Rôle des cellules dendritiques dans l’immunité

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Les tropismes des virus de l’immunodéficience

Le tropisme cellulaire et tissulaire du VIH-1 est important car il s’est révélé prédictif de l’effet cytopathogène et de la progression de la maladie (Burger and Hoover 2008; Connor et al. 1997).
La compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans ce tropisme constitue une piste thérapeutique pour améliorer les traitements antiviraux. Le récepteur CD4 a été le premier récepteur identifié pour le VIH-1 (Dalgleish et al. 1984) puis pour le VIH-2 et le SIV (Sattentau et al. 1988). Par la suite, les récepteurs aux chimiokines, principalement CCR5 et CXCR4, ont été identifiés comme des corécepteurs essentiels pour l’entrée du virus (H. Deng et al. 1996; Doranz et al. 1996).

Le récepteur CD4 au VIH

Le récepteur CD4 est une glycoprotéine monomère de 58 kDa qui est exprimée à la surface cellulaire d’environ 60% des lymphocytes T circulants sur les précurseurs des cellules T dans la moelle osseuse et le thymus, sur les monocytes/macrophages, les cellules dendritiques et les cellules microgliales du système nerveux central.
La molécule CD4 agit comme un corécepteur de la molécule du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMH-II). Il augmente l’avidité du complexe ternaire entre le CMH-II associé à un peptide et le récepteur des cellules T (TCR) au cours de la présentation antigénique. Le récepteur CD4 est le récepteur cible du virus VIH (Klatzmann et al. 1984).
L’implication du récepteur CD4 dans l’infection fut montrée par l’action d’anticorps monoclonaux anti-CD4 qui bloquaient l’entrée du virus dans les cellules cibles (Dalgleish et al.1984). Par la suite, le clonage et la transfection du gène CD4 dans des lignées cellulaires humaines les rendirent permissives à l’infection et à la réplication du VIH-1 (Maddon et al.1986). Aussi, les dynamiques d’interaction entre le CD4 et la protéine virale gp120 induisent des modifications conformationnelles de la protéine gp120 en favorisant son association aux corécepteurs cellulaires, CCR5 et/ou CXCR4 et renforçant ainsi la fusion entre la protéine virale gp120 et le récepteur CD4 (Myszka et al. 2000).

Les co-recepteurs et tropisme cellulaire

Des études d’infection in vitro ont montré que certaines chimiokines inhibaient l’infection par le VIH-1, laissant penser à un rôle clé de leurs récepteurs (Cocchi et al. 1995). Par la suite, l’identification des récepteurs de chimiokines (récepteurs à sept passages transmembranaires), CCR5 (tropisme macrophagique : nommé virus R5) et CXCR4 (tropisme lymphocytaire : nommé virus X4) furent décrits comme les co-récepteurs du VIH-1 (H. Deng et al. 1996; Doranz et al. 1996). Dans une moindre mesure, l’interaction entre les protéines virales peut aussi passer par d’autres co-récepteurs, parmi lesquels, CCR2b, CCR3, CCR8, STRL33, GPR1, et GPR15 (Clapham and McKnight 2002).
Les souches virales transmises in vivo sont dans leurs grandes majorités de type R5 (Zhu et al. 1993) et dans une moindre mesure X4. De plus, les souches R5 semblent être la population virale prédominante présente immédiatement après la séroconversion et pendant la phase asymptomatique, alors que les virus X4 sont rarement retrouvés chez les patients récemment infectés (Biesinger and Kimata 2012).
Au cours de la progression de la maladie, quand des souches X4 émergent, les lymphocytes T CD4 naïfs sont préférentiellement infectés (Saracino et al. 2013). Les cellules lymphocytaires mémoires, notamment les sous-populations de lymphocytes T CD4 souches mémoires (TSCM) , forment le réservoir viral avec une dominance tropique X4 (J M Brenchley and Douek 2008).
Le récepteur CCR5 joue clairement un rôle important dans les événements initiaux de transmission et diffusion virale systémique.
En effet, des études d’infection SIV sur les primates non-humains ont montré que les cellules dendritiques mucosales (à tropisme macrophagique X5) étaient les premières cellules infectées (Spira et al. 1996; Zaitseva et al. 1997). Cela est favorisé par l’expression du récepteur CD4 et des co-recepteur CXCR4 et CCR5 au VIH-1 sur ces cellules dendritiques (Kawamura et al. 2003; B. Lee et al. 1999; Smed-sörensen et al. 2005).

