Table des matières

Table des matières

Table des matières ... 1

Résumé ... 3

Abréviations ... 5

Introduction ... 7

1. Système de l’immunité innée et acquise... 7

2. Le lipopolysaccharide et son récepteur TLR4 :... 13

un lien entre immunité innée et acquise ... 13

2.1 Le lipopolysaccharide et le TLR4 ... 13

2.2 Le choc endotoxinique... 17

2.3 La tolérance au lipopolysaccharide ... 19

2.4 TLR4 et les différents acteurs de l’immunité innée et de l’immunité acquise. 25 2.5 Les TLR en transplantation ... 28

3. Tolérance et régulation immunitaire... 31

3.1 La tolérance immunitaire... 31

3.1.1 La tolérance centrale... 31

3.1.2 La tolérance périphérique ... 31

3.2 La régulation immunitaire en périphérie ... 35

3.2.1 Les lymphocytes T régulateurs... 35

A. Les lymphocytes T régulateurs naturels ... 35

B. Les lymphocytes régulateurs «induits»... 41

3.2.2 Les cellules régulatrices du système immunitaire inné ... 42

A. MDSC (myeloïd-derived suppressor cells): ... 42

B. Les autres cellules régulatrices du système immunitaire inné... 53

3.3 L’hème oxygénase et ces effets immunorégulateurs... 55

4. Homéostasie des lymphocytes T ... 60

4.1 Les mécanismes impliqués dans la régulation de l’homéostasie des lymphocytes... 61

4.1.1 Régulation de la prolifération homéostatique par compétition ... 61

4.1.2 Rôle des lymphocytes T régulateurs dans le contrôle de la prolifération homéostatique induite par la lymphopénie... 63

4.2 Impact de la lymphopénie sur les réponses immunitaires innées et acquises .. 67

4.2.1 Effet de la prolifération induite par la lymphopénie sur les réactions auto- immunes, allo-immunes et anti-tumorales ... 67

4.2.2 La prolifération induite par la lymphopénie et l’inflammation ... 69

But du travail ... 71

Résultats ... 73

Discussion et perspectives... 75

1. Préserver l’effet protecteur des lymphocytes régulateurs ... 75

1.1 Primauté entre inflammation et régulation ... 75

1.2 Traitements immunosuppresseurs et lymphocytes T régulateurs... 79

1.2.1 Préserver les lymphocytes régulateurs lors de l’immunosuppression... 80

1.2.2 Traitements immunosuppresseurs qui inhibent les lymphocytes Treg... 81

2. Importance de la régulation de l’inflammation ... 84

2.1 Les cellules myéloïdes suppressives comme cible thérapeutique ... 84

2.1.1 L’héme oxygénase-1 comme cible thérapeutique ... 85

2.1.2 Génération de cellules myéloïdes suppressives in vivo... 86

2.2 Indications thérapeutiques des MDSC ... 86

2.2.1. Importance des cellules myéloïdes suppressives dans la tolérance à l’endotoxine et la régulation du système de l’immunité innée... 87

2.2.2 Rôle tolérogénique éventuel des cellules myéloïdes suppressives dans le rejet d’allogreffe résistant au blocage de la co-stimulation... 87

2.2.3 Cellules myéloïdes suppressives et prolifération homéostatique ... 88

Bibliographie ... 89

Travaux effectués en collaboration... 103

Résumé

Le système immunitaire nous protège contre les infections et les cancers. Cependant, des réponses immunitaires excessives ou incontrôlées peuvent causer des pathologies potentiellement mortelles comme le choc endotoxinique, des maladies auto-immunes, ou le rejet d’allogreffe. Une compréhension claire des mécanismes de régulation des réponses immunes permettrait d’envisager de nouvelles thérapeutiques plus ciblées. Dans ce travail réalisé chez la souris, la modulation de la réponse inflammatoire à une toxine bactérienne, le lipopolysaccharide (LPS), a été utilisée comme archétype de la régulation immunitaire. Ceci nous a permis de démontrer que la régulation de la prolifération homéostatique de lymphocytes T CD4+CD25- par des lymphocytes T régulateurs naturels tempère la réponse inflammatoire au LPS. Cet effet est notamment dépendant d’une diminution de la sécrétion d’IFN-γ par les lymphocytes activés par la prolifération induite par la lymphopénie. Nous avons aussi observé, que la désensibilisation du système immunitaire inné vis-à-vis du LPS, suite à des injections répétées d’endotoxine, induit le développement de cellules myéloïdes suppressives (myeloïd- derived suppressor cells MDSC) capables de réguler des réponses lymphocytaires T in vitro et in vivo. Nous avons pu mettre en évidence que l’effet suppresseur des MDSC est dépendant de leur expression de l’enzyme hème oxygénase-1 et de leur production d’IL-10. Le dialogue constant entre les cellules de l’immunité innée et de l’immunité acquise assure donc à la fois l’activation et la régulation du système immunitaire. Dans la majorité des cas, ceci permet aux réponses immunitaires d’être efficaces sans être excessives. La mise en évidence de ces processus identifie les lymphocytes T régulateurs et les cellules myéloïdes suppressives comme des éléments clefs de la régulation d’un processus inflammatoire. Les traitements immunosuppresseurs, les thérapies cellulaires et les greffes de moelle ont des effets variables et mal connu sur ces populations de cellules régulatrices. Tenir compte de ces interférences thérapeutiques avec les processus naturels de régulation de notre système immunitaire permettra certainement d’optimaliser l’utilisation de ce type de traitements. D’autre part, l’utilisation thérapeutique de ces deux types de cellules régulatrices pourrait être envisagé dans de nouvelles stratégies d’immuno-modulation plus « physiologique ».

