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Les cellules présentatrices d’antigènes
Généralité sur les cellules dendritiques
Les cellules dendritiques (DC) forment une population de cellules présentatrices d’Ag (APC) très hétérogène (Haniffa et al., 2012; MacDonald et al., 2002; Ueno et al., 2010; Ju et al., 2010) qui sont présentes dans la plupart des tissus (Banchereau and Steinman, 1998) à très faible fréquence (Steinman and Witmer, 1978). Ce sont les seules cellules capables d’activer un lymphocyte T naïf en lui présentant l’Ag dont il est spécifique (Steinman and Witmer, 1978). Dans les tissus, les DC résident à un stade immature où elles ont un rôle de sentinelle. Très mobiles, elles sont capables de sonder le microenvironnement à l’aide de leurs longues extensions cytoplasmiques (dendrites) qu’elles rétractent et étendent (Banchereau and Steinman, 1998). À ce stade, elles sont capables de capturer un Ag et de l’apprêter, pour présenter à leur surface des épitopes de l’Ag associés aux molécules de classe I ou II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH).
Classiquement, on distingue deux voies de présentation des Ag en fonction de leur origine endogène ou exogène. La voie exogène est l’exclusivité des cellules phagocytaires, notamment des DC, et aboutit à la présentation de l’Ag par les molécules CMH-II afin d’activer les lymphocytes T CD4+. Les Ag endogènes, néo synthétisés par les cellules, suivent une autre voie et sont associés aux molécules du CMH-I, permettant l’interaction et l’activation d’un lymphocyte T CD8+ (Zinkernagel and Doherty, 1974) . Cependant, cette voie ne permet pas l’activation de lymphocytes T CD8+ naïfs si la cellule présentatrice n’est pas une DC. Ce qui est très fréquent en cas d’infection virale ou de transformation tumorale. La cross-présentation est un autre mécanisme par lequel les APC présentent un Ag exogène par le CMH-I et ainsi activent efficacement la réponse CTL (Bevan, 1976; Haniffa et al., 2012; Jongbloed et al., 2010; Kurts et al., 2010). Un autre mécanisme a été plus récemment mis en évidence : le cross-dressing. Ce mécanisme permet également d’activer les lymphocytes T CD8+ et ce d’une façon plus efficace que la cross-présentation (Dolan et al., 2006). Lors du cross-dressing, la DC acquiert directement le complexe CMH-I-peptide d’une autre cellule et présente ce complexe à sa surface pour activer les lymphocytes T CD8+ (Dolan, 2011; Dolan et al., 2006; Wakim and Bevan, 2011).
Les DC expriment un large panel de PRR leur permettant de répondre à toutes les catégories de pathogènes (Cerboni et al., 2013). Selon les récepteurs engagés dans la reconnaissance, la voie de signalisation activée engendre la production de différentes classes de cytokines et chimiokines (Kapsenberg, 2003). Suite à la capture de l’Ag, la DC perd une partie de ses capacités de phagocytose et de reconnaissance des pathogènes mais elle mature, gagnant ainsi la capacité d’activer les lymphocytes naïfs. Durant la maturation, les DC augmentent l’expression du CCR7, récepteur des chimiokines CCL19 et CCL21 exprimées par les cellules endothéliales et, plus particulièrement au niveau des nœuds lymphatiques, permettant ainsi aux DC de migrer vers les organes lymphoïdes secondaires (Geissmann et al., 2002) pour y rencontrer les lymphocytes. Elles augmentent également leur expression pour le CMH-I et II pour présenter d’une façon optimale l’Ag aux lymphocytes T. Elles surexpriment les molécules de costimulation (adhésion et transduction du signal) indispensables à l’activation des lymphocytes T, comme CD80 (B7-1), CD86 (B7-2), CD58 (LFA-3), CD54 (ICAM-1), CD40 (Banchereau and Steinman, 1998; Salomon and Bluestone, 2001).
