Facteurs génétiques et post-génétiques associés au développement de la sclérose en plaques

par Pierre-Paul Axisa

Thèse de doctorat en Immunologie

Sous la direction de Roland Liblau et de David Brassat.

Soutenue le 21-11-2017

à Toulouse 3 , dans le cadre de École Doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse) .


  • Résumé

    La Sclérose en plaques (SEP) est une maladie démyélinisante multifocale avec une neurodégénération progressive causée par une réponse auto-immune à un antigène du soi. Les symptômes varient en fonction du site de la lésion neurologique et corrèlent souvent avec une infiltration inflammatoire de cellules qui traversent la barrière hémato-encéphalique provoquant une démyélinisation et un œdème. Le développement de la SEP est le résultat de prédispositions génétiques, modifications post-génomiques et de facteurs environnementaux. Les cibles antigéniques impliquées dans la pathogénèse de la SEP sont inconnues, bien qu'un mimétisme moléculaire entre des antigènes viraux et neuraux ait été décrits. Le façonnage du répertoire TCR au cours de la sélection thymique peut être une étape précoce et majeure déterminant la susceptibilité à la SEP. Le paradigme selon lequel chaque lymphocyte T peut reconnaître un continuum de ligands apparentés, défini en tant que polyspécificité, implique que de multiple antigènes peuvent tolérer des lymphocytes T spécifiques pour un antigène donné. Nous avons montré que dans les souris C57BL/6 une partie du répertoire lymphocytaire T CD4 spécifique pour l'antigène myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) 35-55 reconnait aussi l'antigène neuronal neurofilament medium (NF-M) 15-35. Ces lymphocytes T CD4 autoréactifs bispécifiques sont fréquents, produisent des cytokines inflammatoires après stimulation et sont essentiels pour la progression de l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), un modèle animal de SEP. Des lymphocytes T reconnaissant deux auto-antigènes ayant deux fois plus de chances d'être tolérisés, comment la tolérance est-elle imposée à des lymphocytes bispécifiques ? De la même manière que MOG, NF-M est exprimé dans le thymus par les cellules épithéliales thymiques médullaires, i.e. dans une configuration potentiellement tolérogénique. Nous avons mis en évidence que la fréquence, le phénotype pro-inflammatoire et la capacité à transférer l'EAE des lymphocytes T CD4 spécifiques de MOG35-55 était augmentée chez les animaux déficients pour MOG mais pas pour NF-M. Cette observation nous a amené à investiguer l'éfficacité de presentation de NF-M15-35 par les cellules présentatrices d'antigènes ; que nous avons trouvé de faible durée suggérant une liaison instable au CMH de classe II. En accord avec cette hypothèse, l'introduction d'un résidu d'ancrage pour le CMH dans NF-M15-35 (NF-M15-35 T20Y) augmente son immunogénicité et active une population capable d'induire une EAE. Nos résultats montrent que dans les souris C57BL/6 l'expression de MOG, mais pas NF-M, restreint le répertoire lymphocytaire T CD4 bispécifique autoréactif, mais n'est pas suffisant pour prévenir l'induction de l'EAE. Par ailleurs, Nous avons investigué la contribution de facteurs génétiques impliqués dans la physiopathologie de la SEP. Des études d'association pangénomiques (GWAS) ont identifié plus de 200 variants contrôlant la susceptibilité à la SEP. Chaque variant est responsable pour une part du risque mais il est possible de rassembler différents variants en fonction de leur rôles biologiques notamment dans une cascade de signalisation. Plusieurs variants sont localisés dans la voie de l'IL12/23 (IL12B, IL23R, STAT3, JAK3, and TYK2) et l'accumulation de plusieurs variants dans une même voie pourrait aboutir à un dysfonctionnement de la voie. Afin d'étudier l'effet fonctionnel d'une telle accumulation nous avons biobanqué des PBMCs de donneurs sains porteurs d'un ou plusieurs de ces polymorphismes et avons voulu effectuer un immunophénotypage des différentes populations immunitaire par cytométrie en masse (CyTOF).

  • Titre traduit

    Genetic and post-genetic factors associated with multiple sclerosis development


  • Résumé

    Multiple Sclerosis (MS) is a multifocal demyelinating disease with progressive neurodegeneration caused by an autoimmune response to self-antigens. Clinical symptoms vary based on the site of neurologic lesions and often correlate with invasion of inflammatory cells across the blood-brain barrier with resulting demyelination and oedema. Development of MS is the result of genetic predisposition, post-genomic modifications and environmental triggers. The antigenic targets involved in MS pathogenesis are unknown although molecular mimicry between viral and neural antigens has been reported. Shaping of the TCR repertoire in the thymus through negative selection might be a major early step determining susceptibility to MS. The paradigm that each T cell can recognize a continuum of related ligands, defined as T-cell polyspecificity, implies that multiple antigens can tolerize T cells specific for a given self-antigen. We previously showed in C57BL/6 mice that part of the CD4 T-cell repertoire specific for the encephalitogenic antigen myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) 35-55 also recognizes the neuronal antigen neurofilament medium (NF-M) 15-35. Such bi-specific autoreactive CD4 T cells are frequent, produce inflammatory cytokines after stimulation and are essential to progression of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model of MS. Since T cells recognizing two self-antigens would be expected to be more likely to be tolerized, we were prompted to study how tolerance to bi-specific T cells is imparted. We found that similar to MOG, NF-M is expressed in the thymus by medullary thymic epithelial cells, i.e. in a potentially tolerogenic setting. Nevertheless, we found that the frequency, pro-inflammatory phenotype, and capacity to transfer experimental encephalomyelitis (EAE) of MOG35-55-reactive CD4 T cells were increased in MOG-deficient but not in NF-M-deficient mice. This observation led us to investigate the efficiency of NF-M15-35 presentation by antigen presenting cells, which we found of short duration, suggesting unstable MHC class II binding. Consistent with this hypothesis, introducing an MHC-anchoring residue into NF-M15-35 (NF-M15-35T20Y) increased its immunogenicity, and activated a repertoire able to induce EAE. Our results show that in C57BL/6 mice the expression of MOG, but not of NF-M, restrains bi-specific autoreactive CD4 T cells, but not to a level sufficient as to prevent EAE induction. Besides, we investigated the contribution of genetic factors implicated in MS physiopathology. Genome wide association studies (GWAS) identified more than 150 variants associated with MS susceptibility. Each variant alone is responsible for only a small amount of the risk but it is possible to cluster variants depending on which biological process they participate in, notably a signaling cascade. Several variants are located within the IL12/23 pathway (IL12B, IL23R, STAT3, JAK3, and TYK2) and the cumulative effect of several variants in a same pathway might result in dysfunctional aberrant signalling. To study the functional effect of such accumulation we biobanked PBMCs from heathly controls bearing none, one or several susceptibility variants. We realized an immunophenotyping of the different immune subsets by mass cytometry (CyTOF). As GWAS only characterized common variants with a frequency above 5% we realized a genetic association study focussing on rare (frequency < 5%) coding variants and identified a protective variant located in the HDAC7 locus, a major epigenetic regulator of CD4 T cells function. The protective variant HDAC7 R166H impacts Treg function by increasing IL-10 secretion and Foxp3 expression. To explore the underlying mechanisms of this tolerogenic phenotype, we realized a RNAseq analysis of Treg expressing the protective and the risk variant of HDAC7.

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2017 par Université Toulouse 3 à Toulouse

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Informations

  • Sous le titre : Facteurs génétiques et post-génétiques associés au développement de la sclérose en plaques
  • Détails : 1 vol. (212 p.)
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