Étude de l’impact du CD34 sur des fonctions des mastocytes et des éosinophiles dans l’asthme allergique

Mise en contexte

Le maintien de l’homéostasie pulmonaire est influencé par une très grande quantité de cellules autant structurales qu’immunitaires. Certaines cellules résident au poumon, comme les cellules dendritiques (DCs) et les mastocytes, et d’autres y migrent en contexte inflammatoire, comme les éosinophiles. Chacune de ces cellules exprime à sa surface plusieurs molécules qui sont essentielles aux différentes fonctions des cellules. Ces molécules peuvent être des récepteurs de cytokines ou de chimiokines, des molécules d’adhésion, des molécules d’activations, des marqueurs de populations, etc. La plupart de ces molécules exercent plusieurs fonctions distinctes pour une même cellule et, parfois, différentes fonctions selon le type de cellules qui l’exprime ou le contexte inflammatoire. De plus, l’inflammation peut moduler l’expression de certaines de ces molécules et cette modulation peut influencer les fonctions de la cellule.

Toutefois pour certaines molécules de surface, leurs fonctions ne sont pas toutes connues, comme pour le CD103 et le CD34. Dans ce mémoire, l’impact de la modulation de l’expression du CD103 sur les fonctions des DCs ainsi que l’impact de l’expression du CD34 sur les fonctions des mastocytes et des éosinophiles seront étudiés, et ce, en contexte d’immunité pulmonaire

Cellules résidentes

Les deux populations majeures de cellules résidentes sont les macrophages et les DCs. [1, 10, 11] D’autres cellules résident également au poumon, dont les mastocytes. [12] Les macrophages résidents éliminent les pathogènes par phagocytose et participent au recrutement des neutrophiles en sécrétant des cytokines et des chimiokines. Au poumon, les macrophages sont la principale source de médiateurs inflammatoires qui permettent la propagation ou la diminution de l’inflammation. [2, 13, 14] Les DCs pulmonaires sont des sentinelles permanentes. [1, 15] Elles captent des antigènes (ag) du soi afin de maintenir la tolérance périphérique qui consiste à éliminer les lymphocytes T (lyT) autoréactifs [16] et des ag étrangers afin d’activer l’immunité. De plus, elles activent davantage les macrophages [2], produisent des interférons, des cytokines importantes dans l’immunité antivirale [17] et réactivent les lyT déjà présents au poumon. [18]

Les mastocytes sont très importants dans la défense de l’hôte contre les infections parasitaires dû à la toxicité des enzymes contenues dans leurs granules. Ils sont aussi impliqués dans les infections virales et bactériennes.[19, 20] De plus, les mastocytes recrutent des cellules immunitaires au site d’inflammation, contrôlent les fonctions de certaines cellules dont les éosinophiles, les lyT et les lymphocytes B (lyB) et augmentent l’expression des molécules d’adhésion à la surface des cellules endothéliales ce qui favorise l’entrée des leucocytes dans le tissu enflammé. [12, 21-24] Les mastocytes régulent également l’homéostasie en remodelant les tissus endommagés et en dégradant les toxines produites par l’infection. [

LyT

Les LyT se divisent en deux groupes avec des fonctions différentes soit les lyT clusters de différenciation (CD) 4+ et les lyT CD8+. Les lyT CD4+ sont activés par les DCs en lyT auxiliaires (helper T cells (Th)) ou en lyT régulateurs (Tregs). Il existe plusieurs types de lyT auxiliaires soit Th1, Th2 et Th17. La maturation des différents Th par les DCs est aussi dépendante de certaines cytokines et cellules immunitaires. Brièvement, la prolifération des Th1 est dépendante de l’interleukine (IL) 12, des cellules tueuses naturelles (cNK) et des lyT CD8. La production de Th2 est, quant à elle, induite par l’IL-4, entre autres produite par les macrophages et les éosinophiles. Finalement, les Th17 sont induits par l’IL-6, l’IL-23 et le facteur de croissance transformant bêta (TGF-β). [33] Au poumon, les Th1 aident l’immunité cellulaire en activant davantage les cellules immunitaires comme les macrophages et les lyT CD8.[34, 35]

Les Th2 sécrètent des cytokines qui induisent la migration de cellules immunitaires comme les éosinophiles et les mastocytes. [34-37] Les Th17 activent et attirent les neutrophiles au poumon. [34] Dans le LN, les différents Th interagissent avec les lyB pour la production d’anticorps ou immunoglobuline (Ig). [34, 38] Les Treg sont des lyT CD4 sécrétant des cytokines anti-inflammatoires (IL-10, TGF-β ou IL- 35) et exprimant des molécules de surface suppressives (Galectin-1). Ils régulent la réponse inflammatoire en inhibant la prolifération des autres lymphocytes et participent à la tolérance immunologique. Ils sont, donc, importants dans le maintien de l’homéostasie. [39] Les lyT CD8+ sont activés par les DCs en lyT cytotoxiques. Les lyT CD8+ contiennent des granules contenant des molécules cytotoxiques comme des protéases et des perforines qui induisent la lyse des cellules touchées. Ils sont, donc, principalement impliqués dans la réponse antivirale en tuant les cellules infectées.