Si les DC ont un rôle essentiel dans l’induction d’une réponse immunitaire, elles ont un rôle tout autant primordial dans l’induction d’une réponse tolérogène (Steinman et al., 2003). Elles peuvent induire la tolérance vis-à-vis de certains Ag du non soi, comme la flore commensale, ou les Ag du soi. En effet en l’absence de signaux de danger et d’inflammation, les DC s’activent mais ne maturent pas totalement. Lorsqu’elles rencontrent un lymphocyte spécifique, leur manque de maturation induit une anergie de ce dernier, qui sera réfractaire à toute stimulation ultérieure par une DC mature (Jonuleit et al., 2000; Hawiger et al., 2001). Ceci est illustré en condition normale, où les DC capturent et présentent des Ag du soi, induisant leur tolérance (Ueno et al., 2010). La tolérance peut également être induite par une activation particulière de la DC et par le type de cytokines produites par des DC matures qui peuvent alors orienter la différenciation des lymphocytes en T régulateurs (Treg), aux propriétés anti-inflammatoires (Banchereau and Steinman, 1998; Jonuleit et al., 2000). Par ces mécanismes, les DC participent activement au maintien et au retour à l’homéostasie et limitent les réactions auto-immunes (Seneschal et al., 2012; Shklovskaya et al., 2011; Hawiger et al., 2001).
La classification des DC est délicate et souvent controversée par les auteurs car il n’existe aucun marqueur spécifique de cette population hétérogène (Hume, 2008). Les DC sont néanmoins caractérisées par une absence d’expression pour certains marqueurs associés aux populations lymphocytaires, comme chez l’homme : CD3, CD56, CD20, CD19, CD8 et par l’expression du CMH-II (HLA-DR) (Ju et al., 2010; MacDonald et al., 2002). Les DC sont classées dans deux grandes catégories : les DC myéloïdes (mDC) ou conventionnelles (cDC) et les DC plasmacyoïdes (pDC). Les pDC sont caractérisées chez l’homme par l’expression du CD123 et du BDCA2. Elles expriment également le TLR7 et le TLR9 (Ju et al., 2010; Flacher et al., 2006) (tableau 1) ainsi que le « retinoic acid-inducible gene 1 » (RIG-I), un arsenal leur permettant de reconnaitre les agents viraux (Cerboni et al., 2013). Elles sont spécialisées dans la synthèse d’interférons (IFN) de type I (Ueno et al., 2010; Siegal et al., 1999), cytokines ayant un rôle antiviral direct et influençant l’orientation de la réponse vers un profil Th1, primordial dans la réponse naturelle antivirale (Haniffa et al., 2013; Siegal et al., 1999). Les pDC sont une population relativement rare, absente dans les tissus périphériques à l’état basal. Elles sont présentes en faible quantité dans le sang, et sont plus abondantes dans les organes lymphoïdes secondaires (Ju et al., 2010; Conrad et al., 2009). Dans la peau ces cellules sont normalement recrutées en cas d’inflammation mais ne sont pas résidentes du tissu cutané (Conrad et al., 2009). Cependant elles sont présentes en cas d’inflammation chronique comme en cas de dermatite atypique (Guttman-Yassky et al., 2007). Les cDC, caractérisées par l’expression du CD11c (Merad et al., 2013) forment une population bien plus hétérogène où un certain nombre de sous-populations ont pu être identifiées (Haniffa et al., 2013). Ces sous populations diffèrent de par l’expression de certains marqueurs et leur localisation. En effet, des sous populations exprimant CD1c (BDCA1), CD141 (BDCA3), CD14, CD1a, CD16 ont été mises en évidence dans les différents organes, tissus ou compartiment sanguin (Ueno et al., 2010; Autissier et al., 2010a). Ces sous populations expriment des niveaux différents de molécules d’activation et de maturation. Bien que les cDC expriment un panel riche et varié de PRR, les différentes sous populations n’expriment pas les mêmes classes de lectines (Romain et al., 2012; van Vliet et al., 2007) et de TLR (Flacher et al., 2006; Ueno et al., 2010). Ces différentes sous-populations de DC ne présentent pas non plus les mêmes capacités de stimulation des lymphocytes T (Haniffa et al., 2012; Ueno et al., 2010; Gao et al., 2013).
Les DC de l’épiderme: Les cellules de Langerhans
Les cellules de Langerhans (LC) sont les seules APC présentes dans l’épiderme. Elles sont radiorésistantes mais sensibles aux UV (Valladeau, 2006; Merad et al., 2002). Elles représentent entre 2 et 4 % des cellules de l’épiderme et forment un réseau dense de cellules de forme étoilée avec de longues dendrites s’étendant entre les kératinocytes et un corps cellulaire de petite taille (Valladeau, 2006) (Figure 3). Il a été montré que les LC pouvaient étendre leurs dendrites à travers les jonctions serrées entre les kératinocytes pour capturer les Ag à la surface de l’épiderme comme
les microorganismes commensaux ou pathogènes, ou encore, des Ag vaccinaux (Shklovskaya et al., 2011; Ouchi et al., 2011; Kubo et al., 2009). Ces cellules possèdent des organites intra-cytoplasmiques spécifiques permettant de les identifier : les granules de Birbeck (Birbeck et al., 1961) (Figure 3).
