Rôle de la toxine pertussique dans l'induction des lymphocytes T résidents mémoires

Role of pertussis toxin in the induction of tissue resident memory T cells

• Auteur / Autrice : Dimitri Popoff
• Direction : Jean-Pierre Gorvel, Cyrille Mionnet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Immunologie
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CIML - Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy
• Jury : Président / Présidente : Frank Galland
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Mielcarek, Anne-Sophie Beignon, Cyrille Mionnet, Clémence Granier, Jean-Pierre Gorvel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Mielcarek, Anne-Sophie Beignon

Mots clés

Mots clés libres

Lymphocytes T résidents mémoires

Bordetella pertussis

Poumon

Vaccin

Modèle souris

Précruseurs

Tissue resident memory T cells

Bordetella pertussis

Lung

Vaccin

Mouse model

Precursor

Résumé

Bordetella pertussis, une bactérie Gram négative, est l’agent étiologique de la coqueluche. Aujourd’hui nous assistons à une résurgence de la coqueluche dans les pays occidentaux. Le consensus actuel pour expliquer cette résurgence, est le remplacement à la fin des années 90 d’un vaccin à germe entier inactivé (wP) par un vaccin acellulaire (aP). Si le vaccin aP atténue les effets délétères de la maladie, il n’empêche ni la colonisation pulmonaire ni la transmission, contrairement au vaccin wP. Cette moindre efficacité peut s’expliquer par des différences dans les réponses immunitaires et mémoires induites par ces 2 vaccins. Les vaccins wP génèrent une population particulière de lymphocytes T mémoires, dite résidente des tissus : les TRM (que l’on sait être efficaces pour empêcher l’infection), à l’inverse du vaccin aP. Pourtant, tous 2 contiennent de la toxine pertussique (PTX), facteur de virulence majeur produit uniquement par Bordetella pertussis, active dans le vaccin Wp mais au contraire inactivée dans le vaccin aP. La PTX est une toxine de type AB. Sa sous-unité A (SUA) porte une activité catalytique d’ADP-ribosyltranférase qui inhibe sur la protéine Gαi liée aux Récepteurs couplés aux protéines G (GPCR). L’un de ses principaux effets, est la perturbation de la migration des cellules immunitaires médiée par les GPCR et les intégrines. Dans nos travaux précédents, nous avions montré le rôle essentiel de la PTX, dans la formation de ces TRM Mes travaux de thèse ont pour but de déterminer les mécanismes mis en place par la PTX dans la formation de cette mémoire mucosale reposant principalement sur la présence de TRM dans les poumons. En infectant des souris C57BL/6 par voie intranasale avec une souche de Bordetella pertussis mutée uniquement sur son activité catalytique ; et à l’aide d’expériences de complémentation avec la SUA, nous avons montré que l’activité catalytique de la PTX est nécessaire à la formation de TRM. Avec l’étude du profil des intégrines sur les lymphocytes T (LT) CD4+ dans les poumons, le sang, et les ganglions médiastinaux, nous avons identifié une population de LT activés CD4+ présente uniquement chez les souris infectées par la souche WT. Cette population exprime principalement 2 intégrines, CD51 (Itgav) et CD49b (Itgb2). Elle apparait dans le sang et les ganglions avant la formation des TRM pulmonaires. Nous avons émis l’hypothèse que ces LT activés CD49b+ CD51+ soient les précurseurs de nos TRM. En effet, le transfert adoptif de LT activés CD51+ CD49b+ sanguins et ganglionnaires, nous confirme qu’ils sont capables de se différencier en TRM contrairement aux LT activés CD49b- CD51-. Dans un modèle de vaccination chez la souris par voie intrapéritonéale, le vaccin aP+PTX est plus protecteur que le vaccin aP. Le vaccin complémenté induit des LT activés CD51+ CD49+, CD4+ et CD8+, dans le sang et les ganglions et induit des TRM pulmonaires expliquant cette meilleure protection. Pour tester le rôle adjuvant de la PTX nous l’avons testé dans un autre modèle de vaccination. Les vaccins grippe commerciaux actuels, injectés par voie intra-musculaire, n’induisent pas de TRM. 15 jours après l’injection de vaccins complémentés par la PTX, nous avons observé l’apparition de LT activés CD4+ et CD8+ exprimant nos marqueurs de précurseurs, CD51+ et CD49b+, dans le sang des souris. A J35 des TRM CD4+ et CD8+ sont présents dans les poumons. Cette présence de TRM expliquerait la meilleure protection, face à une infection grippe, induite par le vaccin complémenté avec la PTX par rapport au vaccin seul. En conclusion, mon projet de thèse a permis de déterminer que l’activité catalytique de la SUA de la PTX est nécessaire à la formation de TRM, d’identifier une population de LT exprimant CD49b+ CD51+ qui semble être une population de précurseur de TRM, et démontrer la possibilité d’utiliser une PTX active dans des modèles vaccinaux pour induire des TRM.