Abréviations

Ag : Antigène

AICD : activated induced cell death APC: Antigen Presenting Cells CCL : chemokine ligand CCX : chemokine receptor

CMH : Complexe Majeur d’Histocompatibilité CD : Cellules dendritiques

CTLA-4: Cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4 Foxp3 : Forkhead box P3

GITR : Glucocorticoïd-induced TNF receptor gene GFP :Green Fluorescent Protein

GVHD : Graft Versus Host Disease IDO : Indolmaine 2,3-Dioxygenase IFN : Interferon

IL : interleukine

IP-10 :IFN-γ inducible protein 10 JAK :Janus kinase

KC : Keratinocyte-Derived Chemokine LIP : Lymphopenia Induced Proliferation LPS : Lipopolysaccharide

LRR : Leucine Rich Repeat

MCP : Monocytes Chemoattractant protein MDSC: Myeloïd-Derived Suppressor Cells MIP : Macrophage-Inflammatory Protein NFAT : Nuclear Factor of Activated T cells NF-κB : Nuclear Factor kappa B

NK : Natural Killer

STAT : Signal Transducer and Activator of Transcription TCR : T Cell Receptor

TGF-β : Transforming Growth Factor β`

Treg : Cellules T régulatrices Th : helper T cells

TLR : Toll-Like Recepetor TNF : Tumor Necrosis factor

Figure 1

Introduction

1. Système de l’immunité innée et acquise

L’individu est en permanence exposé à des micro-organismes, sa survie est donc liée à la capacité de son système immunitaire à reconnaître les agents potentiellement pathogènes et à déclencher une réponse immune protectrice, le cas échéant. Ceci, tout en lui permettant de vivre en équilibre avec les agents non pathogènes normalement présents dans l’organisme. Toutefois, si la réponse immunitaire est vitale en cas d’infection, elle constitue un obstacle à l’acceptation d’une greffe allogénique (provenant d’un individu génétiquement différent qui sera reconnue comme un élément étranger au même titre qu’un agent pathogène). Les allogreffes sont cependant souvent le dernier traitement possible en cas de défaillance terminale d’un organe. Il est donc nécessaire d’apprendre à contrôler les réponses immunitaires vis-à-vis des allogreffes.

Il est actuellement possible de favoriser l’acceptation de greffes en diminuant les réponses immunitaires par des médicaments immunosuppresseurs. Malheureusement, ceux-ci s’accompagnent d’importantes complications, notamment infectieuses et cancéreuses. Afin d’envisager une immuno-modulation plus spécifique qui permettrait aux patients de tolérer des allogreffes tout en préservant leurs défenses naturelles contre les infections, il est important de mieux comprendre les interactions qui existent entre les différents acteurs du système immunitaire, les composants microbiens et les greffons allogéniques.

Schématiquement, le système immunitaire se divise en deux parties, le système immunitaire inné et le système immunitaire acquis. L’immunité innée fait référence à une première ligne de défense cellulaire et humorale prête à éliminer rapidement les pathogènes qui pénètrent l’organisme. Le système de l’immunité acquise, quant à lui, s’adapte au pathogène qu’il rencontre. Sa réponse est donc plus tardive et se caractérise par une capacité de mémoire qui permettra une destruction plus efficace et plus rapide du même pathogène lors d’un contact ultérieur (figure 1).

Ces deux versants de l’immunité sont souvent présentés de façon dissociée. Cependant en 1999, Charles Janeway a proposé une théorie intégrative suggérant une liaison étroite entre les deux types de réponses, les mécanismes moléculaires mis en jeu lors de la reconnaissance des micro-organismes par le système immunitaire inné contrôlant la nature de la réponse immune acquise. Depuis, de nombreux travaux ont confirmé la pertinence de cette hypothèse et explicité les fondements cellulaires et moléculaires de l’interconnexion fonctionnelle des deux systèmes.

Figure 2

Récepteurs de l’immunité innée et acquise

Lorsqu’un micro-organisme entre en contact avec les cellules immunitaires, il doit être détecté comme agent étranger, c’est-à-dire être discriminé par rapport au «soi». Cette étape de reconnaissance fait intervenir des récepteurs de l’immunité innée, les PRR (pattern recognition receptors) qui reconnaissent notamment des molécules appelées PAMP ou «motifs moléculaires associés aux pathogènes» (pathogen associated molecular patterns, PAMP). Un terme en réalité impropre, puisque ces structures sont également exprimées par les micro-organismes non pathogènes de la flore commensale. Par ailleurs, les PRR reconnaissent également des molécules endogènes, notamment des facteurs sécrétés durant l’inflammation ou lors de lésions tissulaires nécrotiques et parfois regroupés sous le terme de DAMP pour « damage associated molecular patterns ». Certains PRR sont impliqués dans l’internalisation des micro-organismes pour leur destruction, d’autre dans l’activation des cellules immunitaires. Parmi les récepteurs d’activation, les molécules Toll-like receptors (TLR) jouent un rôle primordial dans l’activation des cellules de l’immunité innée qui à leur tour activent les lymphocytes T (voir chapitre 2). Les cellules du système de l’immunité acquise, les lymphocytes T et les lymphocytes B, reconnaissent les antigènes via des récepteurs plus spécifiques : le TCR (pour T Cell Receptor) sur les lymphocytes T et le BCR (pour B Cell Receptor) sur les lymphocytes B. Contrairement aux lymphocytes B, qui reconnaissent directement les antigènes, les lymphocytes T ne reconnaissent les peptides que lorsque ceux-ci sont associés à une molécule du «soi» appelée complexe majeur d’histocompatibilité (CMH). C’est ce que l’on appelle la restriction au soi. La spécificité d’un TCR est définie à la fois par le peptide qu’il reconnaît et par la molécule du CMH qui lui est associée. Les principaux types cellulaires impliqués dans les systèmes immunitaires innés et acquis et les caractéristiques des récepteurs qu’ils expriment sont repris dans la figure 2 et 3.

Activation de l’immunité acquise par le système de l’immunité innée

Outre sa capacité à fournir des défenses précoces contre les infections, le système immunitaire inné déclenche et oriente les réponses immunitaires acquises. Ce sont les cellules du système immunitaire inné qui présentent les antigènes aux cellules T, via les CMH (figure 3).