Figure 3: Les cellules de Langerhans dans l’épiderme.
Le marquage immunohistochimique du CD207 (A et B) dans l’épiderme humain permet de visualiser le réseau de LC (A) et montre la morphologie très caractéristique des LC avec un petit corps cellulaire et de longues dendrites infiltrées entre les kératinocytes (B). Par microscopie électronique à transmission, les granules de birbeck sont visualisés. Ils présentent une forme de racket de tennis et sont typiques des LC (C). Le marquage du CMH II (vert) par Immunohistofluorescence dans l’épiderme de souris (D et E) permet de visualiser le réseau de LC (D). Le comarquage entre le CMH II (vert) et la langérine (rouge) est également mis en évidence. Les noyaux cellulaires sont marqués au DAPI (bleu) (E). (Romani et al., 2010; Pearton et al., 2010)
Cette population de DC exprime le CD45, marqueur des leucocytes, et le CD33, le CD13 et le CD11c de façon plus modérée, marqueurs associés à la lignée myéloïde (Valladeau, 2006). Chez l’homme, les LC sont caractérisées par une forte expression de HLA-DR, CD1a et de la langérine (CD207) (Klechevsky et al., 2008). Actuellement le CD207 n’a été identifié dans la peau humaine que dans les cellules de Langerhans, bien que chez la souris, plusieurs sous-populations de DC distinctes des Langerhans expriment ce marqueur (Henri et al., 2010; Nagao et al., 2009; Bursch et al., 2007). Les LC expriment également la E-Cadherine (Klechevsky et al., 2008; Bobr et al., 2012) et la Ep-CAM (Nagao et al., 2009; Chu et al., 2011), des molécules d’adhésions permettant leur interaction avec les kératinocytes (Valladeau and Saeland, 2005).Lors du processus de migration, les LC rétractent leurs dendrites et quittent l’épiderme (Pearton et al., 2010) pour se rendre dans le nœud lymphatique (NL) drainant la région cutanée, où elles présentent l’Ag aux lymphocytes T (Villablanca and Mora, 2008). La migration est associée à une diminution de l’expression de la E-Cadherine et de la Ep-CAM (Bobr et al., 2012) et à des signaux cytokiniques et chimiokiniques (Griffiths et al., 2005). Les cytokines IL-1β et TNF-α jouent un rôle essentiel dans le processus de migration de ces cellules (Villablanca and Mora, 2008; Cumberbatch et al., 1997). En effet lors d’une activation, les LC produisent de l’IL-1β, qui se fixe sur son récepteur exprimé par les kératinocytes. Les kératinocytes produisent en réponse du TNF-α, qui interagit avec le récepteur au TNF exprimé par les LC et ainsi permet leur migration (Griffiths et al., 2005; Cumberbatch et al., 1997). L’interaction entre les chimiokines et leurs récepteurs à la surface des LC est une autre composante indispensable à la migration des LC. Il a été montré chez l’homme par Ouwehand et son équipe, que lors d’une inflammation, le départ des LC de l’épiderme vers le derme est dépendante de l’interaction entre le CXCR4, surexprimé par les LC en condition inflammatoire et son ligand le CXCL12 produit par les fibroblastes au cours de l’inflammation (Ouwehand et al., 2008). En outre, la surexpression du CCR7 par les LC n’a lieu que dans une phase tardive de la maturation des LC, quand celles-ci sont dans le derme (Ouwehand et al., 2008). À ce stade, l’entrée des LC dans les vaisseaux lymphatiques ainsi que leur migration dans les NL est dépendante de leur expression du CCR7 qui interagit avec les chimiokines CCL19 et CCL21 (Villablanca and Mora, 2008; Griffiths et al., 2005). Même en condition normale, des LC sont présentes dans les NL (Ohl et al., 2004), ce qui montre que ces cellules peuvent quitter l’épiderme pour migrer dans les NL en absence d’inflammation et de signaux de danger (Zaba et al., 2009).
