ROLE DU MICROBIOTE DANS LA REPONSE IMMUNITAIRE A UNE INFECTION RESPIRATOIRE CHEZ LE NOUVEAU-NE

ROLE OF THE MICROBIOTA IN THE IMMUNE RESPONSE TO RESPIRATORY INFECTIONS IN NEWBORNS

• Auteur / Autrice : Claire-Maëlle Fovet
• Direction : Nabila Seddiki
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Immunologie des maladies virales, auto-immunes, hématologiques et bactériennes
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté de pharmacie

Mots clés

Mots clés libres

Infection respiratoire

Réponse innée et adaptative

Nouveau-né

Enfant

Système immunitaire

Microbiote

Respiratory infection

Infants

New-born

Microbiota

Innate and adaptive responses

Immune system

Résumé

Le concept des 1000 jours définit une période depuis la conception de l'embryon jusqu'au deuxième anniversaire de l'enfant pendant laquelle, entre autres choses, son immunité s'établit. En effet, bien que le système immunitaire commence à se construire pendant la vie utérine, il est encore immature à la naissance. C'est grâce aux interactions avec l'environnement que le système immunitaire se développe et se perfectionne. Toutefois un facteur paraît crucial dans ce processus, il s'agit du microbiote, acquis dans la plupart des cas au cours de la naissance par voie basse puis au travers du lait maternel. La littérature montre d'ailleurs qu'une altération du microbiote (dysbiose) perturbe profondément les capacités du système immunitaire à faire face à une infection ultérieure. Or le microbiote peut être facilement fragilisé, notamment par l'utilisation fréquente d'antibiotiques à large spectre en médecine pédiatrique et, même s'il se reconstitue, l'effet à court et à long terme de cette perturbation transitoire reste mal compris. La bronchiolite aigüe est une pathologie courante chez les enfants de moins de deux ans et qui est le plus souvent due au virus respiratoire syncytial (VRS). Bien que la symptomatologie soit généralement modérée, certains cas peuvent être sévères, notamment chez les très jeunes enfants. Il n'existe actuellement aucun traitement suffisamment efficace contre le VRS, et la recherche peine à proposer un modèle expérimental qui reproduit les cas sévères de la pathologie. De plus en plus d'études soulignent toutefois l'importance du microbiote dans la réponse immunitaire au RSV chez l'enfant, sans pour autant déterminer précisément son étendue. Comprendre le rôle du microbiote paraît donc crucial pour envisager des stratégies préventives ou curatives chez le nouveau-né sensible aux bronchiolites au VRS. La thèse a pour objectif d'évaluer les conséquences d'une dysbiose due à une antibiothérapie à large spectre sur le système immunitaire du nouveau-né lors d'une infection au VRS. Nous étudierons cet impact au niveau de la mise en place et de la régulation des populations cellulaires chez le nouveau-né avec un microbiote intact ou altéré, puis sa réponse immune lorsqu'il est exposé au virus. Pour l'étude d'un tel système intégré, le recours à un modèle animal est indispensable. Bien que les modèles rongeurs soient précieux en recherche fondamentale, ils montrent leurs limites en recherche appliquée translationnelle dans le domaine des maladies infectieuses. Nous utiliserons un modèle de primate non humain, le macaque cynomolgus, pour sa proximité phylogénétique avec l'Homme avec une forte homologie au niveau des acteurs et de l'organisation de la réponse immunitaire mais aussi de la composition microbiotique. Par ailleurs le macaque est un bon modèle pour l'infection au VRS. Ce travail s'appuiera sur la comparaison de groupes de nouveau-nés traités ou non pendant 5 jours aux antibiotiques à large spectre, dès les premiers jours de vie, pour être proche de ce qui est réalisé en service pédiatrique (à partir d'une semaine de vie), et qui seront ensuite exposés au VRS. Pour caractériser les populations cellulaires immunes et leur régulation avec ou sans dysbiose, nous utiliserons principalement des outils de cytométrie en flux (FACS), de dosage cytokinique (Luminex) et de séquençage du transcriptome (RNA-seq) dans le sang périphérique et les lavages broncho-alvéolaires. Nous nous baserons également sur les résultats d'une collaboration interne au laboratoire sur la caractérisation du microbiote et du métabolome dans les muqueuses, pour faire le lien entre le microbiote et les cellules immunitaires, dans ces mêmes conditions. Des analyses intégrées à partir des résultats obtenus seront effectuées. Par la suite nous étudierons les conséquences de la dysbiose sur la réponse immunitaire lors d'une infection consécutive à l'antibiothérapie, et nous regarderons si cette réponse est aussi impactée lorsque l'infection a lieu après une période de reconstitution du microbiote. Nous utiliserons les mêmes outils d'analyse pour cette étude à long terme afin de mettre en évidence et d'analyser les réponses immunitaires mémoires. Enfin, l'étude du remodelage de la chromatine et l'analyse des régions ouvertes ou fermées de la chromatine nous permettront de mettre en évidence une potentielle empreinte épigénétique de la dysbiose dans ces cellules mémoires (ATAC-seq). Ces travaux permettront à l'avenir de mieux comprendre l'importance du microbiote, dès la naissance, dans notre immunité et d'anticiper les effets délétères causés par une dysbiose précoce dans le cas notamment des infections au VRS.

