Regulation of the T cell response in Multiple Sclerosis

Lymphocytes T CD8 régulateurs dans la sclérose en plaques

• Auteur / Autrice : Naïl Benallegue
• Direction : David-Axel Laplaud, Carole Guillonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 20/10/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Transplantation et Immunologie
• Jury : Président / Présidente : Benoît Salomon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Violetta Zujovic
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Violetta Zujovic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéine Sonic hedgehog

Neuro-inflammation

Prévention

Sclérose en plaques

Antigène CD8

Lymphocytes T CD4+

Mots clés libres

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Résumé

Dans la sclérose en plaques (SEP), les cellules immunitaires sanguines envahissent le système nerveux central (SNC). Ainsi la régulation (ou dérégulation) de la réponse immune est essentielle à la fois avant l’invasion tissulaire mais aussi au sein du tissu inflammé. Cette thèse s’articule autour de ces deux axes : les mécanismes de régulation immunitaire en périphérie et au sein du SNC. Les lymphocytes T régulateurs (Tregs) jouent un rôle modulateur majeur de la réponse immunitaire physiologique et pathogénique y compris dans la SEP et l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE). De nombreux travaux ont mis en évidence une altération des CD4 Tregs du sang et du liquide cérébrospinal dans la SEP mais peu d’études se sont intéressées aux CD8 Tregs. Nous avons étudié le phénotype et la fonction des Tregs CD8+CD45RClow/neg dans une cohorte de 56 patients SEP non traités et 52 sujets sains en fonction de l’activité de la maladie et du score de sévérité. Chez le sujet sain, nous avons montrés que les souspopulations de Tregs CD8+CD45RClow et CD8+CD45RCneg possèdent des propriétés suppressives similaires. En contraste, nous avons mis en évidence une altération de la capacité suppressive de la sous-population de Tregs CD8+CD45RClow qui présentaient une capacité suppressive moindre lors des poussées de SEP en comparaison de la sous-populations de Tregs CD8+CD45RCneg. De plus, en phase de non-exacerbation, les Tregs CD8+CD45RClow des patients plus sévères étaient moins suppressifs in vitro. Ceci suggère une altération de la fonction CD8 Tregs dans la SEP dépendant de la sévérité de la maladie. Ensuite, nous avons étudié les mécanismes de régulation de l’immunité au sein du CNS inflammé. Les travaux précédents du groupe ont montré le rôle important de Sonic hedgehog (Shh) sécrété par les astrocytes dans le maintien de l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique et l’amélioration de l’EAE, un modèle animal de neuroinflammation autoimmune (Alvarez, et al. 2011). Du fait la localisation périvasculaire des cellules immunitaires dans les lésions de SEP/EAE et la présence des composants de la voie de signalisation Hh dans les lymphocytes T CD4, nous avons émis l’hypothèse que Shh pouvait moduler la réponse T CD4. En utilisant un modèle murin dans lequel les T CD4 perdent la capacité de transduire le signal de Shh, nous avons démontré que la voie Hh peut inhiber la neuroinflammation, ainsi que la démyelinisation et lésions axonales en modulant la réponse T CD4, et réduit ainsi le développement de l’EAE. Hh régule la pathogénicité des T CD4, notamment en limitant la production de cytokines pro-inflammatoires que sont le GM-CSF et l’ IFN-γ. Sur le versant CD4 Tregs, nous avons observé une diminution des marqueurs associés aux capacités suppressives et à la stabilité des Tregs dans le CNS inflammé. Sur le plan thérapeutique, ces résultats soulignent le potentiel du ciblage pharmacologique de la voie Hh pour entraver les processus actifs de la neuroinflammation. En effet, le traitement systémique de l’EAE symptomatique par agoniste de la voie Hh entrave la progression de la maladie et réduit la neuropathologie.

In Multiple Sclerosis, peripheral blood immune cells invade the central nervous system (CNS). Thus, the regulation (or dysregulation) of the immune response is critical before tissue invasion but also at the site of inflammation. This thesis work has focused on understanding the regulation of the immune response both in the periphery and within the CNS. As major mitigators of immune responses, regulatory T cells (Tregs) are directly implicated in modulating the severity of diseases like Multiple Sclerosis and, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). The alteration of CD4 Tregs population in Multiple Sclerosis has been widely investigated in the blood and cerebrospinal fluid, however few studies have focused on another kind of Tregs that belongs to the CD8 compartment. We have interrogated the identity and function of CD8+CD45RCloz/neg Tregs isolated from a cohort of 56 untreated MS patients and 52 healthy volunteers (HV) according to relapsing status and disease severity. We found similar suppressive abilities between CD8+CD45RCint et CD8+CD45RCneg cell subsets in HV. Conversely, we demonstrated an alteration of the suppressive abilities of the CD8+CD45RCloz as compared to CD8+CD45RCneg Tregs during MS flare-ups. Moreover, in remitting phase, CD8+CD45RCint T cells were less suppressive in patient with high severity scores. This suggests a modification of the regulatory function of CD8 Tregs during MS processes. Then, we focused on the mechanisms of immune cell regulation at the site of inflammation, within the CNS. Previous work uncovered a novel and critical role for astrocyte-secreted Sonic Hedgehog (Shh) on supporting Blood-brain-barrier properties and ameliorating disease outcome in EAE, an animal model of autoimmune neuroinflammation (Alvarez, et al. 2011). Given the perivascular location of immune cells in MS/EAE lesions and the expression of the signal transducers of the hedgehog (Hh) pathway in CD4 T cells, we reasoned that astrocyte-derived Shh can influence the phenotype of CD4 T cells. Using a murine genetic model in which Hh signalling is compromised in CD4 T cells, we showed that the hh pathway acts on CD4 T cells to suppress pathogenic hallmarks of autoimmune neuroinflammation, including demyelination and axonal damage, and thus mitigates the development of EAE. We showed that Hh signalling regulates the pathogenic profile of CD4 T cells including by limiting their production of inflammatory cytokines GM-CSF and IFN-γ. On the Tregs side, we observed an alteration of markers of the Tregs function and stability at the site of inflammation. From a therapeutic point of view, this underlines the potential of harnessing the Hh pathway to counteract overt CNS inflammation as systemic administration of a Hh agonist after disease onset effectively halts disease progression and significantly reduces neuroinflammation to support repair and limit neuropathology.