Beaucoup de travaux ont été menés pour comprendre l’origine des LC et leur renouvellement (Merad et al., 2008), qui est distinct des autres types de DC (Haniffa et al., 2013) (Figure 4), en condition normale et inflammatoire chez la souris. Bien que leur origine ait longtemps été controversée, il est maintenant admit que les LC sont des cellules d’origine myéloïde (Hoeffel et al., 2012). Cependant, contrairement aux autres DC, les LC ne sont pas dépendantes du flt3L et de son récepteur (Ginhoux et al., 2009). Par contre leur établissement et leur maintenance sont dépendants de l’interaction entre le récepteur du CFS-1 et l’IL34 comme le montre les travaux obtenus chez la souris (Greter et al., 2012). Le TGF-β1 est également essentiel dans l’homéostasie des LC (Kaplan et al., 2007).Les études réalisées chez la souris montrent que l’établissement des LC dans l’épiderme se fait avant la naissance. Une première vague de précurseurs provenant du sac vitellin colonise l’épiderme embryonnaire puis une deuxième et majoritaire vague de précurseurs provenant du foie fœtal colonise à son tour cet épiderme (Hoeffel et al., 2012), établissant ainsi les pools de précurseurs de LC qui renouvelleront les LC dans l’épiderme après la naissance et durant la vie adulte en condition physiologique.
Lors d’une blessure, d’un traitement aux UV, d’une immunisation, les LC peuvent être mobilisées et quitter l’épiderme en réponse à ces conditions inflammatoires. Le repeuplement de l’épiderme par de nouvelles LC se fait en deux temps comme démontré dans le modèle murin. Premièrement, des précurseurs sanguins, les monocytes inflammatoires (CCR2+) migrent très rapidement dans l’épiderme et se différencient pour donner des LC à courte durée de vie, qui disparaissent au bout de quelques semaines. Ces cellules expriment un faible niveau de CD207, et d’Ep-CAM et un fort niveau de CD11b. Cette première vague est suivie d’un recrutement dans l’épiderme de précurseurs de la moelle osseuse qui donneront eux les LC à longue durée de vie. Ces LC expriment quant à elles fortement le CD207 et Ep-CAM et expriment plus faiblement le CD11b. Le renouvellement des LC en condition inflammatoire se fait donc à partir de 2 précurseurs différents (Seré et al., 2012). En condition normale, les LC ont un taux d’auto-renouvellement très lent, ce qui est montré dans des modèles de greffe de peau chez la souris et chez l’homme où les LC d’origine du donneur restent dans l’épiderme pendant plusieurs mois voire plusieurs années en absence d’inflammation (Koch et al., 2006). Toujours en absence d’inflammation, les modèles de greffe de moelle montrent que les LC restent d’origine du receveur et ne sont pas remplacées par des précurseurs de moelle osseuse (Helft et al., 2010; Merad et al., 2002). Les expériences chez les souris parabiotiques, montrent elles aussi, qu’il n’y a pas de mélange de LC donneur/receveur, et que malgré une circulation sanguine commune, les LC des deux individus restent dans leur épiderme respectif (Helft et al., 2010; Merad et al., 2002). Ces résultats confirment l’existence de précurseurs locaux capables de renouveler le stock de LC en condition normale. En effet 2 à 3% des LC sont en cycle, témoignant de leur capacité à se multiplier (Merad et al., 2008; Helft et al., 2010). Par contre après inflammation, les LC présentent les mêmes origines que les cellules de moelle et sont donc renouvelées par des précurseurs circulants (Merad et al., 2002). Ces résultats tendent à montrer qu’il existe plusieurs précurseurs différents capables de renouveler le stock de LC en condition normale et en condition inflammatoire.
