plus, les gènes associés avec ces termes (CSE1L, KPNB1, RAN, TNPO1 et XPO1) ont été caractérisé comme des interactant de la protéine NS3/4A par Germain et al. (2014), et comme des régulateurs positives de la réponse innée antivirale. Comme le VHC se réplique dans le cytoplasme, nous proposons que ces interactions à des protéines associées avec le noyau confèrent un avantage de réplication et bénéficient au virus en interférant avec des processus cellulaire tel que la réponse innée. Cette réponse innée antivirale requiert la translocation nucléaire des facteurs transcriptionnelles IRF3 et NF-κB p65 pour la production des IFNs de type I. Un essai de microscopie a été développé afin d'évaluer l’effet du silençage de 60 gènes exprimant des protéines associés au complexe du pore nucléaire et au transport nucléocytoplasmique sur la translocation d’IRF3 et NF-κB p65 par un criblage ARNi lors d’une cinétique d'infection virale. En conclusion, l’étude démontre qu’il y a plusieurs protéines qui sont impliqués dans le transport de ces facteurs transcriptionnelles pendant une infection virale et peut affecter la production IFNB1 à différents niveaux de la réponse d'immunité antivirale. L'étude aussi suggère que l'effet de ces facteurs de transport sur la réponse innée est peut être un mécanisme d'évasion par des virus comme VHC.

Effect of environmental mycobacteria (Mycobacterium avium) on immunity induced by a DNA vaccine (DNAhsp65) against tuberculosis

The efficacy of BCG vaccine (attenuated Mycobacterium bovis) against pulmonary tuberculosis varies enormously among different populations. The prevailing hypothesis attributes this variation to interactions between the vaccine and mycobacteria common in the environment. Studies have revealed that most protective antigens expressed by the antituberculous vaccine are conserved in M. avium, supporting the hypothesis that exposure to environmental mycobacteria generates a cross-reactive immune response that interferes with BCG efficacy. In this study we investigated the effect of a prior exposure to heat-killed M. avium on the immune response and the protective efficacy induced by a genetic vaccine pVAXhsp65 (hsp65 gene from M. leprae inserted in pVAX vector) against experimental tuberculosis. To evaluate the effect on the immune response, female BALB/c mice were initially injected with distinct doses (0.08×106, 4×106, and 200×10 6) of heat-killed M. avium by subcutaneous route. Three weeks later, the animals were immunized with 3 doses of DNAhsp65 by intramuscular route (100μg/15 days apart). Control groups received only M. avium, vaccine (pVAXhsp65), vector (pVAX) or saline solution. Cytokine production and antibody levels were determined by ELISA. To evaluate the effect on the protective efficacy, animals were initially sensitized with 200×106 heat-killed CFU of M. avium by subcutaneous route and then immunized with 3 doses of pVAXhsp65 (100μg/15 days apart) by intramuscular route. Control groups were injected with saline, pVAX (4 doses), pVAXhsp65 (4 doses), M. avium or M. avium plus pVAX (3 doses). Fifteen days after last DNA dose, the animals were infected with 1×104 viable CFU of H37Rv M. tuberculosis by intratracheal route. Thirty days after challenge, the animals were sacrificed and the bacterial burden was determined by counting the number of CFU in the lungs. Lung histological sections were also analyzed. Splenic cells from primed animals produced more IL-5 but less IFN-gamma than non-primed ones. Also, prior contact with M. avium determined higher production of IgG1 and IgG2a anti-hsp65 antibodies in comparison to control groups. However, this higher immune response did not decrease the bacterial burden in the lungs. In addition, prior sensitization with M. avium decreased the parenchyma preservation observed in the group immunized only with pVaxhsp65. These results indicate that environmental mycobacteria can interfere with immunity and protective efficacy induced by DNAhsp65.

Simultaneous induction of NKG2D and NKG2D ligand for promoting immune surveillance by IL-12 plus doxorubicin treatment

NKG2D (natural killer group 2, member D) and its ligands interaction in tumor microenvironment directs tumor infiltrating immune cells to recognize tumor cells, stimulate cytotoxic effector immune cells, and therefore eradicate tumor cells. IL-12, a cytokine produced by antigen presenting cells, has remarkable antitumor effect by activating innate and adaptive immunity. Doxorubicin, a commonly used chemotherapeutic agent also boosts the host antitumor immune response to cause tumor cell death. Our previous publication suggests that IL-12 plus doxorubicin enhances NKG2D function-dependent inhibition of tumor progression and promotes CD8+T cells infiltrating into tumors. The purpose of this study is to determine the underlying mechanism. Our study reveals a novel function of doxorubicin, which is to augment IL-12–induced NKG2D expression in CD8+T cells but not in NK or CD4+T cells. This observation was further validated by NK and CD8+T cell-depletion studies, in which only depletion of CD8+T cells abolished the expression of NKG2D in lymphocytes. The induced NKG2D expression in CD8+T cells is tightly associated with tumor-specific localization of CD8+T cells and improved antitumor efficacy. The IL-12 plus doxorubicin treatment-induced antitumor efficacy is also due to NKG2D ligand Rae-1 induction in tumors. Rae-1 induction in tumors is a long term effect in multiple tumor models, but not in normal tissues. A novel CD8+T cell direct contact dependent mechanism accounts for Rae-1 induction in vivo and in vitro, and CD80 is the receptor through which CD8+T cells interplay with tumor cells to upregulate Rae-1 on tumor cells. In summary, increased NKG2D expression in CD8+T cells in response to IL-12 plus doxorubicin was closely associated with tumor-specific localization of CD8+T cells and greater antitumor efficacy of the combined regimen than either agent alone. NKG2D ligand Rae-1 induction is triggered by the interaction of CD80 on tumor cells with tumor infiltrating CD+8 T cells.