Réponses inflammatoires

L’environnement pulmonaire est continuellement en contact avec diverses particules telles que des microorganismes, des poussières et des allergènes. Selon le type de particules inhalées, différentes réponses inflammatoires vont être induites. Il existe deux grands types d’inflammation, soit aigüe et chronique. Dans ce mémoire, l’impact de la modulation du CD103 sur les DCs sera étudié en contexte d’inflammation aigüe et l’impact de l’expression du CD34 sur les fonctions des mastocytes et des éosinophiles sera étudié en contexte d’inflammation chronique. L’inflammation aigüe est surtout induite par l’inhalation de microorganismes tels que des bactéries et des virus et elle est rapidement résolue par les cellules de l’immunité innée. [2]

Les bactéries peuvent être divisées en deux groupes selon la composition de leur paroi soit les bactéries à Gram positif et les bactéries à Gram négatif. [43, 44] La composition de leur paroi étant différente, les deux groupes de bactéries possèdent des ag différents et vont, donc, différemment activer les cellules de l’immunité innée. [43-45] L’ag d’intérêt dans ce mémoire est le lipopolysaccharide (LPS) qui est retrouvé à la surface des bactéries à Gram négatif. Le LPS, qui sera décrit plus en détail dans la prochaine section, est un très bon modèle d’inflammation aigüe puisqu’il est exprimé par des bactéries et qu’il est un très fort activateur des cellules immunitaires, dont les DCs. [46] L’inflammation chronique est caractérisée par une activation excessive des cellules immunitaires souvent accompagnée d’altérations dans la résolution de l’inflammation et qui cause des dommages tissulaires. Elle est majoritairement associée à des maladies pulmonaires et à l’inhalation d’allergène. [2]

Comparativement à l’inflammation aigüe qui est surtout résolue par l’immunité innée, l’inflammation chronique est associée à la présence de lymphocytes et d’anticorps. [47] L’existence d’anticorps contre un allergène permet la réactivation plus rapide des cellules immunitaires lors d’une réexposition à l’allergène. Toutefois, cela peut entrainer une activation excessive des cellules à la suite de quelques réexpositions. Ce phénomène est la cause de l’asthme allergique, le modèle d’inflammation chronique d’intérêt dans ce mémoire. Ainsi, dans ce mémoire, l’impact de la modulation de l’expression du CD103 sur les fonctions des DCs sera étudié en contexte d’inflammation au LPS et l’impact de l’expression du CD34 sur les fonctions des mastocytes et des éosinophiles sera étudié en contexte d’asthme allergique.