Différents types de cellules sont capables d’assurer le rôle de cellules présentatrices d’antigène (APC ou Antigen Presenting Cells). Parmi celles-ci, les cellules dendritiques (DC ou Dendritic Cells) sont particulièrement spécialisées dans cette fonction. D’autre part, les APC sécrètent des cytokines et génèrent des molécules qui assurent la fonction d’un second signal appelé signal de co-stimulation. Celui-ci est nécessaire à l’activation optimale des lymphocytes T naïfs, conjointement à la reconnaissance de l’antigène (signal 1) (figure 4).

Figure 3 et 4

La dépendance de la réponse lymphocytaire T vis-à-vis d’un second signal permet d’éviter l’activation des lymphocytes en l’absence d’un signal de danger clair. Pour cette raison, lorsque l’on veut générer une réponse immunitaire en l’absence d’infection ou d’inflammation, comme c’est le cas lors de la vaccination, on administre une substance stimulatrice appelée adjuvant qui active le système immunitaire inné et permet ainsi la co-stimulation du système immunitaire acquis. Un grand nombre d’adjuvants puissants sont dérivés des microbes ¹. C’est notamment le cas du lipopolysaccharide (LPS) qui provient de la membrane des bactéries Gram négative (voir chapitre LPS et TLR4).

Activation du système de l’immunité innée par l’immunité acquise

En retour, le système immunitaire acquis stimule les mécanismes immunitaires de l’immunité innée. L’IL-2 par exemple, une cytokine produite par les lymphocytes CD4+, active les cellules tueuses naturelles ou cellules NK (Natural Killer). Les anticorps produits par les lymphocytes B se lient aux pathogènes qui sont alors plus facilement phagocytés par les macrophages. Les exemples de coopération entre l’immunité innée et l’immunité acquise de ce type sont nombreux, si bien que la frontière théorique entre ces deux systèmes devient parfois floue sur le plan fonctionnel.

Régulation du système immunitaire

Par ailleurs, aux côtés de ces mécanismes qui permettent l’activation optimale du système immunitaire, il existe des mécanismes de régulation qui, au contraire, permettent de diminuer voir de supprimer les réponses immunes. Certaines cellules sont spécialisées dans cette fonction régulatrice; c’est notamment le cas de certains lymphocytes T appelés lymphocytes régulateurs naturels (ou nTreg) mais aussi de certaines cellules du système de l’immunité innée comme les cellules suppressives d’origine myéloïdes (MDSC ou Myeloid Derived Suppressor Cells). Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au rôle joué par ces deux types de cellules régulatrices dans les réponses immunes faisant suite à l’injection d’une toxine bactérienne, le LPS, ou vis-à-vis d’une allogreffe. Grâce à deux modèles expérimentaux, nous verrons que la régulation de la prolifération homéostatique des lymphocytes T peut influencer la réponse du système de l’immunité innée au LPS et inversement, que le contrôle de la réponse immunitaire innée au LPS influence l’établissement d’une réponse immunitaire acquise à un alloantigène. La régulation de la réponse inflammatoire au LPS est donc un exemple caractéristique du dialogue permanent qui existe entre le système immunitaire inné et le système immunitaire acquis. Une meilleure description des mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent ces processus permettra peut-être d’envisager de nouvelles pistes thérapeutiques d’immunorégulation.

Figure 5 et 6

2. Le lipopolysaccharide et son récepteur TLR4 : un lien entre immunité innée et acquise

2.1 Le lipopolysaccharide et le TLR4

Le LPS est un composant de la membrane externe des bactéries Gram négatif et une puissante toxine capable à elle seule de provoquer une réaction inflammatoire mortelle appelée choc endotoxinique, lorsqu’elle se lie à son récepteur à la surface des cellules immunitaires. Le LPS est composé du lipide A qui est responsable de son activité biologique (et fait partie du corps glycolipidique) et d’une chaîne O latérale ² (figure 5). Avant de se lier à son récepteur, le LPS se lie tout d’abord à une protéine sérique, la LPS binding protein (LBP), et au corécepteur membranaire CD14. C’est seulement ensuite que ce complexe pourra établir un lien efficace avec le complexe qui lie le corécepteur MD2 au récepteur TLR4 (TLR4 pour Toll-like receptor 4) (Figure 6). Toutefois, le CD14 qui existe également sous forme soluble peut se substituer à la forme membranaire. De ce fait, des cellules CD14 négatives, comme les cellules endothéliales et les cellules épithéliales, peuvent elles aussi répondre au LPS par acquisition passive du CD14 ¹.

Le TLR4 est un récepteur transmembranaire de la famille des récepteurs de reconnaissance des motifs moléculaires (PRR), qui reconnaissent des produits microbiens et des molécules endogènes secrétées par les cellules lésées. Les récepteurs de type Toll ont été décrits pour la première fois chez les Drosophiles comme des molécules essentielles à leur développement embryonnaire et ont été relativement bien conservés au cours de l’évolution, depuis les insectes jusqu’aux mammifères ³. Plus tard, on a démontré le rôle des TLR dans la défense contre les infections fongiques (figure 7) ¹. A l’heure actuelle, 10 TLR ont été identifiés chez l’homme et 13 chez la souris ⁴. D’un point de vue structurel, les TLR sont relativement identiques entre eux et présentent des motifs riches en leucine (LRR ou Leucine Rich Repeat) semblables à ceux retrouvés dans la molécule CD14, ainsi qu’un domaine intracellulaire proche de celui du récepteur de l’interleukine 1 appelé TIR (Toll-interleukin-1 receptor). Les différents TLR répondent à des stimuli distincts et ont une localisation différente au sein des cellules ⁵ (figure 8). Il est intéressant de noter que la distribution des molécules TLR au sein d’une même cellule est associée à la nature des ligands qu’elles reconnaissent.

