Les IgA anti VIH-1 protecteurs comme lien entre immunité innée et adaptative : recrutement et activation des cellules effectrices par des IgA anti-gp41 pour éliminer les cellules infectées par le VIH-1 et potentielle coopération avec les IgG

HIV-1 protective IgA bridging adaptive and innate immunity : anti-gp41 IgA activation of effector cells for elimination of HIV-1-infected cells and synergy with IgG

• Auteur / Autrice : Maxence Duchemin
• Direction : Morgane Bomsel, Daniela Tudor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 28/02/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Emmanuel Ceccaldi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Emmanuel Ceccaldi, Stéphane Paul, Arnaud Moris, Mireia Pelegrin-Zurilla
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Paul, Arnaud Moris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunité

Immunologie

Immunoglobuline A

Anticorps anti-VIH

Mots clés libres

HIV-1

IgG

IgA

ADCC

ADCP

Résumé

Le rôle protecteur des anticorps spécifiques VIH-1 reste à ce jour principalement corrélé à leurs activités neutralisantes. Cependant, au-delà de leur rôle dans la neutralisation, les anticorps sont capables d'induire des fonctions effectrices dépendantes de leur région Fc : la cytotoxicité dépendante des anticorps (ADCC) et la phagocytose dépendante des anticorps (ADCP). Ces fonctions sont caractérisées par le recrutement et l'activation de cellules effectrices de l'immunité inné telles que les monocytes/macrophages, les neutrophiles, les cellules dendritiques et les cellules NK exprimant des récepteurs pour la région Fc des anticorps (FcR). En liant la région Fc de l'anticorps, les cellules effectrices éliminent alors par les mécanismes d'ADCP et d'ADCC les cibles opsonisées telles que les virus ou les cellules infectées. Ainsi, en liant les cellules effectrices aux agents pathogènes, les anticorps agissent comme un pont entre l'immunité adaptative spécifique de l'antigène et l'immunité innée. Alors que les activités effectrices anti-VIH-1 ont été généralement associées aux anticorps IgG non neutralisants, les IgG neutralisant le VIH-1 sont également capables d'induire l'ADCC et l'ADCP. Les IgA, seconde classe d'anticorps la plus importante dans le sérum et la plus importante au niveau des muqueuses sont bien moins étudiés, y compris dans le domaine du VIH-1. Par ailleurs, la présence d'IgA muqueux spécifiques de la gp41, sous-unité la plus conservée de l'enveloppe du VIH-1, chez les personnes séronégatives fortement exposées au virus (HESN), constitue le meilleur exemple du rôle des IgA dans la protection contre le VIH-1 in vivo. Comme les IgG, les IgA interagissent avec les FcR exprimés à la surface des cellules effectrices principalement le Fc alpha Receptor I (FcaRI) et sont capables d'induire l'ADCC et l'ADCP dans diverses pathologies. Dans ce projet de thèse nous avions pour objectif de déterminer si les IgA spécifiques de la gp41 pouvaient induire l'ADCC et/ou de l'ADCP des cellules infectées par le VIH et si les IgG et les IgA anti-gp41 pouvaient agir en synergie dans ces mécanismes. Nous avons premièrement évalué la capacité d'IgA spécifiques de la région externe proximale à la membrane (MPER) du VIH-1 à induire l'ADCC. Par conséquent, nous avons utilisé un IgA spécifique de gp41 transformé à partir de l'IgG 2F5 neutralisant à large spectre pour lequel le laboratoire a précédemment montré une activité d'ADCC. Nous démontrons ici que l'IgA 2F5 induit la lyse par ADCC de cellules cibles infectées par le VIH-1 de Clade A et B via la liaison de l'IgA au FcaRI de monocytes humains. De plus, l'IgA 2F5 coopère avec l'IgG 2F5 et l'IgG neutralisant 10E8 spécifique de gp41 pour augmenter la lyse des cellules cibles par ADCC. Dans une seconde étude, nous avons comparé la capacité de l'IgA 2F5 et des IgG 2F5 et 4E10 à induire l'ADCP en utilisant deux types de cellules effectrices, les monocytes et les neutrophiles. Pour les deux types de cellules, l'IgA 2F5, via son interaction avec le FcaRI, est plus efficace que l'IgG 2F5 pour induire l'ADCP de billes couvertes d'un peptide dérivé du MPER. De plus, l'IgA 2F5 induit également l'ADCP de cellules infectées par le VIH-1 par des monocytes et des neutrophiles avec une plus grande efficacité que l'IgG 2F5. La cinétique de l'ADCP diffère entre les deux types de cellules effectrices, les neutrophiles phagocytant les cellules infectées plus rapidement que les monocytes. Enfin, contrairement à l'ADCC, une coopération entre les deux isotypes pour induire l'ADCP n'a pas été observée. L'ensemble de ces résultats fournit des informations importantes sur le potentiel des IgA dans la protection contre le VIH-1. La production d'IgG et d'IgA doit donc être envisagée lors de la conception d'un vaccin muqueux et la caractérisation des fonctions effectrices pour les deux isotypes doit être incluse dans l'évaluation de l'efficacité des réponses vaccinales.