Les phases cliniques de l’infection

La physiopathologie du VIH conduit à une immunodéficience sévère, le SIDA. En l’absence de traitement, cette infection évolutive se déroule en 3 phases successives : la primo-infection ou phase aigüe pouvant être asymptomatique, la phase chronique correspondant à la phase de latence clinique, souvent asymptomatique et le stade SIDA, phase terminale pathologique.

La primo-infection

Plus de 80% des adultes infectés par le VIH-1 sont infectés par l’exposition des muqueuses vaginales ou rectales au virus. Les 20% restants sont infectés par des inoculations percutanées ou intraveineuses (UNIAIDS 2012). Immédiatement après l’exposition et la transmission, le VIH-1 se réplique activement dans la muqueuse, la sous-muqueuse puis le virus et/ou les cellules infectées rejoignent les tissus lymphoïdes drainants (Xu, Wang, and Veazey 2013).
Cette phase dite d’éclipse, durant laquelle le virus n’est pas détectable au niveau plasmatique, peut durer de 7 à 21 jours (Keele et al. 2008). Par la suite, le virus se réplique fortement permettant la détection des ARN viraux au niveau plasmatique avec le pic de réplication entre 14 et 25 jours post-infection (Kløverpris et al. 2016; Little et al. 1999). Les étapes qui définissent l’infection aiguë et précoce du VIH-1 sont caractérisées par l’apparition séquentielle de marqueurs viraux et la mise en place de la réponse anticorps permettant une classification clinique des différentes phases de la primo-infection (Fiebig et al. 2003) (Figure 4).
Figure 4: Les phases cliniques de la primo-infection du VIH-1 (Nature Reviews, 2011).
Le virus se réplique rapidement et se propage à travers le corps vers d’autres tissus lymphoïdes, en particulier le tissu lymphoïde associé à l’intestin (GALT, gut-associated lymphoid tissue), où les lymphocytes T CD4 mémoires activés sont présents en nombre élevé (Jason M Brenchley et al. 2004). Environ 20% des lymphocytes T CD4 du GALT sont infectés, entrainant une forte apoptose avec 80% des cellules qui sont épuisées (Mattapallil et al. 2005). Ce processus provoque la libération de microparticules apoptotiques qui possèdent des propriétés immunosuppressives et favorisent la propagation virale. Le pic viral coïncide également avec une « tempête de cytokines » inflammatoires (Keating et al. 2016; Roberts et al. 2010) produites par différentes cellules de la réponse innée. Cette « tempête cytokinique » joue un rôle dans la mortalité des cellules T CD4 et contribue à une forte activation cellulaire, nocive pour l’homéostasie immunitaire. Au cours des dernières étapes de la primo-infection, on observe une stabilisation de la virémie plasmatique (viral set point) avec l’initiation de la réponse T CD8 spécifique parallèlement à un nombre de lymphocytes T CD4 qui revient à des niveaux presque normaux dans le sang mais pas dans le GALT (Mattapallil et al. 2005). Parallèlement, on observe la mise en place de la réponse anticorps 3 à 4 semaines après l’infection (Tomaras et al. 2008). A ce stade, la dissémination virale est avancée avec les réservoirs viraux qui se sont déjà formés.

La phase de latence clinique

Suivant la période de primo-infection, il existe habituellement une période relativement longue qui se caractérise par aucune, voire, le cas échéant, de rares manifestations cliniques. Les estimations actuelles du temps moyen de l’infection par le VIH-1 amenant au stade SIDA varient de 8 à 12 ans. Cette intervalle de temps entre l’infection et le développement varie considérablement d’un individu à l’autre (Lemp et al. 1990). En absence de traitement antirétroviral (ARV), le virus continue à se répliquer à des niveaux variables selon les individus.
Les erreurs non corrigées de la transcriptase inverse contribuent à l’échappement du VIH-1 avec une sélection rapide des virus mutés qui abrogent la reconnaissance des antigènes viraux par la réponse immunitaire adaptative, les anticorps neutralisants et les lymphocytes T cytolytiques (Hunt et al. 2008; Wei et al. 2003). Le taux des lymphocytes T CD4 et CD8 activés (HLA-DR+CD38+) continue d’augmenter, associé à une apoptose cellulaire exacerbée (Hunt et al. 2008). Pendant cette phase, la latence virale se poursuit au niveau des réservoirs viraux dans les cellules T CD4 mémoires (Siliciano et al. 2003). Cette latence permet au virus de survivre et de se réactiver malgré la pression exercée par la réponse immunitaire ou les traitements antirétroviraux (Pace et al. 2011; Wong et al. 1997). On observe également une transition du profil monocytes classiques CD14hiCD16low vers le profil monocytes inflammatoires CD14lowCD16hi, témoins d’un environnement inflammatoire fort (Thieblemont et al. 1995).