Potent, protective anti-HIV immune responses generated by bimodal HIV envelope DNA plus protein vaccination

It is generally thought that an effective vaccine to prevent HIV-1 infection should elicit both strong neutralizing antibody and cytotoxic T lymphocyte responses. We recently demonstrated that potent, boostable, long-lived HIV-1 envelope (Env)-specific cytotoxic T lymphocyte responses can be elicited in rhesus monkeys using plasmid-encoded HIV-1 env DNA as the immunogen. In the present study, we show that the addition of HIV-1 Env protein to this regimen as a boosting immunogen generates a high titer neutralizing antibody response in this nonhuman primate species. Moreover, we demonstrate in a pilot study that immunization with HIV-1 env DNA (multiple doses) followed by a final immunization with HIV-1 env DNA plus HIV-1 Env protein (env gene from HXBc2 clone of HIV IIIB; Env protein from parental HIV IIIB) completely protects monkeys from infection after i.v. challenge with a chimeric virus expressing HIV-1 env (HXBc2) on a simian immmunodeficiency virusmac backbone (SHIV-HXBc2). The potent immunity and protection seen in these pilot experiments suggest that a DNA prime/DNA plus protein boost regimen warrants active investigation as a vaccine strategy to prevent HIV-1 infection.

A nontoxic mutant of cholera toxin elicits Th2-type responses for enhanced mucosal immunity

We have characterized a nontoxic mutant of cholera toxin (CT) as a mucosal adjuvant in mice. The mutant CT was made by substitution of serine with phenylalanine at position 61 of the A subunit (S61F), which resulted in loss of ADP ribosyltransferase activity and toxicity. Mice were intranasally immunized with ovalbumin, tetanus toxoid, or influenza virus either alone or together with mutant CT S61F, native CT, or recombinant CT-B. Mice immunized with these proteins plus S61F showed high serum titers of protein-specific IgG and IgA antibodies that were comparable to those induced by native CT. Further, high protein-specific IgA antibody responses were observed in nasal and vaginal washes, saliva, and fecal extracts as well as increased numbers of IgG and IgA antibody forming cells in cervical lymph nodes and lung tissues of mice intranasally immunized with these proteins and S61F or native CT, but not with recombinant CT-B or protein alone. Both S61F and native CT enhanced the induction of ovalbumin-specific CD4+ T cells in lung and splenic tissues, and these T cells produced a Th2-type cytokine pattern of interleukin 4 (IL-4), IL-5, IL-6, and IL-10 as determined by analysis of secreted proteins and by quantitation of cytokine-specific mRNA. These results have shown that mutant CT S61F is an effective mucosal adjuvant when administrated intranasally and induces mucosal and systemic antibody responses which are mediated by CD4+ Th2-type cells.

Enzyme plus light therapy to repair DNA damage in ultraviolet-B-irradiated human skin

Ultraviolet-B (UVB) (290–320 nm) radiation-induced cyclobutane pyrimidine dimers within the DNA of epidermal cells are detrimental to human health by causing mutations and immunosuppressive effects that presumably contribute to photocarcinogenesis. Conventional photoprotection by sunscreens is exclusively prophylactic in nature and of no value once DNA damage has occurred. In this paper, we have therefore assessed whether it is possible to repair UVB radiation-induced DNA damage through topical application of the DNA-repair enzyme photolyase, derived from Anacystis nidulans, that specifically converts cyclobutane dimers into their original DNA structure after exposure to photoreactivating light. When a dose of UVB radiation sufficient to induce erythema was administered to the skin of healthy subjects, significant numbers of dimers were formed within epidermal cells. Topical application of photolyase-containing liposomes to UVB-irradiated skin and subsequent exposure to photoreactivating light decreased the number of UVB radiation-induced dimers by 40–45%. No reduction was observed if the liposomes were not filled with photolyase or if photoreactivating exposure preceded the application of filled liposomes. The UVB dose administered resulted in suppression of intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), a molecule required for immunity and inflammatory events in the epidermis. In addition, in subjects hypersensitive to nickel sulfate, elicitation of the hypersensitivity reaction in irradiated skin areas was prevented. Photolyase-induced dimer repair completely prevented these UVB radiation-induced immunosuppressive effects as well as erythema and sunburn-cell formation. These studies demonstrate that topical application of photolyase is effective in dimer reversal and thereby leads to immunoprotection.