Rôle des ILC3 et de l'innervation sympathique dans l'induction des structures lymphoïdes tertiaires au cours de l'inflammation pulmonaire

Role of ILC3 and sympathetic innervation in the neogenesis of tertiary lymphoid structures upon pulmonary inflammation

• Auteur / Autrice : Clémence Riffard
• Direction : Marie-Caroline Dieu-Nosjean, Jean-Luc Teillaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 28/11/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'immunologie et des maladies infectieuses (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrice Debré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Divi Cornec, Philippe Bousso, Nicolas Serafini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Daniel Olive, Karen Willard-Gallo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris de laboratoire

Immunothérapie

Inflammation

Poumon

Cellules lymphoïdes innées

Partie sympathique du système nerveux végétatif

Mots clés libres

Structures lymphoïdes tertiaires

Cellules lymphoïdes innées

Inflammation pulmonaire

Système nerveux sympathique

Immunothérapie

Tertiary lymphoid structures

Innate lymphoid cells

Lung inflammation

Sympathetic nervous system

Immunotherapy

Résumé

Les structures lymphoïdes tertiaires (TLS) sont des agrégats lymphoïdes organisés, sièges d’une réponse immunitaire cellulaire et humorale, se formant au sein de tissus non lymphoïdes en conditions inflammatoires. La valeur pronostique positive des TLS a été rapportée dans de nombreuses maladies telles que les infections virales ou bactériennes, et divers types de tumeurs solides. Notre équipe étudie la formation de ces structures au sein du parenchyme pulmonaire enflammé. L’axe majeur de mon travail a été l’élucidation du rôle des cellules ILC3 pulmonaires dans l’induction de la néogenèse des TLS. Dans ce cadre, j’ai participé à la mise au point d’un modèle murin d’inflammation pulmonaire induisant la formation de TLS, reposant sur des instillations intranasales de lipopolysaccharide (LPS) bactérien. J’ai d’abord établi une cinétique d’apparition et d’involution des TLS dans le tissu pulmonaire, structures que j’ai caractérisées et quantifiées. J’ai ensuite finement caractérisé l’évolution des ILC3 tout au long de l’inflammation pulmonaire ; j’ai étudié leur profil transcriptomique et évalué leur capacité d’induction de tissu lymphoïde in vitro et in vivo. Ces travaux ont montré que la proportion d’ILC3 augmente dans les poumons parallèlement à la néogenèse des TLS, et que ces cellules expriment de nombreux transcrits de gènes codant des molécules clé des premières étapes de l’organogenèse lymphoïde. Le transfert adoptif d’ILC3 pulmonaires induites par le LPS et exprimant l’eGFP a permis de montrer que ces cellules peuvent migrer vers les poumons des souris receveuses. Il s’est accompagné d’un accroissement de la densité de TLS formées suite au traitement par une faible dose de LPS (induisant une inflammation de faible intensité). Ces travaux m’ont donc permis d’identifier une cible cellulaire prometteuse pour stimuler la formation des TLS pulmonaires, les ILC3. Par ailleurs, le poumon étant un organe densément innervé, notre laboratoire avait commencé à étudier l’impact de la signalisation nerveuse sympathique sur la formation des TLS pulmonaires. Grâce à la déplétion sélective des fibres sympathiques par administration de la neurotoxine 6-OHDA, j’ai montré, dans le modèle d’induction des TLS par le LPS, qu’un nombre et une densité moindres de TLS sont induits en l’absence d’innervation sympathique. J’ai de plus mis en évidence suite au traitement par la 6-OHDA, une diminution significative de la proportion de lymphocytes B pulmonaires naïfs observés après traitement par le LPS, ainsi qu’une diminution de la réponse primaire systémique lors d’une immunisation par l’ovalbumine. Ces données m’ont conduite à émettre l’hypothèse selon laquelle l’innervation sympathique participe à la formation in situ des TLS dans le tissu pulmonaire enflammé, en modulant le compartiment lymphocytaire B. En conclusion, mes travaux de thèse ont visé une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à la formation des TLS pulmonaires, et ont identifié une cible cellulaire, les ILC3, dont la manipulation pourrait permettre d’induire la formation des TLS, améliorant ainsi le pronostic de patients présentant divers types d’infections ou des cancers.

Tertiary lymphoid structures (TLS) are organized lymphoid aggregates forming in non-lymphoid tissues under inflammatory conditions, and a priming site for cellular and humoral immune responses. The positive prognostic value of TLS has been reported in a variety of diseases such as viral or bacterial infections, and solid tumors. Our team deciphers the formation of such structures within the inflamed lung parenchyma. The main axis of my work was dedicated to elucidating the role of pulmonary ILC3 in the induction of TLS neogenesis. To this extent, I have contributed to the development of a murine model of pulmonary inflammation triggering TLS formation, relying on repeated intranasal instillations of bacterial lipopolysaccharide (LPS). First, I established the kinetics of TLS appearance and involution within lung tissue, followed by the characterization and quantification of these structures. I have then thoroughly characterized the evolution of ILC3 throughout pulmonary inflammation. I have studied their transcriptomic profile and assessed their lymphoid tissue inducing capacities, both in vitro and in vivo. Our data showed that ILC3 proportions are increased in mouse lungs in parallel to TLS neogenesis, and these cells expressed numerous transcripts of genes encoding major molecules involved in the very first steps of lymphoid organogenesis. Adoptive transfer of isolated LPS-induced eGFP+ ILC3 showed that these cells can migrate to the lungs of recipient mice and boost pulmonary TLS formation following low dose LPS treatment. Thus, this work unravelled a promising cellular target to be explored for pulmonary TLS induction. Moreover, considering the lungs’ dense innervation, our laboratory had started investigating how sympathetic nerve signalling impacts pulmonary TLS formation. Using selective 6-OHDA-mediated sympathetic nerve fibers depletion, I showed that decreased numbers and density of TLS are formed in the absence of sympathetic innervation in the LPS model. Moreover, following 6-OHDA treatment, I reported a significant decrease in pulmonary naive B cells proportion after LPS treatment, as well as in the primary antibody response to ovalbumin immunization. These data prompted me to hypothesize that sympathetic innervation participates in TLS formation within inflamed pulmonary tissue, through the modulation of the B cell compartment. Overall, my thesis work has aimed at a better understanding of the mechanisms underlying pulmonary TLS formation, and identified ILC3 as a cellular target that could be manipulated to enhance TLS formation, thus improving the prognosis of patients with infections or cancers.