Figure 7et8

Les molécules TLR1, 2, 4, 5 et 6, spécialisées dans la reconnaissance de composés microbiens et de médiateurs de l’inflammation, sont exprimées à la surface des cellules.

A l’inverse, les molécules TLR3, 7, 8 et 9, spécialisées dans la détection des acides nucléiques (molécules non restreintes aux pathogènes), sont localisées dans des endosomes/lysosomes. Contrairement aux acides nucléiques microbiens, les acides nucléiques de l’hôte n’ont pas accès à ces compartiments et ne peuvent donc pas les activer.

Les ligands de TLR4 sont nombreux (tableau 1). Ils peuvent êtres subdivisés en deux catégories : les ligands exogènes, comme le LPS et la protéine de fusion virale F, et les ligands endogènes, comme la protéine de choc thermique hsp60 (heat shock protein 60), l’acide hyaluronique, l’HMGB-1 (High mobility group box 1), la fibronéctine et la β-2 défensine ² . La présence de ces ligands, normalement strictement intracellulaires, signe une destruction cellulaire ou tissulaire et représente donc un signal de danger pour le système immunitaire.

L’identification récente de ligands endogènes des TLR suggère que ceux-ci sont non seulement impliqués dans la défense contre les pathogènes extérieurs mais aussi dans la surveillance immune et les mécanismes de régulation et de tolérance du soi. En transplantation, notamment, des ligands endogènes de TLR4 sont sécrétés en réponse à l’inflammation et aux lésions d’ischémie et interviennent dans l’activation et la régulation de la réponse allogénique ^6,7.

La reconnaissance d’un ligand par le TLR4 entraîne l’oligomérisation du récepteur et le recrutement de protéines adaptatrices et de kinases au niveau de son domaine intracellulaire

«TIR». Ce processus déclenche l’activation de facteurs de transcription et l’expression de cytokines et de molécules d’adhésion et de co-stimulation qui permettront le recrutement et l’activation d’autres cellules du système immunitaire. A ce titre, tout comme d’autres récepteurs de la même famille, le TLR4 représente un premier relais des signaux de danger et un lien important entre le système immunitaire inné et acquis. Il existe deux voies d’activation intracellulaire recrutées par le TLR4 ^2,4: une voie dépendante de la molécule adaptatrice MyD88 (myeloid differentiation primary response gene 88) et une voie indépendante de cette molécule (figure 9). Le recrutement de MyD88 au niveau du domaine intracytoplasmique de TLR4 est facilité par la molécule TIRAP (TIR domain-containing adaptor protein aussi connue sous le nom de Mal pour MYD88-adapter like). Ensuite interviennent plusieurs molécules adaptatrices telles que les kinases IRAK-4 et IRAK-1 (IL-1R-associated kinase 4 et 1) qui s’associent avec la molécule TRAF6 (tumor necrosis factor (TNF) receptor–activated factor 6) pour activer d’une part les MAPKinases (mitogen-activated protein kinase), qui elles même activent le facteur de transcription AP-1 (activating protein-1) et, d’autre part, le facteur de transcription NF-kB (Nuclear Factor kappa B). In fine, cette cascade de signaux intracellulaires mène à la sécrétion de cytokines et de chimiokines et à l’expression de molécules de co-stimulation.

Tableau 1 et figure 9

La voie de signalisation indépendante de MyD88 implique la molécule TRIF (TIR domaine containing adapter-inducing interferon) et la molécule TRAM (TRIF-related adapter molecul) qui permettent l’activation tardive des MAPKinases et de NF-kB mais aussi l’activation du facteur de transcription IRF3 (interferon regulatory factor 3). Cet autre facteur de transcription régule l’expression des interférons de type I (IFN-α et IFN-β) et d’IP-10 (IFN-γ inducible protein 10). Les souris déficientes en l’une ou l’autre de ces voies d’activation sont résistantes au choc endotoxinique induit par le LPS mais sont, à l’inverse, plus susceptibles aux infections bactériennes, ce qui démontre que ces deux voies sont impliquées dans les mécanismes de défense antimicrobienne. Les 13 TLR connus à ce jour utilisent chacun des combinaisons différentes de molécules adaptatrices pour activer les voies de signalisation intracellulaires. Il est cependant intéressant de noter que seul le TLR4 utilise à la fois la voie dépendante de MyD88 et la voie indépendante de MyD88 (figure 10).

2.2 Le choc endotoxinique

Les infections bactériennes sévères entraînent un syndrome clinique potentiellement létal appelé choc septique, qui est caractérisé par une baisse de la pression artérielle (choc), une chute de la température corporelle (hypothermie) et des troubles métaboliques (notamment l’hypoglycémie). Expérimentalement, un syndrome clinique similaire peut être déclenché par l’injection de toxine, par exemple le LPS. En effet, le LPS est couramment utilisé dans les modèles expérimentaux car son injection reproduit l'ensemble des signes cliniques et des conséquences biologiques observés au cours de ce type de choc. La liaison du LPS à son récepteur, notamment sur les cellules macrophagiques, constitue un stimulus puissant pour la sécrétion de cytokines. Ces cytokines sont des protéines solubles qui servent de médiateurs dans les réactions immunitaires et qui déclenchent une réaction inflammatoire généralisée. Les macrophages produisent notamment le TNF-α, qui est responsable des manifestations cliniques du choc, et l’IL-12, qui stimule la production d’une autre cytokine, l’IFN-γ, produite par les cellules NK et les lymphocytes T. En retour, l’IFN-γ active les macrophages et les cellules présentatrices d’antigène et favorise la phagocytose et l’expression de molécules de co- stimulation. Le LPS est donc un puissant activateur à la fois du système immunitaire inné et du système immunitaire acquis. Une meilleure compréhension des mécanismes qui permettent de réguler cette activation massive aidera à mieux contrôler diverses réactions inflammatoires comme le choc endotoxinique.