Bien que les LC aient été beaucoup étudiées in vivo, chez la souris et chez l’homme et in vitro, à partir de LC dérivées de précurseurs CD34+ (BM-LC) ou de monocytes sanguins (Mo-LC), leurs fonctions immunologiques restent controversées. Les LC sont capables in vitro d’induire une prolifération et une activation des lymphocytes T CD4+ vers un profil Th2 chez l’homme, en sécrétant dans le milieu de l’IL-4, de l’IL-5 et de l’IL-13 (Klechevsky et al., 2008) et d’induire une réponse humorale chez la souris in vivo (Nagao et al., 2009). Elles produisent de l’IL-15, cytokine nécessaire à l’activation des lymphocytes T CD8+, et sont très performantes pour induire leur prolifération et différenciation en lymphocytes cytotoxiques (CTL) comme le montrent les études réalisées avec des LC humaines (Klechevsky et al., 2008; Banchereau et al., 2012). D’autres équipes ont également montré leur capacité à induire une réponse de type Th17 (Mathers et al., 2009; Klechevsky, 2013) et Th22 (Fujita et al., 2009; Klechevsky, 2013) chez l’homme. L’équipe de Nagao a également démontré l’importance des LC murine dans l’induction d’une réponse humorale protectrice, totalement abolie en cas de déplétion de cette sous-population de DC (Ouchi et al., 2011). Les études réalisées chez l’homme sur la capacité de cross-présentation des LC ne sont pas toutes en accord, bien que certains les décrivent comme d’excellentes cellules cross-présentatrices (Klechevsky et al., 2008), d’autres démontrent leur modeste capacité dans ce domaine par rapport à d’autres populations de DC du derme (Haniffa et al., 2012). Des études montrent également l’importance des LC dans le maintien de la tolérance chez l’homme (Seneschal et al., 2012) et chez la souris (Shklovskaya et al., 2011). Fasekas de St Groth et son équipe ont montré in vitro et in vivo le rôle des LC dans l’induction de la tolérance. Dans des conditions expérimentales ou seules les LC présentent l’Ag, sans rupture de la barrière cutanée, les LC s’activent et maturent mais sont incapables, malgré l’ajout d’adjuvant, d’induire la différenciation des lymphocytes T en effecteurs et en cellules mémoires, contribuant ainsi au maintien de la tolérance (Shklovskaya et al., 2011).
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Table des matières
INTRODUCTION
A- Les mécanismes de la vaccination
B- La peau un organe de choix pour la vaccination
I- La vaccination par voie intradermique
II- La peau
1. L’épiderme
2. La jonction dermo-épidermique et le derme
III- Les cellules importantes dans l’immunité de la peau
1. Les cellules présentatrices d’antigènes
a. Généralité sur les cellules dendritiques
b. Les DC de l’épiderme: Les cellules de Langerhans
c. Les cellules dendritiques du derme
d. Les monocytes/macrophages
2. Les lymphocytes de la peau
3. Les granulocytes ou cellules polynucléaires
4. Les kératinocytes
IV- Les Noeuds lymphatiques drainant la peau
C- La vaccination et les besoins en stratégies innovantes
I- Les stratégies de vaccination
1. Stratégies classiques
2. Les nouveaux vaccins
II- Les vaccins ADN
1. Principe et intérêt
2. Efficacité chez le petit animal de laboratoire
3. Efficacité chez les gros animaux de laboratoire et premiers essais chez l’homme
4. Stratégie permettant d’optimiser l’efficacité des vaccins ADN
a. Adjuvants
b. Système de délivrance
c. Optimisation du vecteur ADN
d. Stratégie de prime-boost
5. Le rôle des cellules transfectées
OBJECTIFS
APPROCHES EXPERIMENTALES
A- Le choix du modèle animal
I- Pertinence du modèle animal
II- Le macaque
B- Le choix du modèle vaccinal
I- Le vaccin ADN anti-VIH auxo-GTUmultiHIVB
1. Les vecteurs nucléiques GTU et auxo-GTU
2. Le vecteur nucléique auxoGTUmultiHIVB
II- Immunogénicité du vaccin auxo-GTU multiHIVB chez le macaque
1. Réponse humorale
2. Réponse cellulaire
III- Production locale d’antigène
IV- Choix de la stratégie de vaccination
RESULTATS
Article 1 : Electroporation mediated intradermal delivery of DNA vaccines in nonhuman primates
Article 2: Development of a twelve-parameter flow cytometry panel to identify skin immune cells in non-human primates
Article 3 : Dynamics of local immune response induce by intradermal auxoGTUmultiSIV DNA vaccine in association with local electroporation
Article 4: Macrophage- and Neutrophil-Derived TNF-α Instructs Skin Langerhans Cells to Prime Antiviral Immune Responses
Résultats complémentaires
DISCUSSION
I- Caractérisation des cellules immunitaires cutanées chez le macaque cynomolgus et similarités avec les populations cutanées humaines
II- Etude de la dynamique de la réponse immunitaire locale induite par le vaccin auxoGTU administré par voie intradermique en association à une électroporation (EP) locale.
1. Évènements cellulaires et moléculaires au niveau du site de vaccination
2. IDEC ou précurseurs de LC
3. L’implication de l’EP et de l’ADN dans la réponse immunitaire précoce
III- Le modèle animal et ses limites
IV- Perspectives : La vaccination par le vaccin ADN auxo-GTU et l’électroporation
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
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