Analyse de l'immunopathogenèse de la narcolepsie de type 1 à l'aide des modèles animaux

Study of the immunopathogenesis of narcolepsy type-1 using original mouse models

• Auteur / Autrice : David Frieser
• Direction : Roland Liblau, Frédéric Masson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 19/12/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Toulousain des Maladies Infectieuses et Inflammatoires (Toulouse ; 2021-....)
• Jury : Président / Présidente : Joost Van Meerwijk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Liblau, Frédéric Masson, Katia Boniface, Romain Marignier, Martin Kerschensteiner, Joost Smolders
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katia Boniface, Romain Marignier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapeutique expérimentale

Immunologie

Étiologie

Narcolepsie

Mots clés libres

Désordre du sommeil

Narcolepsie

Hypocrétine

Vaccination contre la grippe H1N1

Auto-immunité

Sleep disorder

Narcolepsy

Hypocretin

H1N1 vaccination

Autoimmunity

Résumé

La narcolepsie de type 1 (NT1) est la cause la plus grave d'hypersomnie centrale chez l'homme. Avec une prévalence mondiale de 1 cas pour 2 000 individus, elle représente une maladie rare. La NT1 débute généralement entre 10 et 20 ans par l'apparition soudaine d'une somnolence diurne persistante et d'une perturbation du sommeil nocturne. Une autre caractéristique de la NT1 est la cataplexie - des épisodes soudains de paralysie partielle des muscles volontaires déclenchés par des émotions fortes. Le mécanisme qui sous-tend le NT1 est la déficience de la signalisation de l'orexine, car cette hormone est considérablement réduite dans le cerveau post-mortem des patients et dans leur liquide céphalo-rachidien. La perte de ces ~70 000 neurones d'Orexine, situés dans l'hypothalamus tubéral humain, se manifeste plus tard dans la vie et est étroitement liée à l'apparition des symptômes. Néanmoins, la raison de la perte soudaine de ces neurones reste insaisissable. Plus de 98 % des personnes atteintes de la NT1 sont porteuses de l'allèle HLA-DQB1*06:02 (ce qui donne un OD > 250), ce qui constitue la plus forte association connue entre un allèle HLA et une maladie. Cela a conduit à l'hypothèse auto-immune pour le développement de la NT1. Dans des études récentes, des cellules T CD4 et T CD8 autoréactives présentant une réactivité envers l'orexine ont été identifiées dans des échantillons de sang de patients atteints de NT1. En août 2010, les rapports sur une association possible entre l'exposition au vaccin Pandemrix® contre le virus de la grippe H1N1 et l'apparition de la narcolepsie chez les enfants et les adolescents ont retenu l'attention des médias. Les données de plusieurs études rétrospectives menées dans des pays européens ont montré une augmentation de 3 à 14 fois de l'incidence relative de la narcolepsie chez les enfants vaccinées, mais les mécanismes qui sous-tendent cette association ne sont toujours pas clairs. Notre équipe a démontré que le transfert adoptif de cellules T CD8 autoréactives contre les neurones à Orexine chez la souris induit une fragmentation du sommeil et des épisodes de cataplexie, fournissant ainsi un modèle auto-immun pour la NT1. Sur la base de cette publication, cette thèse visait à étudier l'interaction des cellules T autoréactives avec les neurones à orexine. En outre, un nouveau modèle de souris a été développé, induit par la vaccination par Pandemrix®, afin d'étudier les mécanismes possibles par lesquels le vaccin pourrait avoir induit l'apparition de la NT1. La caractérisation approfondie des cellules T autoréactives nous a conduit à la découverte d'un phénotype résident des cellules T CD8 dans l'hypothalamus. Nous avons utilisé des données de cytométrie en flux à haute dimension, d'histopathologie et de séquençage de l'ARN pour étudier le phénotype et l'hétérogénéité des cellules T CD8 résidant dans les tissus et leur rôle dans la dégradation progressive des neurones. L'état d'inflammation chronique de l'hypothalamus est directement corrélé au nombre de cellules T CD8 résidant dans le tissu de l'hypothalamus. Nous avons pu partiellement compenser la perte neuronale par la déplétion des cellules T CD8 résidant dans le tissu une fois que nous avons ciblé une population d'auxiliaires T CD4 folliculaires résidants, qui semble être essentielle pour le maintien du programme de résidence des CD8 dans le tissu. Enfin, nous avons identifié l'IFNgamma comme une cytokine cruciale dans le maintien des cellules T CD8 résidentes des tissus. L'IFNgamma semble installer une boucle de signalisation autocrine dans les cellules T CD8 résidentes des tissus hypothalamiques. Une fois que nous avons inhibé cette boucle de signalisation, les cellules T CD8 étaient incapables de survivre dans le SNC. Au-delà de la nouveauté de cette découverte dans le contexte d'un modèle auto-immun pour le NT1, cibler cette voie pourrait servir de future stratégie thérapeutique pour d'autres maladies auto-immunes du SNC.

