Le rôle du récepteur NOD2 : un régulateur de
l’infection virale et de la réponse inflammatoire
Thèse
Benoit Egarnes
Doctorat en médecine expérimentale -
Philosophiae doctor (Ph.D.)
Québec, Canada
© Benoit Egarnes, 2018
Le rôle du récepteur NOD2 : un régulateur de
l’infection virale et de la réponse inflammatoire
Thèse
Benoit Egarnes
Sous la direction de :
Résumé
Trois classes majeures de récepteurs de l’immunité innée sont reconnues pour être impliquées dans la reconnaissance de pathogènes : les Toll-like receptors (TLRs), les Retinoic acid-inducible gene I-like receptors (RLRs) ainsi que les Nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors (NLRs). NOD2, un des membres de la famille des NLRs, a été initialement reconnu comme étant impliqué dans la reconnaissance du muramyl dipeptide (MDP), un composé de la paroi de peptidoglycane bactérienne. NOD2 est également connu pour être un facteur de risque associé à plusieurs maladies inflammatoires humaines, en particulier la maladie de Crohn et le syndrome de Blau. Récemment, il a été démontré que NOD2 a également la capacité de reconnaitre des motifs viraux à ARN simple brin, tel que celui du virus de l’influenza du type A. Bien que les fonctions antimicrobiennes de NOD2 soient maintenant supportées par de nombreuses études, son rôle dans la réponse inflammatoire reste à clarifier. Chez les patients atteints de la maladie de Crohn, il n’est pas clair à l’heure actuelle si les mutations dans le gène NOD2 sont liées à une incapacité de contrôler l’élimination bactérienne, ou si l’inflammation résulte d’une non régulation de la réponse inflammatoire. Dans notre laboratoire, nous avons mis en évidence que le traitement avec le MDP peut influencer l’homéostasie immunitaire dans divers modèles inflammatoires chez la souris. Le but de ce travail de recherche fut d’investiguer les populations cellulaires et les éventuels mécanismes sous-jacents à l’activation de la voie NOD2 par le MDP et de déterminer leurs implications dans le contrôle de la réponse inflammatoire, à l’aide de différents modèles murins. Ces études nous ont permis d’approfondir les divers mécanismes potentiels ainsi que les populations cellulaires impliquées dans la réponse immunitaire liée à l’activation de NOD2 par le MDP. Les résultats des études regroupées dans cette thèse soulignent le rôle de la voie NOD2 dans le contrôle de l’inflammation. En effet, nous avons mis en évidence le rôle de NOD2 dans le développement des monocytes patrouilleurs Ly6Clow, des macrophages alvéolaires (MA) ainsi que des lymphocytes T régulateurs (Treg) et leur implication dans la régulation de l’inflammation lors d’une infection par le virus de l’influenza. Ces travaux de recherche ont permis d’accroitre notre compréhension de la voie NOD2 et de son effet bénéfique dans le contrôle de l’inflammation et suggèrent que
cela pourrait constituer une cible thérapeutique intéressante pour le traitement de maladies inflammatoires et virales.
Abstract
Three major classes of innate immunity receptors are known to be involved in pathogen recognition: the Toll-like receptors (TLRs), the Retinoic acid-inducible gene I-like receptors (RLRs), and the Nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors (NLRs). NOD2, a member of the NLR family, was initially known to be involved in the recognition of muramyl dipeptide (MDP), a compound of the bacterial peptidoglycan wall. NOD2 is suspected to be associated with inflammatory diseases such as Crohn's disease and Blau's syndrome. Recently, NOD2 receptor was shown to have the capacity to recognize viral single-stranded RNA motifs, such as Influenza A virus. However, although the antimicrobial functions of NOD2 are now supported by numerous studies, its role in the inflammatory response remains to be clarified. In patients with Crohn disease, it is unclear whether the mutations in NOD2 lead to an inability to control bacterial clearance, or if the inflammation results from a non-regulation of the inflammatory response. In our laboratory, we highlighted that MDP treatment could control immune homeostasis in various inflammatory models in mice. The purpose of this work was to investigate the cell populations and the eventual mechanisms underlying the activation of the NOD2 pathway by MDP and determine their implications for controlling the inflammatory response using different murine models. These studies allowed us to deepen the various potential mechanisms as well as the cell populations involved in the immune response linked to the activation of NOD2 by MDP. The results underline the promising role of the NOD2 pathway in the control of inflammation. Indeed, we highlighted the role of NOD2 in the development of Ly6Clow patrolling monocytes, alveolar macrophages and Treg cells and their involvement in the regulation of inflammation, during influenza A virus infection. This work has therefore increased our understanding of the NOD2 pathway and its beneficial effects in the control of inflammation and suggests that it could be an interesting therapeutic target to treat inflammatory and viral diseases.
Table des matières
Résumé ………..iii
Abstract ... v
Table des matières ... vi
Liste de tables ... x
Liste des figures ... xi
Liste des abbréviations ... xii
Remerciements ... xv
Avant-propos ... xvi
1 Introduction ... 1
1.1 L’immunité innée 1 1.1.1 Les récepteurs de l’immunité innée ... 2
1.1.2 Interactions entre le système immunitaire innée et adaptatif ... 7
1.2 Le récepteur NOD2 7 1.2.1 Structure et expression cellulaire du récepteur NOD2 ... 7
1.2.2 Reconnaissance antimicrobienne par le récepteur NOD2 ... 10
1.3 Le rôle du récepteur NOD2 dans l’infection par le virus influenza 11 1.3.1 Infection pulmonaire par le virus influenza... 11
1.3.1.1 Traitements contre l’infection par le virus influenza ... 16
1.3.2 Les cellules pulmonaires activées lors de l’infection par le virus influenza .. 18
1.3.3 Recrutement cellulaire aux poumons lors d’une infection par le virus influenza ... 21
1.3.4 Les mécanismes antiviraux activés lors d’une infection par le virus influenza23 1.4 Les mécanismes de régulation de l’inflammation 25 1.4.1 Le rôle de NOD2 dans l’inflammation... 30
1.4.2 Association de NOD2 aux maladies inflammatoires ... 33
2 Problématique et hypothèses ... 36
3 Chapitre 1 : Conversion des monocytes inflammatoires Ly6Chigh en monocytes Ly6Clow patrouilleurs suite à l’activation de NOD2 ... 38
3.1 Note introductive 38
3.2 Résumé 38
3.3 Triggering of NOD2 Receptor Converts Inflammatory Ly6Chigh into Ly6Clow
3.3.1 Summary ... 38 3.3.2 Introduction ... 39 3.3.3 Results ... 41 3.3.4 Discussion... 49 3.3.5 Experimental procedures ... 51 3.3.6 Authors contributions ... 55 3.3.7 Acknowledgments... 55 3.3.8 Accession Numbers... 55 3.3.9 Bibliography ... 56 3.3.10 Figures ... 61 3.3.11 Supplemental information ... 69
3.3.12 Supplemental Experimental Procedures... 74
4 Chapitre 2 : Les macrophages alvéolaires CD200R+ activés par NOD2 contribuent à contrôler l’infection par le virus influenza et l’inflammation pulmonaire. ... 77
4.1 Note introductive 77 4.2 Résumé 77 4.3 NOD2 triggering leads to the activation of alveolar macrophages and CD200 axis to control influenza infection and lung inflammation 77 4.3.1 Abstract ... 77
4.3.2 Introduction ... 78
4.3.3 Results and discussion... 79
4.3.4 Materials and Methods ... 85
4.3.5 References ... 89
4.3.6 Figures ... 91
4.3.7 Supplemental informations ... 97
5 Chapitre 3 : Contribution des cellules T régulatrices dans la réponse de NOD2 à l’infection par le virus de l’influenza ... 99