La phase SIDA

Le stade SIDA est défini par un nombre de lymphocytes T CD4 circulants inférieur à 200 cellules par microlitre et par la survenue d’évènements cliniques. Il a été montré qu’il existe une forte corrélation entre le délai de temps pour développer un SIDA et la charge virale en fin de phase primaire d’infection (Mellors et al. 1996). En effet, les personnes ayant des charges virales élevées en fin de phase aiguë ont une période de progression trois fois plus rapide que les personnes dont les charges virales se situent dans les niveaux les plus bas. Les mécanismes cellulaires accompagnant le stade SIDA correspondent à une mortalité cellulaire accrue, une activation immunitaire forte, un « switch » du profil de lymphocytes T CD4-Th1 vers un profil cellules T CD4-Th2 libérant des facteurs solubles tolérogènes qui inhibent la réponse immunitaire et induisent une forte reprise de la réplication virale. On observe aussi une diminution de la réponse cellulaire anti-VIH et une forte diminution des fonctions cytolytiques des lymphocytes T CD8 cytotoxiques qui meurent par apoptose (Langford, Ananworanich, and Cooper 2007).
L’ensemble de ces dysfonctions marquent la progression finale de la maladie. Ce syndrome d’immunodépression se manifeste par le développement d’infections opportunistes et de cancers (pneumocystose, toxoplasmose, infections virales notamment les virus de la famille des herpès, infections mycobactériennes, sarcome de Kaposi, lymphomes, etc).

Les patients « Elite Controllers »

Certains patients peuvent contrôler naturellement la réplication virale à long terme sans traitements antirétroviraux (ARV) et limiter de manière naturelle l’impact de l’infection par le VIH-1 sur le système immunitaire. Environ 5 à 15% des personnes infectées par le VIH-1 sont capables de maintenir stable un nombre de lymphocytes T CD4 supérieur à 500 cellules par microlitre de sang pendant au moins 5 ans en l’absence de traitement antirétroviral. Ces patients sont qualifiés de « non progresseurs à long terme » (NTLP) (Okulicz et al. 2009). Au sein de ce groupe, un nombre plus faible d’individus (moins de 1% des personnes infectées par le VIH-1) sont des patients, dits « Elite Controllers » (EC). Ils correspondent à des patients infectés depuis plus de 5 ans qui ont été capables de maintenir, en l’absence de traitement antirétroviral, une charge virale inférieure à 400 copies/mL au fil des 5 dernières mesures de charges virales (Okulicz and Lambotte 2011). En 2011, l’équipe d’Asier Sáez-Cirión a montré une susceptibilité moindre à l’infection et à la réplication du VIH-1 dans les macrophages et les lymphocytes T CD4+ des patients « EC ». Ces patients présentaient une charge virale faible grâce à différents mécanismes de restrictions (Sáez-cirión et al. 2011). Différents facteurs virologiques, génétiques et immunitaires ont été étudiés pour expliquer ce phénotype particulier. Plusieurs études ont associé des allotypes HLA spécifiques avec des taux différentiels de progression vers la maladie. Les allèles, dits protecteurs HLA-B*27 et HLAB* 57, se sont révélés être associés à une progression retardée de la maladie (Kaslow RA 1996) et se retrouvent surreprésentés chez les patients « EC » (Lambotte et al. 2006; Pereyra et al. 2008). Ces allèles protecteurs sont également associés à une activité cytotoxique des lymphocytes T CD8 + spécifiques au VIH-1 plus forte chez certains patients EC par rapport aux patients « progresseurs » (Owen et al. 2010). Cette fonction cytolytique, contre les cellules infectées, est liée à un phénotype polyfonctionnel de ces cellules T CD8+ VIH-spécifique avec une plus forte sécrétion de cytokines antivirales (Betts et al. 2006a; Owen et al. 2010) et de protéines lytiques (granzyme, perforine) (Hersperger et al. 2010; Stephen A Migueles et al. 2008). Ces cellules T CD8 VIH-spécifiques semblent aussi moins promptes à l’apoptose cellulaire décrite chez les patients « progresseurs » (J. Yan et al. 2013).
Chez les patients « EC », l’activité antivirale des cellules T CD8 VIH-spécifiques est aussi particulièrement efficace dans l’élimination des lymphocytes T CD4 infectés par le virus (Saez- Cirion et al. 2007). Une autre caractéristique des patients « EC » est la présence peu fréquente d’anticorps neutralisants malgré une immunité cellulaire accrue (Lambotte et al. 2009; Pereyra et al. 2008). Ce phénomène pourrait s’expliquer par une corrélation négative entre des anticorps neutralisants et des charges virales plus élevées qui ne semblent pas jouer un rôle protecteur dans la progression de la maladie (Euler et al. 2010). La compréhension des différents mécanismes décrits chez les patients « EC » est toujours d’actualité et n’explique pas encore le contrôle naturel de la virémie. Il demeure donc d’autres facteurs physiopathologiques à caractériser, parmi lesquelles les phénomènes d’activation immunitaire chronique qui sont aussi décrits chez ces patients (Hunt et al. 2008; Noel et al. 2014). Cela aboutira à une meilleure compréhension des mécanismes induisant une progression plus ou moins rapide de l’infection par le VIH-1.