Narcolepsy type 1 (NT1) is the most severe cause of central hypersomnia in humans with a unique disease course. With a global prevalence of 1 case per 2’000 individuals it represents a rare disease. NT1 usually begins between the ages of 10 and 20 years with the sudden onset of persistent daytime sleepiness and night-time sleep disruption. Another characteristic of NT1 is cataplexy — sudden episodes of partial or complete paralysis of voluntary muscles triggered by strong, mostly positive emotions such as laughing. The mechanism underlying NT1 is the deficiency of Orexin-signalling as this hormone is drastically reduced in post-mortem brains of patients and in their cerebral spinal fluid (CSF). The loss of those ~70,000 Orexin-neurons, located in the human tuberal hypothalamus, emerges later in life being closely linked to the onset of symptoms. Nevertheless, the reason for the sudden loss of those neurons remains elusive. More than 98% of people with NT1 carry the HLA-DQB1*06:02 allele (providing an odds ratio of >250), a finding that makes the strongest association between an HLA allele and disease known. This led to the autoimmune hypothesis for the development of NT1. In recent studies autoreactive CD4 and CD8 T cells with reactivity towards Orexin have been identified in blood samples from patients with NT1. In August 2010 reports of a possible association between exposure to the Pandemrix® vaccine against H1N1 influenza virus and occurrence of narcolepsy in children and adolescents attained high media attention. Data from several retrospective studies in European countries showed 3- to 14-fold increase in the relative incidence of narcolepsy in vaccinated individuals, but the mechanisms underlying such association are still unclear. Our team demonstrated, that adoptive transfer of autoreactive CD8+ T cells against Orexin-neurons in mice developed sleep fragmentation and cataplexy episodes, thus providing an autoimmune model for NT1. Building on this publication, this PhD thesis aimed to study the interaction of autoreactive T cells with orexin neurons. Furthermore, a novel mouse model was developed induced by Pandemrix® vaccination to study possible mechanism by which the vaccine could have induced NT1 onset. The in-depth characterization of the autoreactive T cells led us to the discovery of a tissue resident phenotype of the CD8 T cells in the hypothalamus. We used high-dimensional flow-cytometry, histopathology and RNA sequencing data to study the phenotype and heterogeneity of tissue resident CD8 T cells and their role in the progressive neuronal degradation. The chronic inflamed state of the hypothalamus directly correlated with the number of tissue resident CD8 T cells in the hypothalamus. We were able to partially rescue the neuronal loss by the depletion of tissue resident CD8 T cells once we targeted a resident follicular CD4 T helper population, that seems to be essential for the maintenance of the CD8 tissue residency program. Finally, we identified IFNgamma to be a crucial cytokine in the maintenance of tissue resident CD8 T cells. IFNgamma seems to install an autocrine signalling loop in hypothalamic tissue resident CD8 T. Once we inhibited this signalling loop, CD8 T cell were unable to survive in the CNS. Beyond the novelty of this finding in the context of an autoimmune model for NT1, targeting this pathway might serve as a future therapeutic strategy for other CNS autoimmune diseases.