5.1 Note introductive 99 5.2 Résumé 99 5.3 Contribution of regulatory T cells in NOD2 response to influenza virus infection 99 5.3.1 Abstract ... 100
5.3.2 Introduction ... 100
5.3.3 Materials and methods ... 102
5.3.4 Results ... 105
5.3.6 Conflict of interest statement ... 112 5.3.7 Author contribution ... 112 5.3.8 Funding... 112 5.3.9 Acknowledgements ... 112 5.3.10 References ... 113 5.3.11 Figures ... 118 6 Chapitre 4 : Discussion ... 125 7 Conclusion ... 136 8 Bibliographie ... 139 9 Annexes ... 162
9.1 Annexe 1: Les monocytes Ly6Clow NR4A1+ contribuent à réduire l’inflammation chez les souris arthritiques 162 9.1.1 Note introductive ... 162
9.1.2 Résumé ... 162
9.2 NR4A1-dependent Ly6Clow monocytes contribute to reducing joint inflammation in arthritic mice through Treg cell 162 9.2.1 Abstract ... 162
9.2.2 Introduction ... 163
9.2.3 Results ... 164
9.2.4 Discussion... 168
9.2.5 Materials and methods ... 170
9.2.6 Acknowledgments... 172 9.2.7 Conflict of interest ... 173 9.2.8 Abbreviations ... 173 9.2.9 Bibliography ... 174 9.2.10 Figures : ... 176 9.2.11 Supporting information ... 187
9.3 Annexe 2: La cytosporone B, un agoniste de NR4A1, contrôle l'infection par le virus de l’influenza et améliore la fonction pulmonaire chez les souris infectées 192 9.3.1 Note introductive ... 192
9.3.2 Résumé ... 192
9.4 Treatment with the NR4A1 agonist cytosporone B controls influenza virus infection and improves pulmonary function in infected mice 192 9.4.1 Abstract ... 192
9.4.3 Materials and Methods ... 194 9.4.4 Results ... 197 9.4.5 Discussion... 200 9.4.6 Acknowledgments... 201 9.4.7 References ... 203 9.4.8 Figures ... 207
Liste de tables
Liste des figures
Figure 1: Schéma des voies de signalisation des TLRs, NLRs et RLRs ... 4
Figure 2: Structure de NOD2 ... 8
Figure 3: Les voies de signalisation majeure dépendante de NOD1 et NOD2 ... 9
Figure 4: Mécanisme général de l’infection virale aux poumons ... 12
Figure 5: Les voies respiratoires et les principaux syndromes causés par des infections virales ... 13
Figure 6: Cibles cellulaires des diverses drogues anti-influenza dans le contexte du cycle de réplication de l’influenza ... 17
Figure 7: Localisation tissulaire des différents types de macrophages ... 19
Figure 8: La réponse inflammatoire ... 26
Figure 9: Développement et caractéristiques des sous-ensembles de monocytes humains et murins ... 32
Liste des abbréviations
ADN Acide désoxyribonucléique
ARN Acide ribonucléique
AMs Alveolar macrophages
ARNm Acide ribonucléique messager
CARD Caspase recruitment domains
CCL Chemokine (C-C motif) ligand
CCR C-C chemokine receptor
C/EBPβ CCAAT/protéine liant l'amplificateur β
CD Cluster differentiation
CDs Cellules dendritiques
CD200L Cluster differentiation 200 ligand
CD200R Cluster differentiation 200 receptor
Clo-lipo Clodronate liposome
CMH Complexe majeure d'histocompatibilité
CMV Cytomegalovirus
CPA Cellules présentatrices d'antigènes
CSF2Rβ Colony Stimulating Factor 2 Receptor Beta
Csn-B Cytosporone B
CTD Carboxy-terminal regulatory domain
CXCL12 Chemokine (C-X-C motif) ligand 12
DAMPs Damage-associated molecular patterns
DAP Diaminopimelic acid
EBV Epstein-Barr virus
FDA Food and Drug Administration
GFP Green Fluorescent Protein
GM-CSF Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor
IAV Influenza A virus
IFNα Interferon alpha
IFNβ Interferon beta
IFNs Interferons type 1
IL Interleukine
IRF3 Interferon regulatory factor 3
IRF7 Interferon regulatory factor 7
LFA-1 Lymphocyte function-associated antigen 1
LRR Leucine rich repeat
LTB4 Leucotriène B4
Ly6C Lymphocyte antigen 6C
LPS Lipopolysaccharide
MA Macrophages alvéolaires
MAVS Mitochondrial antiviral signaling
MCP-1 Monocyte chimioattractant protein 1
MDP Muramyl dipeptide
Mx1 Myxovirus resistance 1
NBD Nucleotide binding domain
NF-κB Nuclear factor-kappa B
NLRs Nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors
NO Nitric oxide
NOD1 Nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 1
NOD2 Nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 2
NR4A1 Nuclear receptor subfamily 4 group A member 1
NS1 Non-structural protein 1
PAMPs Pathogen associated molecular patterns
PB1 Polymerase B1
PB2 Polymerase B2
PBS-lipo PBS-loaded liposomes
PKR Proteine Kinase R
pDC Plasmacytoid dendritic cell
PPAR-γ Peroxisome proliferator-activated receptor gamma
PRRs Pattern recognition receptors
RA Rheumatoid arthritis
RANTES Regulated on Activation Normal T cell Expressed and Secreted
RLRs Retinoic acid-inducible gene receptors
RNPs Ribonucléoprotéines
SLPI Secretory leukocyte protease inhibitor
STIA Serum transfer-induced arthritis
TGF-β Transforming growth factor beta
Th17 T helper 17 cell
TIR The Toll/interleukin-1 receptor
TLRs Toll-like receptors
TNFα Tumor necrosis factor alpha
Tregs Lymphocytes T régulateurs
VIA Virus de l'influenza de type A
VIH Virus de l'immunodéficience humaine
WT Wild type
« Do. Or do not. There is no try » -Yoda-
Remerciements
Tout d’abord j’aimerais remercier madame Sophie Marcus et monsieur Nicolas Neyton, sans qui je n’aurais tout simplement jamais fait d’études. Par votre dévotion au travail, votre bonne humeur et votre capacité à enseigner, vous m’avez donné l’envie de faire des études. Un grand merci à vous deux.
La passion pour la recherche je la dois à la première personne qui m’a engagée en tant que stagiaire il y a de cela 7 ans maintenant, le docteur Georges Lutfalla. Par son enthousiasme et son dynamisme, il a su m’insuffler son intérêt pour la recherche. Les heures passées dans cette petite salle du 3ème étage, ensemble, à répéter mes oraux de Master me servent énormément encore aujourd’hui. Merci Georges.
Je tiens à remercier mon présent directeur de recherche, le docteur Jean Gosselin, pour m’avoir donné l’opportunité de travailler ici, à Québec, et pour m’avoir laissé faire un double programme. Faire un MBA en parallèle d’un doctorat n’a pas toujours été évident, mais il m’a toujours fait confiance sur ma capacité à faire les deux. Ces encouragements m’ont permis de réaliser un beau parcours. Un merci également à Pierrette Côté et au docteur Manon Lebel pour m’avoir aidé tout au long de mon aventure.
Pour finir, je tiens à remercier mes amis de longue date sans qui cette partie de ma vie aurait été strictement impossible à faire. Kenji, Carl, Charlotte, François, Marvin et Meli, votre soutien inconditionnel malgré les kilomètres qui nous séparent, est la chose la plus importante à mes yeux. Tous les matins en me réveillant, vous étiez ma source de motivation pour pouvoir finir ce doctorat. Une bonne partie de ce doctorat je vous le dois. Merci les amis.
Avant-propos
Cette thèse contient les principaux résultats de mes études de doctorat. La première partie est une introduction générale du sujet, comprenant une revue de la littérature appropriée aux différents travaux présentés. La seconde partie décrit ma problématique générale et mes hypothèses de recherche fixées durant ce doctorat. Par la suite, les chapitres 1, 2 et 3 représentent le cœur de ma thèse. Les chapitres 1 et 3 sont des articles publiés dans des journaux scientifiques révisés par des pairs et dans lesquels je suis second et premier auteur respectivement, sous la tutelle du Dr Jean Gosselin. Le chapitre 2 correspond à un article où je suis le premier auteur et qui sera soumis prochainement dans un journal scientifique avec un comité de pairs. À la suite de ces chapitres sera présentée une discussion générale de mes travaux et une conclusion.