Figure 10 et 11

2.3 La tolérance au lipopolysaccharide

Physiologiquement, le phénomène de tolérance, également appelé désensibilisation, est une réponse adaptée du système immunitaire qui, lors d’une infection bactérienne, lui permet de contrôler la réaction inflammatoire. Il a été décrit pour la première fois chez l’humain dans les années 1930 lors de l’administration répétée de vaccin anti-typhoïde (revu dans Beutler et al. ⁸).

En 1946, Beeson établit le principe de la tolérance dans un modèle animal ⁹, plus tard il a été montré que l’exposition préalable à de faibles doses de LPS induit une diminution de la production de cytokines inflammatoires, telles l’IL-12, l’IL-6, le TNF-α et l’IL-1β en réponse a une stimulation ultérieure par le LPS. Cet état transitoire de tolérance confère à l’animal une protection contre une dose létale de LPS. A l’époque, et jusqu’il y peu, on décrivait la tolérance comme un état d’hyporéponse du système immunitaire. In vitro, on évoquait des macrophages épuisés ¹⁰. Actuellement, on sait que contrairement à la conception de l’époque, l’état de tolérance implique des mécanismes actifs de régulation et s’accompagne d’une production de médiateurs à caractère anti-inflammatoire, tel que l’IL-10 et de l’expression des molécules inhibitrices ^11,12.

Dans ce travail, nous avons évalué l’effet de l’induction d’un état de tolérance au LPS sur le rejet d’une greffe allogénique. L’idée sous-jacente est que la modulation et l’exploitation de ce dispositif naturel de régulation du système immunitaire inné pourrait permettre d’envisager de nouvelles pistes d’immunosuppression après transplantation.

Mécanismes responsables de la tolérance au LPS et régulation négative des signaux de transduction de TLR4

Les principaux mécanismes impliqués dans le développement de la tolérance au LPS peuvent être regroupés en 6 catégories : l’altération de l’expression du TLR4, l’altération des signaux intracellulaires, les récepteurs inhibiteurs, la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires, la diminution des signaux chimiotactiques et des facteurs de croissance cellulaire, et les modifications épigénétiques (figure 11).

-Altération de l’expression du TLR4

La diminution de l’expression de TLR4 à la surface de macrophages murins a été décrite après une stimulation par le LPS ^13,14. Inversement, d’autres études signalent une surexpression de TLR sur les monocytes chez l’homme et chez la souris ¹⁵ ou encore une expression constante de TLR4 en réponse à la stimulation des macrophages par le LPS ¹². Ce phénomène est donc vraisemblablement dépendent de l’espèce et du type cellulaire utilisé.

Figure12

Les données contradictoires de la littérature suggèrent que cette étape n’est pas déterminante pour l’induction de la tolérance ^9,16.

-Altération des signaux intracellulaires: MyD88, IRAK, MAPK et NF-κB

Lorsque les cellules sont désensibilisées au LPS, d’importantes modifications des protéines adaptatrices de la voie de signalisation du TLR4 dépendante de MyD88 ont été mises en évidence, notamment la diminution de l’association de TLR4 et de MyD88, secondaire à une altération de la phosphorylation du domaine TIR de TLR4 ¹⁷, la diminution de la formation du complexe MyD88-IRAK ^18,19, ainsi que la diminution de la phosphorylation et donc de l’activation de la cascade intracellulaire pro-inflammatoire dépendante des MAPKinases ²⁰. On observe aussi une diminution de la dégradation des molécules inhibitrices IκKβ et IκKα et la formation d’homodimères de la sous-unité p50 de NF-κB qui bloquent l’activation de cette voie

21,22. A l’inverse, la protéine IRAK-M, qui régule négativement la voie de signalisation du TLR4

23, est surexprimée après la désensibilisation au LPS ²⁴. IRF4 et A20 sont aussi des molécules inhibitrices qui régulent négativement la voie d’activation de TLR4 en liant respectivement MyD88 et TRAF 6 de façon compétitive ²⁵ (figure 12). Enfin, la molécule SHIP (SH2- containing inositol phosphatase), un inhibiteur de NF-κB, est aussi indispensable à l’établissement de la tolérance. Elle est induite et phosphorylée en réponse au LPS ²⁶.

-Les récepteurs inhibiteurs : ST2L, SOCS-1 et SIGIRR

Au cours de la désensibilisation au LPS, on observe une augmentation du récepteur ST2 à la surface des macrophages. ST2 est un membre de la superfamille des TLR qui bloquent les signaux dépendants de TLR4 via la séquestration des protéines adaptatrices MyD88 et TIRAP

27. En accord avec cette observation, et bien que les souris déficientes en molécule ST2 aient la même sensibilité au choc endotoxinique que les souris sauvages, elles sont résistantes à l’induction de la tolérance au LPS. Par ailleurs, l’administration de la forme soluble de ST2 protège les souris du choc septique, et les anticorps anti-ST2 exacerbent l’effet toxique du LPS

28. La molécule SOCS-1, dont l’expression est également augmentée lors de la tolérance au LPS, déclenche l’ubiquitinylation et la dégradation de TIRAP ²⁹. Le récepteur transmembranaire SIGIRR (Single ImmunoGlobulin IL1R-Related protein), quant à lui, interagit directement avec TLR4 et bloque les signaux intracellulaires en séquestrant IRAK-1 et TRAF-6 au niveau du domaine TIR du récepteur ³⁰ (figure 12).