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Table des matières

Résumé
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des abréviations
Remerciements
Chapitre I: Introduction
1.1 Mise en contexte
1.2 Immunité pulmonaire
1.2.1 Immunité innée
1.2.1.1 Cellules structurales et protéines
1.2.1.2 Cellules résidentes
1.2.1.3 Cellules recrutées
1.2.2 Immunité adaptative
1.2.2.1 DCs
1.2.2.2 LyT
1.2.2.3 LyB
1.2.3 Réponses inflammatoires
1.3 L’expression du CD103 sur les DCs dans la réponse au LPS
1.3.1 Le LPS
1.3.1.1 Inflammation pulmonaire induite par le LPS
1.3.1.2 Modèle d’inflammation au LPS
1.3.2 Les DCs pulmonaires
1.3.2.1 La présentation d’ag
1.3.2.2 Développement des DCs pulmonaires
1.3.2.3 Localisation et fonctions spécifiques des DCs pulmonaires
1.3.2.3.1 Les pDCs et les moDCs
1.3.2.3.2 Les cDCs
1.3.2.3.2.1 Les DCs CD103
1.3.3 L’intégrine CD103
1.3.3.1 Rôles connus du CD103
1.3.3.2 Modulation de l’expression du CD103
1.4 L’expression du CD34 sur les mastocytes et les éosinophiles dans l’asthme allergique
1.4.1 L’asthme allergique
1.4.1.1 Inflammation
1.4.1.2 Remodelage pulmonaire
1.4.1.3 L’Hyperréactivité du système respiratoire
1.4.1.3.1 Les médiateurs dans l’HRB
1.4.1.4 Les modèles animaux pour l’étude de l’asthme
1.4.2 Les mastocytes
1.4.2.1 Développement des mastocytes
1.4.2.2 Activation des mastocytes
1.4.2.3 Rôles des mastocytes dans l’asthme
1.4.3 Les éosinophiles
1.4.3.1 Développement des éosinophiles
1.4.3.2 Activation d’éosinophiles
1.4.3.3 Rôles des éosinophiles dans l’asthme
1.4.4 Le CD34
1.4.4.1 Rôles connus du CD34
1.4.4.1.1 Prolifération des cellules hématopoïétiques
1.4.4.1.2 Inhibition de la différenciation de cellules hématopoïétiques
1.4.4.1.3 Molécule d’adhésion sur les high endothelial veinules (HEV)
1.4.4.1.4 Inhibition des adhésions non-spécifiques
1.4.4.1.5 Trafic cellulaire
1.4.4.1.6 Pathologie inflammatoire
1.4.4.2 Implication du CD34 dans l’asthme allergique
Chapitre II: Problématiques, hypothèses et objectifs
Chapitre III: Matériels et méthodes
3.1 Souris utilisées
3.2 Étude de l’impact de la modulation de l’expression du CD103 par le LPS et le TNF sur des fonctions des DCs
3.2.1 Culture de cellules B16-FLT3L et modèle in vivo d’expansion de DC
3.2.2 Stimulation et migration des DCs isolées
3.2.3 Stimulation et analyse en cytométrie des DCs isolées
3.3 Étude de l’impact du CD34 sur des fonctions des mastocytes et des éosinophiles dans l’asthme allergique
3.3.1 Analyse en cytométrie du nombre de mastocytes au poumon en contexte d’asthme chronique
3.3.1.1 Modèle d’asthme chronique au HDM
3.3.1.2 Isolement des leucocytes du poumon
3.3.1.3 Cytométrie en flux des leucocytes isolés
3.3.2 Culture de mastocytes (BMMCs) et d’éosinophiles (BMEos) dérivés de la moelle osseuse
3.3.2.1 Récolte de la moelle osseuse
3.3.2.2 BMMCs
3.3.2.3 BMEos
3.3.3 Impact des dégranulats de BMMCs et de BMEos sur la contraction de trachées
3.3.3.1 Dégranulation des BMMCs
3.3.3.1.2 Dosage de la β-hexosaminidase
3.3.3.2 Dégranulation de BMEos
3.3.3.2.1 Dosage de la peroxydase
3.3.3.3 Bains d’organes
3.3.4 Dosage de la production de lipides bioactifs dans l’asthme par les BMMCs et les BMEos
3.3.4.1 Dégranulation des BMMCs et des BMEos
3.3.4.3 Dosage des lipides par spectrométrie de masse (MS)
3.3.5 Dosage in vivo de la production de lipides bioactifs dans l’asthme en contexte d’asthme allergique
3.3.5.1 Modèle d’asthme aigu
3.3.5.2 Récupération des poumons et du sérum
3.3.5.3 Dosage des lipides par spectrométrie de masse (MS)
3.4 Statistique
Chapitre IV: Résultats
4.1 Étude de l’impact de la modulation de l’expression du CD103 par le LPS et le TNF sur des fonctions des DCs
4.1.1 Analyse de l’expression du CD103 sur les populations DC1 vs DC2
4.1.2 Impact de la modulation du CD103 sur des fonctions des DCs
4.1.2.1 Capacité d’activation des lyT: Expression du CD80, du CD86 et du CD40
4.1.2.2 Migration: Réponse au SDF-1 et expression du CCR7
4.1.2.3 Adhésion à l’épithélium: Expression d’E-Cadhérine
4.2 Étude de l’impact du CD34 sur des fonctions des mastocytes et des éosinophiles dans l’asthme allergique
4.2.1 Analyse en cytométrie du nombre de mastocytes au poumon de souris WT et Cd34-/- exposées au HDM
4.2.2 Vérification des cultures BMMCs et BMEos
4.2.3 Analyse de l’impact des dégranulats des BMMCs et des BMEos sur la contraction du muscle lisse
4.2.4 Caractérisation de la dégranulation des BMMCs et BMEos
4.2.4.1 Analyse de la capacité de dégranulation des BMMCs et BMEos
4.2.4.2 Analyse de la production de lipides bioactifs dans l’asthme par les BMMCs et BMEos en MS
4.2.5 Analyse in vivo de la production de lipides bioactifs dans l’asthme
4.2.5.1 Analyse in vivo de la production de lipide dans le poumon
4.2.5.2 Analyse in vivo de la production de lipide dans le sérum
Chapitre V: Discussion et conclusion
5.1 Étude de l’impact de la modulation de l’expression du CD103 par le LPS et le TNF sur des fonctions des DCs
5.1.1 Populations de DCs modulées par le GM-CSF, le LPS et le TNF
5.1.2 Impact de la modulation du CD103 sur la capacité d’activation des lyT, la migration et l’adhésion des DCs
5.2 Étude de l’impact du CD34 sur des fonctions des mastocytes et des éosinophiles dans l’asthme allergique
5.2.1 Impact du CD34 sur la migration des mastocytes au poumon
5.2.2 Impact du CD34 sur la capacité de dégranulation des mastocytes et des éosinophiles
5.2.3 Impact du CD34 sur la production de lipides bioactifs dans l’asthme
5.3 Conclusions
Bibliographie