1) Lessard, AJ*., Lebel, M*., Egarnes, B., Préfontaine, P., Thériault, P., Droit, A., Brunet, A., Rivest, S., and Gosselin, J. Triggering of NOD2 Receptor Converts Inflammatory Ly6Chigh into Ly6Clow Monocytes with Patrolling Properties Cell reports. (Publié le 22 aout 2017).
*Ces auteurs ont contribué de manière égale. Contributions:
L’élaboration du projet et de son financement ont été apportés par le Dr Jean Gosselin. Anne Julie Lessard, la Dre Manon Lebel et moi avons conduit la majorité des expériences. Le Dr Peter Thériault a participé à l’analyse de certaines expériences. Anne Julie Lessard, le Dr Alexandre Brunet et moi avons contribué à la conduite des analyses de cytométrie en flux. J’ai plus particulièrement dosé les cytokines présentes dans ce papier, notamment à l’aide de CBA et d’ELISA. De plus, l’ensemble des expériences en lien avec l’inflammation systémique causée par le LPS ont été réalisées par moi. Tant le traitement des souris que leurs sacrifices, la récolte du sang et de la rate, ainsi que les marquages au FACS et leurs analyses. La Dre Manon Lebel, Paul Préfontaine et moi avons été en charge des expériences en imagerie intravitales et de leurs analyses. J’ai également réalisé l’ensemble des expériences présentées dans la figure supplémentaire 4. Le Dr Arnaud Droit a réalisé les expériences de transcriptomique. Le Dr Serge Rivest a aidé à concevoir l’étude, analysé les données et révisé le manuscrit. Le Dr Jean Gosselin a conçu l’étude, désigné les expériences, interprété les données et écrit le manuscrit. Je suis le 2ème auteur de cet article publié le 22 aout 2017 dans le journal Cell Reports.
2) Egarnes, B., Gosselin, J. NOD2 triggering leads to the activation of alveoalar macrophages and CD200 axis to control influenza infection and lung inflammation. (Manuscrit en préparation). Contributions :
Le projet a été élaboré et financé par le Dr Jean Gosselin. J’ai initié le projet en 2016 et me suis chargé du design expérimental, des traitements, des infections, des sacrifices et du prélèvement des poumons chez les souris. L’analyse des données fut réalisée par moi. J’ai également effectué l’ensemble des analyses statistiques de cet ouvrage. Le Dr Denis Soulet et son étudiant Jérôme Lamontagne ont réalisé les analyses de coupes de poumons. L’assistance technique pour la réalisation des coupes de poumons a été faite par le Dr Dominic Bastien. Le Dr Jean Gosselin et moi avons contribué à l’interprétation des résultats et à l’écriture du papier. Je suis le 1er auteur de cet article qui sera soumis dans les prochaines semaines.
3) Egarnes, B., Gosselin, J. Contribution of regulatory T cells in NOD2 response to influenza virus infection. Frontiers in Immunology. (Publié le 31 janvier 2018).
Contributions:
L’élaboration du projet ainsi que son financement ont été apportés par le Dr Jean Gosselin. Je me suis chargé du design expérimental et de la réalisation de l’ensemble des expériences de cet article. J’ai traité, infecté et sacrifié les souris, puis récolté les poumons afin de réaliser les différents marquages de cytométrie en flux. J’ai également dosé les cytokines à l’aide de CBA et d’ELISA issus d’homogénats de poumons. De plus, j’ai eu la chance de faire des expériences en microscopie électronique, sur la plateforme du bloc R du CHUL dédié à cet effet. Les colorations à l’hématoxyline et éosine des coupes histologiques de poumons ont été réalisées par le service de microscopie de l’Université Laval. L’analyse et l’interprétation de l’ensemble des données ont été réalisées conjointement par le Dr Jean Gosselin et moi. J’ai également réalisé les analyses statistiques. La rédaction du manuscrit a été réalisée conjointement par le Dr Jean Gosselin et moi. Pierrette Côté fut en charge de la soumission de l’article et de communiquer avec les arbitres et l’éditeur du journal. Le Dr Jean Gosselin et moi avons révisé l’ensemble du manuscrit par la suite. Je suis le 1er auteur de cet article publié le 31 janvier 2018 dans le journal Frontiers in
De plus, j’ai eu la chance au cours de ce doctorat de participer à d’autres projets qui m’ont valu la publication d’articles scientifiques additionnels. Ces articles ont été publiés dans des journaux scientifiques avec comité de pairs. Cependant, ces publications ne seront pas incluses dans le cœur de cette thèse et ont été placés en annexes.
§ NR4A1-dependent Ly6Clow monocytes contribute to reducing joint inflammation in arthritic mice through Treg cells. Brunet, A., Lebel, M., Egarnes, B., Paquet-Bouchard, C., Lessard, AJ., Brown, J., Gosselin, J. European Journal of Immunology, Vol. 46 (12),
2789–2800 (publié le 18 octobre 2016).
§ Treatment with the NR4A1 agonist cytosporone B controls influenza virus infection and improves pulmonary function in infected mice. Egarnes, B., Blanchet, MR., Gosselin, J.
1 Introduction 1.1 L’immunité innée
L’immunité innée constitue la première ligne de défense de l’organisme contre divers pathogènes. Elle réunit un ensemble de mécanismes intervenant rapidement contre la prolifération d’agents potentiellement nocifs pour l’hôte [1, 2]. L’immunité innée, dite naturelle, est formée de barrières visant à garder les virus, bactéries, parasites et autres particules étrangères, hors de l’organisme ou à limiter leur capacité à se propager. Ce système inclut des barrières physiques telles que la peau, le tractus gastro-intestinal et le tractus respiratoire [3-5]. L’immunité innée se caractérise également par diverses sécrétions telles que le mucus, la bile, l’acide gastrique, la salive, les larmes et la transpiration [6-8]. La réponse innée est dite non spécifique [9-11] puisqu’elle réagit de façon similaire à une grande variété de microorganismes, indépendamment des antigènes de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité. Néanmoins, cette première ligne de défense est dans la majorité des cas suffisante pour reconnaître et éliminer les microorganismes.
Outre les différentes barrières physiques, le système immunitaire inné est également composé de cellules et de molécules présentes dans notre organisme, prêtes à entreprendre une défense contre les menaces perçues par celui-ci. Les principales cellules du système immunitaire naturel sont les cellules épithéliales, dendritiques, macrophages, neutrophiles, mastocytes et les monocytes [12]. Ces cellules peuvent communiquer entre elles à l’aide de messagers intercellulaires que l’on appelle les cytokines [13-15]. À l’aide de ces molécules, les cellules immunitaires peuvent échanger diverses informations, notamment attirer les leucocytes vers différents sites inflammés [16, 17]. Les cytokines peuvent également jouer un rôle dans la prolifération, la différenciation, l’activation et la croissance cellulaire [18, 19]. Ces mécanismes contribuent à rendre les cellules de l’immunité innée plus efficaces lors de l’élimination de pathogènes [20].