-La sécrétion de cytokines anti-inflammatoires

L’IL-10 et le TGF-β ont souvent été impliqués dans les mécanismes de tolérance au LPS. In vitro, il a été montré qu’un traitement avec un anticorps anti-IL10 prévient la

tolérisation de macrophages et qu’un prétraitement avec de l’IL-10 et du TGF-β permet de mimer partiellement la désensibilisation au LPS ^9,31. L’IL-10 diminue l’activation des APC, la sécrétion de cytokines inflammatoires, dont l’IL-12, et l’expression de molécules de co- stimulation ³². Le TGF-β facilite l’ubiquitination et la dégradation de la molécule adaptatrice MyD88 ³³ et est responsable de la surexpression de la molécule SHIP ²⁶ et inhibe directement la sécrétion d’IFN-γ par les cellules T et les cellules NK ³⁴. Il a cependant aussi été démontré que l’induction de la tolérance au LPS est possible chez des souris déficientes en IL-10 ou en TGF-β

35-37, ce qui suggère que, si ces cytokines interviennent dans le processus de tolérance, leur fonction dans ce cadre reste accessoire in vivo ³⁸. Contrairement à la voie d’activation dépendante de MyD88 qui est inhibée lors de la désensibilisation au LPS, la voie d’activation dépendante de TRIF et IRF3 semble nécessaire au phénomène de désensibilisation. En accord avec cette idée, non seulement l’IFN-β est augmenté lors de l’induction de tolérance, mais la neutralisation de cette cytokine empêche la désensibilisation ³⁹.

-Diminution de l’expression des chimiokines et des facteurs de croissance:

Après la désensibilisation aux ligands de TLR4, on observe une réduction de la production de plusieurs chimiokines, tels IP-10, KC (Keratinocyte-Derived Chemokine), MIP-1 et MIP-2 (Macrophage-Inflammatory Protein-1 and 2), MCP-1 (Monocyte Chemoattractant Protein-1), et de facteurs de croissance, comme le G-CSF et le GM-CSF ^12,40, avec pour conséquence in vivo, une diminution du recrutement des cellules inflammatoires, notamment des neutrophiles dans les poumons^40,41. La diminution de l’expression du GM-CSF après la désensibilisation au LPS concorde avec les expériences qui démontrent que les souris déficientes pour ce facteur sont moins sensibles au LPS ⁴².

-Modifications épigénétiques

La stimulation des TLR induit l’expression de centaines de gènes aux fonctions différentes et qui sont régulés de façon spécifique. Lorsque des macrophages sont désensibilisés au LPS, l’expression de certains gènes est inhibée (notamment ceux qui codent pour des protéines inflammatoires, comme l’IL-6), tandis que d’autres, au contraire, restent inductibles, voire plus facilement inductibles (notamment ceux qui impliquent des mécanismes de défense antibactérienne). L’équipe de Medzhitov a récemment montré que des modifications de la chromatine au niveau des promoteurs de ces différents gènes permettent d’expliquer la régulation différentielle d’un gène à l’autre en réponse à un même stimulus ⁴³. Le même travail révèle que des produits de gènes activés lors de la première exposition au LPS sont nécessaires aux modifications de la chromatine que l’on observe. Ceci implique que des molécules qui inhiberaient totalement les voies d’activation des TLR empêcheraient l’installation de

modifications épigénétiques importantes pour le «priming» de gènes qui interviennent dans les défenses antibactériennes et dans la régulation des réponses inflammatoires. Le fait que différents aspects de la réponse immunitaire aux ligands des TLR puissent être régulés de manière sélective, est un élément important pour le développement de nouvelles thérapeutiques anti-inflammatoires.

La tolérance croisée aux ligands des TLR

Le principe de désensibilisation décrit ci-dessus pour le TLR4 peut être appliqué a d’autres TLR. De plus, certains ligands peuvent se substituer entre eux et induire une désensibilisation croisée vis-à-vis du ligand d’un autre TLR. Ce phénomène appelé «tolérance croisée» est complexe et spécifique à chaque ligand. Ainsi, pour le TLR2 par exemple, l’exposition au ligand MALP2 (macrophage-activating lipopetide 2) confère une tolérance au LPS in vitro et in vivo, mais l’inverse n’est pas vrai: le LPS n’induit pas de tolérance à ce ligand⁴⁴. Par contre, dans le cas de l’acide lipotéichoïque (LTA), un composant de la paroi des bactéries Gram positif qui lie aussi le TLR2, la tolérance croisée avec le LPS fonctionne dans les deux sens, aussi bien in vitro qu’in vivo, et permet aussi d’induire la tolérance au CpG, un motif d’ADN microbien qui liele récepteur TLR9 ⁴⁵. Inversement, l’effet d’un prétraitement au CpG permet d’induire la tolérance au LTA ou au LPS in vitro, mais pas in vivo ^45,46. En ce qui concerne le TLR3, dont la voie d’activation dépend de la molécule adaptatrice TRIF, le ligand polyI:C permet d’induire une tolérance croisée au LPS et à MALP2, ce qui souligne l’importance de la voie TRIF dans le processus de tolérance ³⁹. Par ailleurs, des ligands d’autres récepteurs peuvent également entraîner une tolérance croisée pour des ligands des TLR. C’est notamment le cas du muramyl dipeptide (MDP), un ligand du récepteur cytoplasmique Nod2 qui diminue les réponses inflammatoires vis-à-vis des ligands de TLR2 et TLR4 ⁴⁷ via la réduction de l’activation d’IRAK-1 et la surexpression de la molécule inhibitrice IRAK-M. Ces deux molécules sont communes aux voies d’activation des TLR et de Nod2. Ces processus de tolérance croisée semblent importants, notamment pour le maintien de l’homéostasie de la muqueuse intestinale qui est constamment en contact avec des produits microbiens. Chez l’homme, ceci est illustré par l’association de la maladie de Crohn (une pathologie inflammatoire du tube digestif) avec les mutations du récepteur Nod2^48,49. Dans l’ensemble, ces résultats indiquent que le phénomène de tolérance croisée dépend de plusieurs facteurs tels le type cellulaire, les molécules adaptatrices impliquées, le ligand utilisé, et les conditions expérimentales. De ce fait, l’extrapolation de résultats obtenus avec des ligands différents ne pourra se faire qu’avec réserve. De même que des résultats obtenus in vitro n’augurent pas forcement des effets qui seront observés in vivo.