The concept of the 1000 days defines a period between the conception of the embryo and the second birthday of a child, which appears to be notably crucial in the establishment of the lifespan immunity. Indeed, although the immune system begins to build in utero, it is still immature at birth but it will continue to mature and to be shaped through its interactions with the environment. However, one factor greatly influences this process, namely the microbiota, which is mostly acquired during vaginal birth and through maternal milk absorption. The literature shows that an early alteration in the microbiota (dysbiosis) profoundly disrupts the ability of the immune system to respond adequately to viral infections. However, the microbiota can be easily altered by the frequent use of broad-spectrum antibiotics in paediatric clinical practice and, even if it is reconstituted, the short and long-term effect of this transient disturbance remains poorly understood. Paediatric acute bronchiolitis is a common pathology in children less than two years old and it is mostly caused by the respiratory syncytial virus (RSV). Although symptoms are mild most of the time, in some cases the outcome can be severe, especially in very young children. There is no sufficiently effective treatment for RSV infection, and research is struggling to come up with an experimental model that mimics severe cases of the disease. Besides, current studies highlighted the importance of the microbiota in the immune response to RSV in children, but without determining its full extent. Therefore, understanding the role of the microbiota seems crucial to consider preventive or curative strategies in newborns sensitive to RSV bronchiolitis. This thesis aims to assess the consequences of dysbiosis due to broad-spectrum antibiotherapy, on the immune system of the newborn after RSV infection. We will study the establishment, development and regulation of the immune system in newborns with an intact or altered microbiota, and subsequently the immune responses when exposed to the virus. To study such an integrated system, the use of an animal model is essential. Although rodent models are valuable in basic research, they are limited for applied translational research especially in infectious diseases. We will use a non-human primate model, the cynomolgus macaque, for its phylogenetic proximity to humans, with a high homology of actors and organization of the immune response but also in the microbiotic composition. The macaque is also a relevant model for RSV infection. This work will rely on groups of newborns treated or not for 5 days with broad-spectrum antibiotics, in the first days of life, to be close to what is done in paediatric clinical department (from one week of life), and who will then be exposed to RSV. To characterize immune cell populations and their regulation with or without dysbiosis, we will mainly rely on flow cytometry (FACS), cytokine assay (Luminex) and transcriptome sequencing (RNA-seq) techniques in peripheral blood and broncho-alveolar lavages. We will also benefit from the results of an internal collaboration in the laboratory about the characterization of the microbiota and the metabolome in the mucosal compartments, to link microbiota and immune cells, under these same conditions. Integrated analysis based on these results will be carried out to assess the microbiota-immune system cross-talk. We will investigate the consequences of the dysbiosis on the immune response during infection following antibiotic therapy, and we will explore the long-term impact of an early antibiotherapy on the immune response when the infection occurs after microbiota reconstitution. We will use the same analytical tools for this long-term study to highlight and analyse memory immune responses. Finally, the analysis of the chromatin accessibility will allow us to potentially identify an epigenetic mark for dysbiosis in memory cells (ATAC-seq). This work will help to better understand the importance of the microbiota in shaping our immunity in early life and to anticipate the deleterious effect of an early dysbiosis on the immune system upon infections such as those caused by RSV.