Le soi ne devrait pas être ciblé ou affecté par notre propre système immunitaire. Cette absence de réactivité du système immunitaire aux particules du soi est appelée la tolérance immunitaire [21, 22]. Le non-soi quant à lui, fait référence aux particules qui ne sont pas
fabriquées par notre organisme et qui sont reconnues comme potentiellement nocives. Celles-ci peuvent être des bactéries, des virus, ou encore des parasites et expriment des antigènes qui permettent à notre organisme de signaler la présence d’un élément étranger [23, 24]. L’immunité naturelle est fondée sur une série de détecteurs permettant de déclencher la réponse immune. Ces détecteurs se nomment les «pathogen associated molecular patterns» (PAMPs) et les «damage-associated molecular patterns» (DAMPs) [25-28]. Les PAMPs sont des antigènes associés aux pathogènes bactériens et viraux, tandis que les DAMPs sont des molécules en lien avec des débris cellulaires relargués par des cellules en apoptose, ou provenant de tissus endommagés. Par conséquent, le déclencheur principal de l’inflammation est lié à la reconnaissance de ces PAMPs et DAMPs par les récepteurs du système immunitaire inné, exprimés préférentiellement par les cellules du système naturel [1, 29]. Ces récepteurs sont appelés les «Pattern recognition receptors» (PRRs) et sont engagés dans la reconnaissance des pathogènes et permettent l’initiation de la réponse innée [30, 31]. En ciblant divers motifs moléculaires hautement conservés, les PRRs ont la capacité de détecter un large éventail de microbes et de virus [28, 32]. Il existe trois grandes familles de PRRs, les TLRs, les RLRs ainsi que les NLRs qui permettent l’initiation de la réponse inflammatoire.
1.1.1 Les récepteurs de l’immunité innée
L’homme est constamment exposé à une grande diversité de microbes et de virus. Un réseau complexe de gènes de l’immunité innée régule l’équilibre entre la stimulation et la suppression des réponses immunitaires de l’hôte à des éléments étrangers. Cela permet d’assurer une homéostasie appropriée au niveau de différents tissus tels que l’intestin, la peau et les poumons. À l’inverse, un déséquilibre du système immunitaire inné contribue aux maladies inflammatoires chroniques ainsi qu’aux maladies auto-immunes et favorise l’émergence de maladies infectieuses [30, 33]. Le succès de la réponse immunitaire repose sur la reconnaissance par les PRRs de structures moléculaires conservées qui sont présentes chez les pathogènes mais absentes chez l’hôte. Ces PRRs sont regroupés en trois classes majeures : les TLRs, les RLRs et les NLRs. Ces récepteurs reconnaissent différents ligands et sont exprimés dans différents compartiments cellulaires comme présentés dans le tableau 1 [30].
Tableau 1: Les PRRs et leurs ligands respectifs
Tiré de, «Pattern recognition receptors and inflammation» [30].
Table adaptée des différents PRRs et de leurs ligands chez l’homme.
Les différentes cascades de signalisation intracellulaire déclenchées par les PRRs, conduisent à la production de médiateurs inflammatoires qui coordonnent l’élimination des pathogènes (Figure 1) [34]. Cependant, l’activation incontrôlée ou aberrante de ce système
peut entraîner diverses pathologies [35-37].
Figure 1: Schéma des voies de signalisation des TLRs, NLRs et RLRs Tiré de, «Role of innate immunity in the pathogenesis of otitis media» [38].
Schéma descriptif des voies de signalisation des TLRs, RLRs et NLRs, ainsi que leurs ligands respectifs. Les différentes voies de signalisation provoquent l’activation du facteur de transcription NF-κB, conduisant à la production de cytokines pro-inflammatoires et à la stimulation de la réponse immunitaire.
Les TLRs sont définis comme possédantdes séquences d’homologies telles qu’un domaine «leucine rich repeat» (LRR) en C-terminal, pouvant reconnaitre les PAMPs et les DAMPs. Les TLRs ont également une région transmembranaire et un récepteur intracellulaire commun, appelé le domaine TIR [39, 40]. À ce jour nous connaissons l’existence de 11 TLRs chez l’homme et 12 chez la souris, reconnaissant chacun des PAMPs distincts [30]. Ils fonctionnent comme des détecteurs reconnaissant divers motifs microbiens et viraux, ainsi que des débris et des molécules intracellulaires libérés par des cellules en nécrose [30, 41]. Chez un individu en bonne santé, l’activation des TLRs par divers stimuli conduit à
l’induction des voies de signalisation aboutissant à la production de cytokines pro-inflammatoires et peut également réguler l’expression de la synthèse d’interféron de type 1 (IFNs) [38]. La molécule adaptatrice MyD88 est impliquée dans ces voies de signalisation et a pour rôle d’induire la translocation nucléaire du facteur de transcription NF-κB régulé par tous les TLRs, à l’exception du TLR3 [42]. Il est à noter que des mutations peuvent apparaître au sein des TLRs ainsi que chez les molécules engagées dans les différentes cascades de signalisation en aval [43]. Ces mutations peuvent mener à une susceptibilité plus importante aux infections bactériennes telles qu’une infection par Staphylococcus
pneumoniae, Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa, en raison d’une forte
diminution de la production de cytokines [44, 45]. Ces mutations peuvent également entraîner de nombreuses pathologies chez l’homme y compris, la septicémie, l’asthme, l’athérosclérose et le cancer [43, 46-49].
Les membres de la famille des RLRs sont structurellement similaires et sont composées de trois domaines distincts. Une région en N-Terminale composée d’un tandem CARD, d’une région centrale «DEAD box helicase/ATPase» et d’un domaine CTD en C-Terminale [50, 51]. Les récepteurs de la famille des RLRs sont exclusivement localisés dans le cytoplasme et reconnaissent l’ARN génomique des virus double et simple brin [52]. L’influenza est un virus à ARN simple brin pouvant être reconnu par RIG-I, un des membres de la famille des RLRs [53, 54]. Les auteurs ont montré que cette interaction était susceptible d’être impliquée dans la production de cytokines induite par l’influenza et que cela pouvait aider l’organisme à se défendre contre l’infection par ce pathogène. Il est intéressant de noter que les RLRs, au même titre que les TLRs, sont impliqués dans diverses maladies inflammatoires. Une mauvaise régulation de l’expression des RLRs a également été montrée dans certaines maladies auto-immunes telles que le diabète de type 1 et le lupus érythémateux [55, 56].
Avec plus de 20 membres identifiés chez l’homme, les NLRs représentent une classe importante de récepteurs intracellulaires du système immunitaire inné [30, 57]. L’un d’eux, le NLRP3 est une protéine activatrice d’un complexe protéique impliquée dans l’immunité innée appelé, l’inflammasome. L’inflammasome NLRP3 est activé par divers PAMPs, incluant l’ARN simple brin de l’influenza [58, 59]. En outre, des mutations du gène NLRP3
au niveau de l’exon 3 entrainent des syndromes inflammatoires de la peau, des articulations et des yeux (uvéite) dû à une production excessive de l’IL-1β [60, 61]. Les deux membres les mieux caractérisés de la famille des NLRs sont NOD1 et NOD2. NOD1 reconnaît l’acide diaminopimélique (DAP), produit principalement par les bactéries gram négatives et démontré comme étant impliqué dans la défense antibactérienne [62, 63]. En effet, chez des souris déficientes pour le récepteur NOD1, celles-ci ont montré une plus grande susceptibilité à l’infection par la bactérie Helicobacter Pylori [64] et à une infection pulmonaire provoquée par Legionella pneumophilia [65]. Le récepteur NOD2 reconnait diverses bactéries telles que Listeria monocytogenes [66] et Mycobacterium tuberculosis [67]. La structure minimale du peptidoglycane reconnu par NOD2 est le muramyl dipeptide (MDP), présent dans la paroi de ces mêmes bactéries [68]. Les récepteurs NOD1 et NOD2 sont exprimés sur une grande variété de cellules d’origine myéloïde et lymphoïde [69-71]. Différentes écoles de pensées existent quant aux mécanismes d’entrée des ligands de NOD1 et de NOD2 dans la cellule hôte. Il a été proposé que le peptidoglycane puisse entrer dans le cytosol sans une présence directe de la bactérie [64, 72, 73]. En effet, l’un des mécanismes utilisés par les bactéries est la mise en place de l’injectisome. L’injectisome est une structure moléculaire sous forme d’aiguille, assemblée par les bactéries dans le but de délivrer des molécules effectrices, directement au cytoplasme de la cellule hôte [74]. Par conséquent, il est possible que par l’intermédiaire de cette structure, les fragments de peptidoglycane s’infiltrent dans la cellule cible [64]. Par le biais de vésicules externes bourgeonnantes, les bactéries peuvent également infecter la cellule hôte [65, 75]. Ces vésicules peuvent contenir une gamme de motifs moléculaires associés aux microorganismes, y compris des composants de la paroi cellulaire, ainsi que de l’ADN bactérien pouvant activer la réponse immune innée [65, 75]. Certaines études ont également mis de l’avant le fait que dans les cellules épithéliales, les ligands de NOD1 et de NOD2 peuvent être absorbés par endocytose [76, 77]. De plus, diverses investigations ont soulevé la possibilité que certains canaux de transporteurs peptidiques puissent amener les fragments de peptidoglycane au cytosol [76, 78]. Par conséquent, il n’existe pas de consensus à l’heure actuelle sur le mode d’entrée des ligands respectifs de NOD1 et NOD2 dans la cellule hôte.