The protective efficacy of Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV-1)-specific antibodies remains predominantly correlated with their neutralizing activity. However, in addition to their role in neutralization, extensive evidence from natural infection, vaccination, and studies in animal models points to a critical role of Fc-mediated effector functions such as antibody-dependent cell cytotoxicity (ADCC) and antibody-dependent cell phagocytosis (ADCP). Fc-mediated functions are based on the recruitment and activation of innate immune effectors, such as monocytes/macrophages, neutrophils, dendritic cells and NK cells, all expressing Fc-receptors (FcR). By binding the Fc region of the antibody, effector cells eliminate antibody-opsonized-virus by ADCP or antibody-opsonized-infected cell by ADCC and ADCP. Hence, antibodies act as a bridge between long-lasting adaptive immunity due to specific antigen recognition and innate immunity by linking these effector cells to pathogens. While Fc-mediated anti-HIV-1 activities were commonly associated with non-neutralizing IgG antibodies, HIV-1 neutralizing IgG were also shown to achieve ADCC or ADCP. Although less studied, including in the HIV-1 field, IgA is the second most important antibody class in the serum and the major one at mucosal level, the main portal entry of HIV-1. Moreover, the role of IgA in HIV-1 protection is best exemplified by highly exposed seronegative (HESN) individuals in which protection correlates with mucosal IgA specific for gp41, the most conserved sub-unit of HIV-1 envelope. Similar to IgG, IgA interacts with cell surface-expressed FcR, predominantly the Fc alpha Receptor I (FcaRI) also known as CD89 and is capable of ADCC and ADCP in various pathologies. In this work, we aimed at deciphering whether IgA specific to gp41 could mediate HIV-1-infected cell ADCC and/or ADCP and whether both anti-gp41 IgG and IgA could act in synergy in these mechanisms. We first assessed the capacity of IgA specific for HIV-1 membrane proximal external region (MPER) to induce Fc'-mediated ADCC. Therefore, we used the gp41 envelope-specific IgA isotype-switched from the broadly neutralizing 2F5-IgG for which the laboratory had previously reported to induce ADCC. We demonstrated that 2F5-IgA engages FcaRI, expressed on human monocytes used as effector cells, to induce the lysis of HIV-1 Clade A- and B-infected target cells by ADCC. Furthermore, we showed that the 2F5-IgA cooperates with the 2F5-IgG and another gp41-specific neutralizing IgG, namely 10E8-IgG, to enhance target cells lysis by ADCC. In a second study, we compared the capacity of 2F5-IgA and two other gp41-specific IgG, 2F5 and 4E10, to mediate ADCP using two type of effector cells, namely monocytes and neutrophils. Results show that for these two effector cell types, 2F5-IgA exhibited higher efficacy at inducing ADCP of beads coated with a gp41 MPER-derived peptide in a FcaRI-dependent manner. Furthermore, 2F5-IgA mediates ADCP of clade B HIV-1 infected cells by monocytes and neutrophils with higher efficacy as compared with 2F5-IgG, although phagocytosis kinetic differs between the two effector cell types, neutrophils phagocytozing infected cells faster than monocytes. Lastly, unlike for ADCC, the two isotypes did not cooperate in inducing ADCP. Altogether, these results provide important insights on the implication of IgA in the protection against HIV-1, especially for the additional Fc related functions, until now only underlined for the IgG. We demonstrated that by binding to its specific Fc receptor FcaRI, IgA plays additional roles in immunity such as ADCC and phagocytosis (ADCP). Production of both IgG and IgA should be considered when designing a mucosal vaccine and characterization of Fc-dependent functions for both isotypes should be included in evaluation of vaccine efficacy.