Tableau2

Cependant, d’un point de vue général, certaines voies de signalisation étant communes aux différents TLR (voir figure 10), nous garderons en mémoire le fait que la tolérance vis-à-vis d’un ligand spécifique aura généralement des conséquences sur la signalisation via d’autres TLR.

2.4 TLR4 et les différents acteurs de l’immunité innée et de l’immunité acquise

Le TLR4 est exprimé par plusieurs types de cellules. Son activation à donc des répercussions à différents niveaux (Tableau 2). De plus, les ligands de TLR4 d’une part agissent comme des signaux d’alerte qui activent le système immunitaire, et d’autre part engendrent des mécanismes de régulation et de réparation tissulaire.

Activation des cellules présentatrices d’antigènes

Les cellules dendritiques sont des cellules présentatrices d’antigène professionnelles qui existent sous plusieurs états de différenciation. Les DC immatures, localisées en périphérie, analysent en permanence leur environnement pour détecter des agents étrangers. Elles sont spécialisées dans la capture d’antigènes. Lors de la rencontre avec des composants microbiens ou allogéniques, les DC sont activées via les molécules TLR et deviennent alors des DC matures qui migrent vers les organes lymphoïdes secondaires pour présenter aux lymphocytes T naïfs les antigènes capturés. Les macrophages, qui sont des APC non professionnelles, sont eux aussi activés par les TLR. L’activation des APC entraîne l’augmentation de l’expression des molécules de co-stimulation CD40, CD80 et CD86 (nécessaires à l’activation des lymphocytes T naïfs) ainsi que l’expression des complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH), la production des cytokines pro-inflammatoires, et la production de molécules à activité chimio- attractante (chimiokines) qui vont attirer les cellules immunitaires sur le site inflammatoire⁵⁰. Globalement, ce processus augmente donc leur capacité à présenter les antigènes aux cellules T.

D’autre part, l’activation des TLR présents sur les APC peut indirectement favoriser l’établissement d’une réponse immune acquise efficace, en empêchant l’immunosuppression par les lymphocytes T régulateurs ^51,52. In vivo, il a été montré que le type de réponse lymphocytaire T qui s’établit dépend de la dose de PAMP présents avec l’antigène. Dans un modèle murin de sensibilisation à un antigène inhalé, la réponse lymphocytaire T dépend en effet de la dose de LPS inhalée en même temps que l’antigène : de faibles doses de LPS déclenchent une réponse de type Th2 (avec sécrétion de cytokines telles que l’IL-4, et l’IL-13), alors que de fortes doses de LPS induisent une réponse de type Th1 (avec sécrétion d’IFN-γ) ⁵³.

Figure13 table 3

L’activation des TLR sur les cellules présentatrices d’antigènes participe donc à l’initiation et à l’orchestration des réponses immunitaires acquises. Inversement, l’équipe de Yang-Xin Fu ⁵⁴ a récemment montré que des lymphocytes T peuvent contrôler l’inflammation générée par le système immunitaire inné en réponse à la stimulation des TLR. Dans leur modèle, le transfert adoptif de cellules T naïves CD4+ ou CD8+ à des souris qui en sont dépourvues, permet de contrôler la sécrétion de cytokines inflammatoires en réponse au LPS et au poly (I:C) (un ligand de TLR3) et ce indépendamment de la présence de cellules T régulatrices (figure 13).

Activation des lymphocytes T par les TLR

L’expression de TLR4 sur les lymphocytes T est dépendante de leur état fonctionnel et diffère selon les sous-types de cellules. Chez la souris, les cellules CD4+ naïves expriment très peu le TLR4 tandis que les cellules T activées et mémoires expriment le TLR4 ⁵⁵. Le rôle direct de la voie d’activation dépendante de MyD88 sur la prolifération et la survie des lymphocytes T a été montré in vitro dans une expérience de stimulation par le CpG ⁵⁶ et dans un modèle murin de maladie inflammatoire intestinale, après transfert dans des souris lymphopéniques de lymphocytes T provenant de souris sauvages ou déficientes pour cette voie d’activation ⁵⁷. Chez l’homme, des lymphocytes du sang périphérique expriment TLR4 et des modifications de l’expression des TLR sur les cellules T de patients infectés ont été observées ^58,59. Toutefois, le rôle physiologique de ces changements n’a pas été démontré. Plusieurs TLR sont exprimés par les lymphocytes régulateurs CD4+CD25+Foxp3+, notamment le TLR4 (tableau 3). Ceci est conforme à l’idée que les ligands des TLR peuvent non seulement modifier l’effet régulateur des Treg indirectement, via les cellules présentatrices d’antigène ou via un effet sur les cellules T effectrices ^52,60, mais aussi activent ou suppriment directement les Treg ^61,62. Cependant, l’effet stimulateur direct du LPS sur la prolifération, la survie et l’activité régulatrice des T régulateurs, rapporté par l’équipe de Demengeot ⁶³, n’a pas pu être confirmé par d’autres équipes et reste à ce jour controversé. L’effet des ligands des autres TLR sur les Treg est résumé dans le tableau numéro 3.

Activation d’autres cellules de l’immunité innée, des cellules épithéliales et endothéliales

Les neutrophiles expriment tous les TLR, excepté TLR3 ⁶⁴. La liaison de TLR2 et TLR4 en particulier contribue à leur survie et favorise leur migration, leur capacité de phagocytose, et la production de cytokines et de chimiokines ⁶⁵. A contrario, il été montré que l’activation des neutrophiles peut être régulée par des lymphocytes T régulateurs activés par le LPS qui

accélèrent leur apoptose ⁶⁶. L’expression de différents TLR est aussi décrite sur les cellules NK, les éosinophiles et les mastocytes ⁶⁷. De façon générale, l’activation des TLR augmente l’effet cytotoxique de ces cellules.