1.1.2 Interactions entre le système immunitaire innée et adaptatif
L’une des fonctions du système immunitaire innée est de contribuer à réguler le système immunitaire adaptatif [79]. En effet, les cellules présentatrices d’antigènes (CPA) tels que les cellules dendritiques, les cellules B et les macrophages, jouent un rôle majeur dans l’initiation de la réponse adaptative. En condition d’homéostasie, ces cellules expriment un faible niveau de molécules de classe II et de co-molécules nécessaires à leur activation. Une fois que CPA détectent un antigène à l’aide de leur récepteur innée que sont les PRRs, la cellule s’active et induit l’augmentation de l’expression des molécules de classe II à sa surface [79, 80]. Cette activation se joint également à l’augmentation de l’expression des molécules de co-stimulation telles que le CD80/CD86 à la surface des cellules présentatrices d’antigènes [81, 82]. Ces molécules vont reconnaitre le récepteur CD28 à la surface des cellules T naïves et ainsi participer à l’initiation de la réponse immunitaire adaptative [83]. Ces interactions vont par la suite permettre l’induction de cytokines, telles que l’IL-12, l’IL-23, l’IL-27, l’IL-10, l’IL-17 et le TGF-β, qui façonnent la réponse adaptative, en polarisant les cellules T naïves en sous unités spécifiques comme Th1/Th2/Th17 et Tregs reconnus pour leurs fonctions immunosuppressives [20, 84-87].
1.2 Le récepteur NOD2
NOD2 est un récepteur cytoplasmique de la famille des NLRs impliqué dans la réponse immunitaire innée. Il a préalablement été reconnu comme pouvant détecter des motifs bactériens tels que le MDP et ainsi activer la réponse innée [68, 88-90].
1.2.1 Structure et expression cellulaire du récepteur NOD2
La figure 2 nous permet de visualiser la représentation structurelle de NOD2 (aussi appelé CARD15). Celui-ci reconnaît son ligand à l’aide du domaine LRR, en C-terminal.
Figure 2: Structure de NOD2
Tiré de, «Crystal structure of NOD2 and its implication in human disease» [91].
Cette représentation met de l’avant la structure de NOD2. NOD2 est composé de plusieurs sous-domaines représentés ici par différentes couleurs.
L’interaction avec le MDP en C-terminal initie l’activation de NOD2, résultant en un changement conformationnel de la protéine, notamment grâce à son domaine NOD central [91]. Par la suite, l’interaction protéique entre les domaines CARD 1 et CARD 2 situés en N-terminal permettra le recrutement de la protéine RIP2 [68, 92-94] (Figure 3A, B). Ce mécanisme entraînera l’activation de facteurs transcriptionnels dont le facteur nucléaire NF-κB, permettant ainsi l’initiation de la production de cytokines inflammatoires et d’IFNs [88, 95-98].
Figure 3: Les voies de signalisation majeure dépendante de NOD1 et NOD2
Tiré de, «Roles of NOD1 (NLRC1) and NOD2 (NLRC2) in innate immunity and inflammatory diseases» [71].
Les peptides dérivés du peptidoglycane bactérien, l’acide diaminopimélique et le MDP, sont reconnus par les récepteurs cytosoliques NOD1 et NOD2. Ces ligands se lient à NOD1 et NOD2 à l’aide de leurs domaines LRR respectifs. Cette interaction déclenche l’activation de NOD1 et NOD2. Ces différentes voies de signalisation vont mener à l’induction des gènes d’IFNs et à la production de cytokines inflammatoires.
L’expression de la protéine NOD2 a été détectée dans la majorité des tissus de l’organisme [99]. NOD2 est également exprimé par les monocytes de la circulation [88]. Au cours de nos recherches, nous avons démontré que l’activation de NOD2 par son agoniste, le MDP, exerce des effets majeurs sur la plasticité des monocytes du sang in vivo [100]. Cependant, les mécanismes impliqués restent à clarifier. Nos analyses d’ARNm nous indiquent que l’expression du facteur de transcription NR4A1 est significativement augmentée dans les monocytes à la suite d’un traitement avec le MDP. De plus, le gène NR4A1 a été suggéré comme étant crucial pour la survie des monocytes [101]. Par conséquent, NR4A1 contribue probablement à la cascade de signalisation de NOD2, participant à la régulation du
développement des monocytes de la circulation. Ces données mettent en évidence le fait que les molécules présentes dans la cascade de signalisation inhérente au récepteur NOD2 ne sont pas encore bien identifiées.
1.2.2 Reconnaissance antimicrobienne par le récepteur NOD2
Le récepteur NOD2 est impliqué dans la détection intracellulaire de diverses bactéries telles que Listeria monocytogenes [66], Mycobacterium tuberculosis [67] et Salmonella
typhimurium [102]. Plusieurs études ont rapporté le rôle de NOD2 dans la défense
antibactérienne de l'hôte in vivo. En effet, la reconnaissance de la bactérie Salmonella
pneumoniae par NOD2 peut induire la production de la chimiokine CCL2 (aussi appelée «
monocyte chimioattractant protein 1 : MCP-1 »), conduisant au recrutement de macrophages inflammatoires nécessaires à l’élimination des bactéries aux poumons [103]. Il a également était suggéré que le récepteur NOD2 induit la clairance de la bactérie
Citrobacter rodentium [96] dans l’intestin et Staphylococcus aureus dans la peau [104]. En
accord avec le rôle de NOD2 dans les réponses de l'hôte contre les infections bactériennes, les souris Nod2-/- montrent une certaine susceptibilité à divers pathogènes [105, 106]. Néanmoins, étant donné que les bactéries peuvent être détectées par différents PRRs, il n’est pas surprenant que dans la majorité des cas l’absence de fonctionnalité de NOD2 chez des souris Nod2-/- n'a que des effets modestes sur la clairance des pathogènes in vivo [106]. En effet, NOD2 joue un rôle redondant avec les TLRs de par les voies de signalisation communes, menant à l’activation de NF-κB et de MAP kinases [107, 108].
NOD2 peut également se présenter comme un récepteur antiviral, en déclenchant l'activation du facteur de transcription IRF3 et la production d’IFNs de type 1 (IFNα/β) [109]. Les molécules d’interféron de type 1 sont des protéines ayant un rôle régulateur majeur dans la défense immune innée contre les infections virales [110, 111]. Ces cytokines aux propriétés antivirales induisent la production d’une large gamme de protéines altérant la réplication virale des cellules infectées [112-114]. Leurs productions permettent de mieux contrôler la charge virale chez l’hôte infecté. À la suite de la reconnaissance de motifs viraux à ARN simple brin par le récepteur NOD2, celui-ci induit l’activation de la molécule MAVS puis de l’IRF3, afin d’induire la production d’IFNs. Les auteurs ont montré la contribution de NOD2 dans les réponses antivirales contre le virus respiratoire
syncytial, le virus de la stomatite vésiculaire et l’influenza [110, 111]. De plus, chez les souris déficientes en NOD2, celles-ci produisent significativement moins d’IFNs et ont une susceptibilité accrue à l’infection virale, caractérisée par une perte de poids et une réduction significative de la survie, comparé aux animaux sauvages (wild type, WT). À l’inverse, le virus met en place des stratégies pour échapper au système immunitaire, notamment afin d’éviter l’action des IFNs. La « non structural protein 1» (NS1), encodée par le génome viral de l’influenza, a un rôle suppressif de la réponse immune de l’hôte, incluant la synthèse d’IFNs, favorisant ainsi une réplication virale accrue [115]. De plus, la protéine NS1 a été montrée comme étant impliquée dans la virulence chez les souris et chez le porc infecté par l’influenza [116-120]. D’autres mécanismes d’échappement du système immunitaire sont mis en place par le virus, notamment à l’aide des protéines PB2 et PB1, qui ont été proposées pour limiter la synthèse d’IFNb [121-125].