Bordetella pertussis, a Gram-negative bacterium, is the etiological agent of pertussis. Today, we are witnessing a resurgence of pertussis in Western countries. The current consensus to explain this resurgence is the replacement of an inactivated whole-cell vaccine (wP) by an acellular vaccine (aP) in the late 90s. While the aP vaccine attenuates the deleterious effects of the disease, it does not prevent pulmonary colonization or transmission, unlike the wP vaccine. This lower efficacy may be explained by differences in the immune and memory responses induced by these 2 vaccines. wP vaccines generate a specific population, tissue resident memory T cells: TRM (which are known to be effective in preventing infection), unlike the aP vaccine. However, both contain pertussis toxin (PTX), a major virulence factor produced only by B. pertussis, which is active in the Wp vaccine but inactivated in the aP vaccine. PTX is an AB toxin. Its A subunit (SUA) carries ADP-ribosyltranferase catalytic activity, which inhibits the Gαi protein bound to G-protein-coupled receptors (GPCRs). One of its main effects is the disruption of GPCR- and integrin-mediated immune cell migration. In our previous work, we demonstrated the essential role of PTX in the formation of the TRM. The aim of my thesis is to determine the mechanisms involved in the formation of this mucosal memory by PTX, based mainly on the presence of TRMs in the lungs. By intranasally infecting C57BL/6 mice with a strain of Bordetella pertussis mutated only for its catalytic activity, and using SUA complementation experiments, we demonstrated that PTX's catalytic activity is necessary for the formation of TRM. By studying the profile of integrins on T cells in lungs, blood and mediastinal lymph nodes, we identified a population of activated CD4+ T cells present only in mice infected with the WT strain. This population mainly expresses 2 integrins, CD51 (Itgav) and CD49b (Itgb2). It appears in blood and lymph nodes before the formation of pulmonary TRM. We hypothesized that these CD49b+ CD51+ activated T cells are the precursors of our TRM. Indeed, adoptive transfer of CD51+ CD49b+ activated T cells from blood and lymph nodes confirms that they can differentiate into TRM, unlike CD49b- CD51- activated T cells. In an intraperitoneal mouse vaccination model, the aP+PTX vaccine was more protective than the aP vaccine. The complemented vaccine induces activated CD4+ and CD8+ T cells expressing CD51+ CD49+, in blood and lymph nodes, and induces pulmonary TRM, explaining this better protection. To test the adjuvant role of PTX, we tested it in another vaccination model. Current commercial influenza vaccines, injected intramuscularly, do not induce TRM.15 days after injection of PTX-complemented vaccines, we observed the development of activated CD4+ and CD8+ T cells expressing our precursor markers, CD51+ and CD49b+, in the blood of mice. At D35, CD4+ and CD8+TRM were present in the lungs. This presence of TRM would explain the better protection against influenza infection induced by the vaccine supplemented with PTX, compared with the vaccine alone. In conclusion, my thesis project determined that the SUA catalytic activity of PTX is required for TRM formation, identified a T cells population expressing CD49b+ CD51+ that seems to be a TRM precursor population, and demonstrated the possibility of using active PTX in vaccine models to induce TRM.