Mécanismes physiopathologiques de l’infection

La pathogenèse de l’infection par le VIH se caractérise par un épuisement du pool de lymphocytes T CD4 qui va aboutir à une immunodéficience. Cet effet s’accompagne d’une activation chronique qui entraine une immunosuppression fonctionnelle du système immunitaire et un état d’inflammation qui sous-tendent un risque accru de complications observées chez les patients VIH-1 positifs. Une réponse immunitaire inadéquate est à l’origine de réplications virales soutenues, qui jouent en faveur d’une activation immunitaire continue.
Des nombreux travaux se sont intéressés à disséquer le rôle de l’activation immunitaire et de l’inflammation dans le vaste spectre des complications observées dans la maladie. Ces études sont essentielles pour identifier de potentiels corrélats de protection immunitaire contre le VIH (Figure 5). Figure 5: Schéma de la pathogénèse de l’infection au VIH avec les atteintes cellulaires et leurs conséquences fonctionnelles qui conduisent au stade SIDA (D’après Appay et al. 2008).

Altérations immunologiques induites par l’infection au VIH

Un effet délétère de l’infection par le VIH/SIV sur l’homéostasie cellulaire s’accompagne d’un niveau élevé de réplication virale dans les tissus lymphoïdes, ainsi que d’un épuisement massif des lymphocytes T CD4 dans le tractus gastro-intestinal et les organes lymphoïdes secondaires (Mattapallil et al. 2005). Par ailleurs, des dysfonctions des cellules de la réponse immunitaire innée contribuent à l’infection primaire puis à la progression de la maladie (Espíndola et al. 2016).

Les médiateurs de la réponse immunitaire innée

Les premiers sites d’infections se situent au niveau des muqueuses rectales ou vaginales qui sont des tissus riches en cellules dendritiques (DCs) et macrophages qui comptent parmi les premières cellules cibles du virus. Ces cellules présentatrices d’antigènes (CPA) sont souvent infectées par le VIH in vivo, grâce à l’expression de récepteurs cibles, CD4 et CCR5 (A Granelli-Piperno et al. 1996). L’effet cytolytique et réplicatif est moindre que dans les cellules lymphocytaires (McIlroy et al. 1995) leur permettant de servir de réservoirs viraux surtout pour les cellules macrophages (D. Brown and Mattapallil 2014). Ces cellules présentent une capacité forte de rétention des particules virales dans des compartiments viraux intracellulaires (VCC, Virus-Containing Compartments) (Gaudin et al. 2013). Ainsi les macrophages infectés peuvent être une source pour la transmission virale, mais sont aussi les cellules sécrétrices de médiateurs solubles tels que des cytokines inflammatoires (TNFα, l’IL-1, l’IL-6 et l’IL- 10), ainsi que de chimiokines chimio-attractantes qui induisent un recrutement des cellules T CD4, cibles du VIH (Koppensteiner and Wu 2012). Des études d’infection in vitro de macrophages par le VIH- 1 montrent une inhibition des capacités de phagocytose et de digestion des pathogènes environnants (Baldwin et al. 1990) qui vont conduire à la formation d’un environnement inflammatoire soutenu et à l’apparition d’infections opportunistes.
Les défauts dans la fonction de présentation des antigènes par les cellules dendritiques (DC) contribuent à l’évasion du virus et à la pathogenèse virale. Les DC dérivées du sang périphérique de patients infectés par le VIH-1 montrent une réduction de leur efficacité de stimulation des cellules T allogéniques (Donaghy et al. 2003), un défaut de maturation avec une expression faible des marqueurs d’activation et de co-stimulation (HLA-DR, CD86, CD83) ainsi qu’une altération de la production de cytokines (faible sécrétion d’IL1β et IL-12p70 et forte induction d’IL-10) (Majumder et al. 2005). Cette suite de phénomènes aboutit à mettre en place un environnement immunosuppresseur favorable au virus (Angela Granelli-Piperno et al. 2004).
Ces données suggèrent que l’infection par le VIH-1 nuit à la réponse immunitaire innée qui permettra l’induction d’une immunité adaptative antivirale inefficace.