La capacité de NOD2 d’activer le système immunitaire fait du MDP un adjuvant de choix dans certains vaccins. En effet, le MDP a été rapporté comme étant le plus petit constituant de la paroi cellulaire bactérienne ayant conservé ses propriétés immunogènes et s’est avéré avoir des activités antibactérienne, antivirale et tumoricide [126-129]. Depuis, des dérivés du MDP ont été générés, dont certains ont atteint différentes phases d’essais cliniques pour le traitement de maladies infectieuses, de certaines formes de cancer et comme adjuvant dans les préparations vaccinales [130-133]. Néanmoins, malgré les propriétés bénéfiques associées au MDP, le mécanisme d’action de cette molécule reste à élucider.
1.3 Le rôle du récepteur NOD2 dans l’infection par le virus influenza
Les infections pulmonaires sont dues à une invasion de pathogènes tels que les bactéries, les champignons ou encore les virus [134-140]. Les poumons représentent un tissu propice à leur prolifération due à leurs interactions avec le milieu extérieur.
1.3.1 Infection pulmonaire par le virus influenza
L'infection virale aux poumons est généralement éliminée rapidement par des mécanismes de défense innée (Figure 4) [141]. Néanmoins, si la clairance du virus échoue et que la réplication virale se poursuit, alors celui-ci peut infecter un plus grand nombre de cellules
épithéliales des voies aériennes. Durant cette période, l’immunité adaptative se met en place afin de pouvoir éliminer efficacement les particules virales (Figure 4).
Figure 4: Mécanisme général de l’infection virale aux poumons
Tiré de «The CD200-CD200R axis in local control of lung inflammation»[141].
Schéma du mécanisme général de l’infection virale aux poumons impliquant le système immunitaire innée et adaptatif. Abbreviations: AEC (airway epithelial cell), TH (T helper
cells), Tc (T cytotoxic memory cells), LRT (lower respiratory tract), PAM (pulmonary
alveolar macrophage), IEDC (intraepithelial dendritic cells).
Les infections virales affectent les voies aériennes y compris le nez, la gorge et les poumons. Ces infections sont regroupées en fonction de leurs symptômes et de leurs zones d’activités [142, 143]. Il existe deux zones d’infections caractéristiques, les voies aériennes respiratoires supérieures (cavités nasales, pharynx, larynx, trachée) et inférieures (bronches, bronchioles et alvéoles) (Figure 5).
Figure 5: Les voies respiratoires et les principaux syndromes causés par des infections virales
Tiré de, «Pathogenesis of Viral Respiratory Infection, Respiratory Disease and Infection - A New Insight» [444].
Les virus peuvent infecter les voies respiratoires supérieures et occasionnellement, certains d’entre eux peuvent provoquer des infections dans les voies respiratoires inférieures.
Les infections ayant lieu dans les voies respiratoires supérieures représentent généralement celles les plus communes et les moins sévères. Or, les virus infectants les zones inférieures peuvent entraîner des pneumonies et dans le pire des cas, la mort [142, 143]. Le virus de l’influenza fait partie de ces pathogènes pouvant entrainer de sévères complications pour la santé de l’homme. Il existe 3 types majeurs de virus de l’influenza : A, B et C [144]. Chez l’homme, seuls les types A et B causent des épidémies [145]. L’influenza est connue pour causer la grippe et peut infecter le tractus supérieur et inférieur des voies aériennes [146]. Ces infections sont cycliques et ont lieu chaque année, causant une morbidité et mortalité sévère, principalement chez les personnes âgées et les enfants [145, 147-149]. L’infection est transmise d’une personne à une autre par voie aérienne, par inoculation des muqueuses, par l’intermédiaire d’objets ou de mains contaminées. En de rares occasions, celles-ci
peuvent se transformer en pandémies. Une pandémie est une éclosion mondiale d’un nouveau virus, très différent des virus saisonniers actuels en circulation, due à l’apparition de diverses mutations [149, 150]. Les pandémies de grippe ne sont pas récentes. En effet, quatre d’entre elles ont été recensées au cours du XXe et XXIe siècles, dont la grippe espagnole (1918-1919), qui a infecté environ 500 millions de personnes et causé entre 20 et 50 millions de morts dans le monde [150]. Cependant, le grand nombre de décès occasionnés par la grippe espagnole est en grande partie dû aux infections opportunistes bactériennes, combiné avec l’absence d’antibiotiques. La grippe asiatique (1957-58) a causé 1,5 millions de décès et celle de Hong Kong en 1968-1969 a causé plus de 1 million de morts. La plus récente pandémie date de 2009, mettant en cause la souche H1N1 et a provoqué environ un demi-million de morts dans le monde [150].
D’un point de vue sociétal, l’infection par l’influenza impose des coûts économiques substantiels en matière d’absentéisme lié à la maladie, d’horaires de travail perturbés et de perte de productivité [151]. De nombreux coûts directs et indirects sont à prendre en considération pour un pays ou une région touchée par l’influenza. Le fardeau économique et social occasionné par des infections saisonnières de grippe, en particulier les pandémies, représente un problème majeur à l’heure actuelle. Présentement il existe des vaccins pour prévenir de la maladie mais ceux-ci sont d’une efficacité très variable d’une année sur l’autre [152, 153]. De plus, des traitements pour diminuer la sévérité des symptômes sont disponibles, mais de nombreuses résistances apparaissent, en raison des mutations constantes observées chez le virus [154]. À la vue de ces différents constats, il demeure primordial de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques pour mieux lutter contre les infections causées par l’influenza, d’où l’importance de nos travaux de recherche sur le rôle de NOD2 lors d’une infection virale.
Les manifestations occasionnées chez les personnes atteintes du virus de l’influenza sont, de manière générale, une présence de fièvre supérieure ou égale à 38°-39° degrés accompagnée de fortes courbatures, de fatigue, de toux et de maux de gorge et de tête [155]. Lors d’une infection par le virus, l’augmentation de la température corporelle indique que le système immunitaire se défend contre l’infection, dans le but d’empêcher ou de ralentir la réplication virale. Cette augmentation de température stimulant le système
immunitaire permet à l’organisme d’éliminer plus facilement le virus [156]. Il est également possible de voir apparaître des manifestations gastro-intestinales (vomissement, douleurs abdominales, diarrhée), surtout chez les enfants en bas âge, atteints par l’influenza [157-160]. Une myosite aiguë caractérisée par des douleurs dans le bas des jambes peut apparaître chez les enfants lors d’une infection [161]. La durée de la phase aigüe de l’infection peut durer en moyenne entre 4 et 8 jours, mais les symptômes comme la toux et la fatigue peuvent persister au-delà de cette période. Des complications plus sérieuses comme l’apparition d’une pneumonie touchant les voies inférieures pulmonaires peuvent également se manifester, tant chez les individus immunodéficients qu’en bonne santé [155, 162].
L’influenza reconnaît l’acide sialique à la surface de la cellule hôte [163, 164]. L’acide sialique est un monosaccharide acide à 9 atomes de carbone, omniprésent à la surface de nombreuses cellules chez l’homme. Il n’existe par conséquent pas de tropisme cellulaire spécifique à l’infection à l’influenza. Une fois que la cellule cible est infectée par le virus, celui-ci initie sa réplication virale pour pouvoir se propager dans l’organisme. Par la suite, une inflammation pulmonaire majeure peut apparaitre chez certains patients infectés par l’influenza [145]. En effet, une réponse immunitaire excessive aux poumons est observée chez certains patients suite à une infection par l’influenza, entraînant de sévères complications respiratoires [165, 166]. De plus, une corrélation directe fut démontrée entre la charge virale, la production de cytokines pro-inflammatoires et les symptômes observés chez les patients souffrant de la grippe [167]. En outre, lorsque l’inflammation n’est pas contrôlée de manière optimale, les cellules infectées par l’influenza peuvent être ciblées par des cellules de l’immunité innée entraînant une production excessive de médiateurs inflammatoires [148, 168]. La conséquence de l’excès de production de médiateurs inflammatoires dont l’IL-6, le TNF-α, l’IFNα et l’IL-8, dans les liquides de lavages naso-pharyngés, entraînent une inflammation accrue aux poumons [167, 169]. L’infection par le virus de l’influenza peut également entraîner des inflammations au niveau des alvéoles pulmonaires, appelés alvéolites, et au niveau des bronches respiratoires, nommées bronchiolites [170-172]. De plus, de nombreuses études ont montré que l’inflammation chez les personnes infectées par l’influenza, est également due à une infiltration excessive aux poumons de leucocytes, entraînant une diminution de l’intégrité pulmonaire [173, 174].
Cette infiltration de cellules crée une congestion des voies respiratoires, altère les échanges gazeux et dans le pire des cas, peut précipiter le syndrome de détresse respiratoire aiguë, qui représente un état critique pour la santé du patient [175]. Par conséquent, une présence prolongée de leucocytes et de cytokines pro-inflammatoires aux poumons pourrait nuire à l’intégrité des tissus. Cela démontre l’importance pour l’organisme de maintenir un contrôle optimal de l’inflammation, dans le but d’entretenir l’intégrité pulmonaire et sa bonne fonctionnalité, lors d’une infection par l’influenza.
1.3.1.1 Traitements contre l’infection par le virus influenza
À l’heure actuelle, il existe sur le marché de nombreuses drogues permettant de lutter contre l’infection par l’influenza. L’amantadine et la rimantadine sont des drogues contre l’influenza [176, 177] (Figure 6). Elles inhibent la réplication virale en bloquant l’activité des canaux ioniques des protéines de matrice du virus [178]. Ces protéines sont importantes au virus pour l’acidification du milieu interne de la cellule hôte, permettant ainsi aux ribonucléprotéines (RNPs) virales d’être libérées dans le cytoplasme de la cellule cible [179].
Le zanamivir et l’oseltamivir (Tamiflu) sont des drogues spécifiques du virus de l’influenza. Ce sont des inhibiteurs de neuraminidase (Figure 6). La neuraminidase est une enzyme de surface du virus, lui permettant une fois la réplication virale terminée, de cliver la liaison entre le virus et la cellule hôte [180]. Ces drogues inhibitrices de la neuraminidase permettent l’autoagrégation des particules virales et/ou le rattachement de celles-ci à la surface cellulaire, entraînant l’incapacité du virus à se propager [181]. Ces médicaments sont des dérivés synthétiques de l’acide sialique et se lient de manière irréversible à la neuraminidase. Cela rend la fonction de celle-ci obsolète. Pour obtenir un effet optimal, ces traitements doivent être amorcés dès que possible, après la détection de la maladie. Il est à noter que deux nouveaux inhibiteurs de neuraminidase sont actuellement en phase III d’essais cliniques, le peramivir [182] et le laninamivir [183]. Il existe également des médicaments non spécifiques à l’infection qui soulagent les symptômes de la maladie, tels que les analgésiques et les décongestionnants [184]. Malgré la disponibilité des antiviraux pour lutter contre l’influenza, de nombreuses résistances à ces médicaments se sont développées. Celles-ci sont médiées par des mutations de la neuraminidase et/ou de
l’hémagglutinine virale [185, 186]. L’apparition de mutations au sein du gène de matrice 2 est également connue pour conférer des résistances à l’amantadine et la rimantadine [187, 188]. Ces mutations apparaissent dû au fait que l’ARN polymérase virale ne possède pas d’activité de relecture, résultant en un taux élevé de mutations lors de la réplication du virus [189-192]. À la vue de ces différents constats, il devient donc urgent de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques pour améliorer le traitement des patients infectés par le virus de l’influenza. Les travaux de recherches actuels devraient par conséquent impacter nos connaissances sur les fonctions biologiques de NOD2 et fournir de nouvelles idées pour le développement de thérapies antivirales.
Figure 6: Cibles cellulaires des diverses drogues anti-influenza dans le contexte du cycle de réplication de l’influenza
Tiré de, «Cellular targets for influenza drugs» [193].
Ce schéma représente les différents stades de la réplication de l’influenza en vert. L’hémagglutinine, une protéine de l’influenza, se lie à l’acide sialique à la surface des récepteurs de la cellule hôte. Le virus peut alors pénétrer dans la cellule cible par
endocytose. Après internalisation et acidification du milieu, les ribonucléoprotéines (RNPs)
virales sont relâchés dans le cytoplasme. Dans le noyau des cellules infectées, les ARN viraux sont transcrits en ARNm et répliqués par le complexe ARN polymérase dépendant de l’ARN viral. Les RNPs viraux nouvellement synthétisés sont exportés dans le cytoplasme, et
après assemblage, les virions matures bourgeonnent à la surface de la cellule hôte. Actuellement, la protéine de matrice 2 et la neuraminidase sont les deux seules cibles des médicaments antiviraux contre la grippe homologuée par la FDA aux États-Unis. L’amantadine et la rimantadine, bloquent l’action de la protéine de matrice 2 virale durant la décapsidation du virus. Le zanamivir et l’oseltamivir ciblent la neuraminidase, requise pour la libération du virus.
1.3.2 Les cellules pulmonaires activées lors de l’infection par le virus influenza
Le poumon est un site majeur d’échanges entre l’hôte et les pathogènes de l’environnement. Le virus de l’influenza infiltre l’organisme principalement à travers les cavités orales ou nasales et interagit en premier lieu avec le mucus, composé d’acides sialiques, tapissant l’épithélium respiratoire [194]. Le rôle du mucus est d’agir comme barrière protectrice contre l’environnement extérieur en piégeant les pathogènes, tels que l’influenza. Une fois emprisonnées, les particules virales peuvent être expulsées de l’organisme à l’aide de l’activité des cils composant l’épithélium respiratoire [195]. Le virus de l’influenza a également la capacité d’interagir avec différents types cellulaires aux poumons que sont les cellules épithéliales, les macrophages interstitiels, les macrophages alvéolaires et les cellules dendritiques (de phénotype CD103+ et CD103-) [196-200]. Les macrophages et les cellules dendritiques seront abordés plus en détails au cours de ce chapitre.
Les macrophages sont des cellules de l’immunité innée divisés en différentes sous-populations en fonction de leur localisation anatomique et de leur phénotype (Figure 7). Certains macrophages sont cantonnés à un tissu spécifique, notamment les cellules de Kupffer au foie, les macrophages alvéolaires aux poumons, les ostéoclastes dans les os ou encore les microglies dans le système nerveux central. Faisant partie du système phagocytaire mononucléaire, les macrophages expriment des PRRs intra et extra-cellulaires, pouvant détecter différents motifs exprimés par les pathogènes et ainsi initier la réponse inflammatoire.
Figure 7: Localisation tissulaire des différents types de macrophages
Tiré de, «Protective and pathogenic functions of macrophage subsets» [201].
Diverses populations de macrophages sont stratégiquement localisées dans tout l’organisme et jouent un rôle majeur dans la surveillance immunitaire, la phagocytose, la présentation d’antigènes et la suppression immunitaire.