Table des matières

Introduction
I- Physiopathologie de l’infection par le VIH et le SIV.
A- Organisation génomique et cycle réplicatif du VIH/SIV
a- Le virus
b- Le cycle viral
B- Les tropismes des virus de l’immunodéficience
a- Le récepteur CD4 au VIH
b- Les co-recepteurs et tropisme cellulaire
C- Les phases cliniques de l’infection
a- La primo-infection
b- La phase de latence clinique
c- La phase SIDA
d- Les patients « Elite Controllers »
D- Mécanismes physiopathologiques de l’infection
a- Altérations immunologiques induites par l’infection au VIH
b- Activation immunitaire et inflammation : moteurs de la pathologie
c- Conséquences de l’activation/inflammation du système immunitaire : senescence, exhaustion et apoptose cellulaire
E- Intérêt du modèle simien dans l’infection VIH
a- Les modèles d’infection « non progresseurs » : hôtes naturels
b- Les modèles d’infection progresseurs
c- Intérêts des modèles simiens d’infection
II- Rôle des cellules dendritiques dans l’immunité
A- Ontogenèse des cellules dendritiques
B- Les différentes populations de cellules dendritiques (DCs)
a- La sous-population cDC1 (CD141+)
b- La sous-population cDC2 (CD1c+)
c- Les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC)
C- Les cellules dendritiques au cours de l’infection à VIH/SIV
a- Dysfonctions des cDCs en faveurs de l’échappement du VIH-1
b- Rôle des cDC dans la primo-infection par le VIH-1
c- Les cDC dans les réponses immunitaires chez les patients contrôleurs.
d- Les dysfonctions des cellules dendritiques dans le modèle primate non-humain.
III- La famille multigénique des récepteurs LILR
A- Une organisation structurale et fonctionnelle qui distingue deux groupes de LILR
a- Les domaines intracellulaires définissent deux groupes de LILR
b- Les ligands des récepteurs LILR
c- Les orthologues des récepteurs LILR chez les modèles murins et simiens.
B- Rôle immuno-modulateur des récepteurs LILR dans les réponses immunitaires et les pathologies
a- Le rôle des récepteurs LILR dans le microenvironnement tumoral
b- Action des récepteurs LILR dans l’auto-immunité
c- Les récepteurs LILR dans la tolérance aux greffes d’organes
d- Les récepteurs LILR dans les pathologies infectieuses
C- Rôle des récepteurs LILR dans l’infection par le VIH-1
a- Interactions entre les ligands HLA-I et les récepteurs LILR : déterminants génétiques sur la pathogenèse virale
b- Impact des mutations virales d’échappement sur l’interaction entre les molécules HLA classe I et les récepteurs LILR
c- Rôle des LILRs sur la régulation des réponses immunitaires induites au cours de l’infection par le VIH-1
Objectifs
Résultats
Article: Early SIV and HIV infection promotes the LILRB2/MHC-I inhibitory axis in cDCs
Résultats non publiés
Les transcrits des gènes LILRs et du CMH classe I sont modulés au cours des premiers jours de
l’infection par le SIV.
Le récepteur LILRB2 et les ligands CMH classe I sont faiblement induits chez les singes contrôlant leur virémie.
La stimulation des voies TLR7/8 en synergie avec l’action de l’IL-10 potentialise l’expression de
LILRB2 sur les cellules dendritiques dérivées de monocytes humaines (MoDC).
L’expression de LILRB2 est régulée dans les cDC isolées du sang par les IFN de type I, l’IL-10 et
le TNF-a.
L’expression de LILRB2 diminue à la surface des cDC du sang co-incubées avec le virus chikungunya.
Discussion
Conclusion et Perspectives
Bibliographie

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