Il est intéressant de noter que l’origine des macrophages reste à l’heure actuelle un sujet à débat. Certains avancent le fait que la majorité des macrophages des tissus prennent naissance pendant le développement embryogénique et persistent durant la vie adulte, indépendamment de l’influx de monocytes sanguins [202-206]. D’autres études suggèrent à la fois que les monocytes et/ou les cellules de la moelle osseuse peuvent produire en continu des macrophages au cours de la vie [207-210]. De plus, les macrophages ont des spécificités qui leurs sont propres en fonction de leur localisation tissulaire. C’est le cas pour les microglies du cerveau qui promeuvent la survie des neurones [211], des macrophages de la rate qui éliminent les globules rouges sénescents [212], ainsi que des macrophages pulmonaires qui ont la capacité de cataboliser le surfactant [213, 214].
Deux populations de macrophages pulmonaires sont principalement décrites dans la littérature. La population la plus abondante et la mieux étudiée est celle des macrophages alvéolaires (MA), caractérisés par les marqueurs CD11b- SiglecFhigh CD11chigh etCD64+ [215]. Ils résident dans la lumière de l’alvéole pulmonaire et ils sont directement exposés à l’air de l’environnement [216]. La seconde population de macrophages aux poumons sont les macrophages interstitiels. Leur localisation est proche de celle des alvéolaires compte tenu que seul une fine paroi nommée la plèvre viscérale, sépare les deux populations de cellules [217]. Les macrophages interstitiels sont reconnus pour avoir un rôle dans le remodelage et la maintenance du tissu et peuvent servir de cellules présentatrices d’antigènes [214, 218, 219]. Ces derniers sont caractérisés par les marqueurs CD11b+ CD11c+ CMHII+ et SiglecF- [215]. Les macrophages alvéolaires prennent principalement naissance durant l’embryogenèse à partir de monocytes de fœtus [220]. Au niveau moléculaire, l’induction de PPAR-γ par le GM-CSF est critique pour la genèse des macrophages alvéolaires durant le développement embryonnaire [221]. Les macrophages alvéolaires produisent un faible niveau de cytokines inflammatoires et figurent dans un état de quiescence durant l’homéostasie pulmonaire [222]. Les macrophages alvéolaires expriment NOD2 [223, 224] et constituent une population phagocytaire jouant un rôle crucial dans l’élimination de pathogènes aux poumons tel que lors d’une infection par l’influenza. En effet, ils ont également un rôle majeur dans le contrôle initial de l’infection par l’influenza à travers la production d’IFNs [225]. De plus, chez des souris déficientes en macrophages alvéolaires et infectées par l’influenza, celles-ci montrent une survie significativement atténuée [226]. Par conséquent, les macrophages alvéolaires sont des acteurs importants de la réponse immune pulmonaire lors d’une infection par l’influenza. Ces cellules sont reconnues pour être de puissants producteurs d’IFNs et jouent un rôle majeur comme cellules présentatrices d’antigènes en activant la réponse immunitaire adaptative [227-230].
Les macrophages pulmonaires ne sont pas les seules cellules résidentes activées lors de l’infection par le virus de l’influenza. En effet, malgré le fait que nos études ne portent pas sur les cellules dendritiques, ces dernières représentent une classe de cellules importantes lors d’une infection par l’influenza aux poumons. Celles-ci sont composées de cellules
dendritiques conventionnelles et plasmacytoïdes, provenant majoritairement des cellules souches hématopoïétiques et prennent ainsi naissance dans la moelle osseuse [231, 232]. Les cellules dendritiques se trouvant tout au long du tractus respiratoire [233], jouent un rôle clé dans la liaison entre la réponse immunitaire innée et adaptative lors d’une infection par l’influenza. En effet, plusieurs études suggèrent que les cellules dendritiques sont susceptibles d’être la première population responsable de l’induction d’une réponse à médiation cellulaire du type T CD8+ suite à l’acquisition de l’antigène via une interaction directe avec l’influenza [234-236]. De plus, lors d’une infection virale par le virus de l’influenza, il a été suggéré que les cellules dendritiques CD103- (CD207-, CD24-, CMHII+, CD11c+) migrent du poumon vers les ganglions lymphatiques et présentent les nucléoprotéines associées au virus [237]. Au stade aigu de l’infection, les cellules dendritiques CD103- sont majoritairement recrutées dans les ganglions lymphatiques. En effet, ces cellules phagocytent les particules virales et présentent les fragments antigéniques aux cellules T CD8+ via un antigène de classe II [237]. Ce mécanisme est essentiel pour la mise en place d’une réponse immunitaire adaptative efficace, lors d’une infection par l’influenza [237]. Quant à elles, les cellules dendritiques CD103+ (CD207+,CD24+, CD64-, CMHII+, CD11c+) sont davantage impliquées dans le contrôle de l’homéostasie et agissent dans un second temps, lors de la phase de résolution de l’inflammation [238, 239].
1.3.3 Recrutement cellulaire aux poumons lors d’une infection par le virus influenza
Le recrutement des leucocytes du sang aux poumons est une caractéristique de l’infection par le virus influenza [240-244]. Suite au recrutement des neutrophiles et des monocytes aux poumons, les cellules T et B sont mobilisées, pour initier la réponse à médiation cellulaire [240-244]. Cependant, pour les besoins de cette thèse, nous aborderons uniquement le recrutement des neutrophiles et des monocytes aux poumons, lors d’une infection par le virus influenza.
Les neutrophiles sont les premières cellules de la circulation sanguine à être recrutées aux poumons lors d’une infection virale, notamment lors d’une infection par le virus influenza [173, 174]. Par le biais de leur activité de phagocytose et de leur production de molécules, telles que les granules azurophiles et les sérines protéases, les neutrophiles jouent un rôle
important dans le contrôle et l’élimination de l’infection aux poumons lors d’une infection par influenza [173, 245]. Il a également été montré chez la souris que la déplétion des neutrophiles mène à une inflammation pulmonaire sévère et à la mort prématurée des animaux suite à une infection par le virus influenza [246, 247]. De plus, les cellules Th17 activées durant une infection par le virus influenza produisent de l’IL-17 qui permet un recrutement actif de neutrophiles aux poumons [248-251]. Néanmoins, la sécrétion continue d’IL-17 par les cellules Th17 peut maintenir la migration des neutrophiles aux poumons suite à l’infection par le virus influenza et ainsi contribuer à une inflammation excessive et soutenue [252, 253]. La présence prolongée des neutrophiles aux poumons pourrait nuire à l’intégrité des tissus. L’importance des mécanismes de régulation du recrutement des neutrophiles aux poumons est donc primordiale pour assurer le maintien de l’homéostasie pulmonaire.
De nombreuses études ont démontré la contribution des neutrophiles au recrutement des monocytes vers les poumons, notamment à travers l’axe CCL2-CCR2, lors d’une infection par le virus influenza [247, 254, 255]. Les monocytes sont d’importantes cellules présentatrices d’antigènes, liant la réponse immune innée et adaptative. Ils expriment le récepteur NOD2 [88] et participent à la cicatrisation des tissus ainsi qu’à l'élimination des pathogènes. Les deux sous types majeurs de monocytes chez la souris sont les monocytes inflammatoires, caractérisés par les marqueurs Ly6Chigh, CD115+, Ly6G- et CD11b+ et les monocytes patrouilleurs, caractérisés par les marqueurs Ly6Clow, CD115+, Ly6G- et CD11b+ [100]. Au cours de l’inflammation, les monocytes du sang quittent la circulation et migrent aux tissus où, après conditionnement par des facteurs de croissance locaux et des cytokines pro-inflammatoires tels que le M-CSF et le TNF-α, respectivement, ils peuvent se différencier en macrophages ou cellules dendritiques [207, 256-259]. Dans le cas d’une inflammation en générale, les monocytes inflammatoires Ly6Chigh, sont les premiers à migrer aux sites inflammés, où ils jouent un rôle majeur dans l’initiation de l’inflammation [209, 260, 261]. Dans un second temps, les monocytes patrouilleurs sont recrutés aux sites inflammés en réponse notamment à des cytokines immunosuppressives telles que le TGF-β et l’IL-10 [100, 262]. Les monocytes patrouilleurs ont pour rôle de diminuer l’inflammation et ainsi rétablir l’homéostasie immunitaire [263]. Il a été démontré dans des modèles