L’activation des TLR exprimés par les cellules épithéliales induit la production de cytokines immuno-stimulatrices ainsi que l’expression de molécules d’adhésion impliquées dans le recrutement, l’activation et la migration des cellules immunes sur le site de l’inflammation. Il a été notamment décrit que l’expression de TLR2 ou de TLR4 est requise sur les cellules épithéliales tubulaires rénales pour observer le tableau complet de lésion d’ischémie- reperfusion ^68,69. Cependant, la stimulation prolongée des cellules épithéliales les rendrait résistantes à une activation ultérieure notamment via la diminution de l’expression de TLR4 et MD2 ⁷⁰. Dans certains tissus, cet état d’hyporéactivité locale semble essentiel au maintient de l’homéostasie tissulaire, en évitant une activation permanente des cellules au contact des micro- organismes (tractus digestif, respiratoire et génital).

Les cellules endothéliales sont également activées par molécules agonistes des TLR.

Plusieurs modèles murins ont permis de démontrer que l’expression de TLR4 par les cellules endothéliales intervient dans le recrutement des leucocytes ^71,72. Ces différentes observations démontrent que l’effet de l’engagement des TLR par leurs ligands respectifs ne se limite pas aux cellules dendritiques mais implique une grande variété de cellules et peut donc avoir des conséquences diverses sur l’orientation globale des réponses immunes.

2.5 Les TLR en transplantation

Le rôle néfaste joué par l’activation des TLR dans le rejet d’allogreffe a été montré dans plusieurs modèles ^7,73. Les souris déficientes pour la molécule adaptatrice MyD88 présentent un allongement de la survie de greffe de peau avec une disparité d’antigènes majeurs ^74,75. Elles acceptent également une greffe de peau avec une incompatibilité antigénique mineure lorsque donneurs et receveurs sont déficients pour MyD88⁷⁴. Plus récemment, un allongement de la survie de greffe a été observé lorsque les souris donneuses sont déficientes pour les molécules MyD88 et TRIF qui interviennent dans les deux voies d’activation de TLR4⁷⁶. D’autre part, dans des modèles de tolérance induite par le blocage de la co-stimulation par de l’anti- CD40Ligand, l’administration des ligands de TLR9 et de TLR2 dans un modèle de greffe de cœur ^73,77 et des ligands de TLR9, TLR4 et TLR3 dans un modèle de greffe de peau ^73,78 préviennent l’induction de tolérance. Dans ces modèles, on observe une diminution du recrutement de lymphocytes T régulateurs dans les greffons, et une diminution de leur action suppressive, ainsi qu’une augmentation de la différenciation de lymphocytes alloréactifs producteurs d’IFN-γ. De même, le rejet d’une greffe de peau et une maladie du greffon contre

l’hôte (GVHD ou Graft Versus Host Disease) peuvent également être déclenchés par l’administration de ligands de TLR7 ^79,80 et de TLR4 ⁸¹.

Ces différents modèles expérimentaux sont compatibles avec des observations cliniques qui décrivent le rejet de greffe d’organe à la suite d’épisodes infectieux ^82,83. Tandis que d’autres études cliniques rapportent une meilleure survie des greffons rénaux et pulmonaires chez des patients présentant un polymorphisme de TLR4 qui induit une hyporéponse au LPS ^84-86.

A l’opposé, la stimulation continue ou répétée des TLR favorise l’activation de mécanismes de régulation, comme cela a été décrit dans le chapitre concernant la tolérance au LPS. Dans ce cas, l’inhibition précoce de l’inflammation pourrait permettre de mieux contrôler la réaction allogénique. En effet, la désensibilisation aux ligands des TLR permet de contrôler l’activation du système immunitaire inné et par ce biais pourrait avoir un effet sur l’établissement des réponses lymphocytaires. D’autre part, elle pourrait aussi avoir un effet direct sur les lymphocytes. Cette théorie est supportée par des observations faites pendant des infections parasitaires chroniques durant lesquelles les animaux sont protégés contre des maladies de type allergique ⁸⁷ et auto-immunes ⁸⁸. De plus, l’activation des TLR peut entraîner l’expansion de cellules myéloïdes suppressives (décrites ci-dessous) qui sont capables de supprimer des réponses lymphocytaires T ⁸⁹.

L’effet régulateur de ces cellules, démontré dans des maladies auto-immunes, suggère qu’elles pourraient avoir un impact sur l’établissement d’une réaction allogénique. L’hypothèse selon laquelle la désensibilisation au LPS pourrait influencer une réponse allogénique fait l’objet de la seconde partie de ce travail. De même que l’évaluation du rôle des cellules myéloïdes suppressives dans ce contexte.

L’ensemble de ces résultats indique qu’en transplantation, la stimulation des TLR représente une arme à double tranchant qui, suivant le contexte, les cellules concernées, et la cinétique de stimulation, pourrait être bénéfique ou délétère en ce qui concerne la survie de greffe (figure 14). Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la régulation et l’activation des réponses immunes induites par les TLR permettra probablement d’exploiter certaines molécules et certaines cellules régulatrices à des fins thérapeutiques.

Figure 14

3. Tolérance et régulation immunitaire

3.1 La tolérance immunitaire

La tolérance immunitaire du «soi» se définit comme l’absence et/ou la régulation de la réponse aux antigènes du soi et ce bien que le système immunitaire soit capable de répondre à une variété considérable d’antigènes étrangers. La tolérance aux différents antigènes du soi est induite à deux niveaux lors du développement des lymphocytes dans les organes lymphoïdes primaires (tolérance centrale) ou dans les tissus périphériques (tolérance périphérique). En périphérie, l’induction d’une tolérance spécifique à des antigènes étrangers permet de contrôler des réactions immunitaires indésirables tels les allergies et le rejet d’organes transplantés (figure 15).

3.1.1 La tolérance centrale

Les mécanismes impliqués dans la tolérance centrale ne font pas l’objet de ce travail.

Notons cependant qu’ils permettent l’élimination des lymphocytes T reconnaissant avec une forte affinité des antigènes du soi présents dans le thymus (sélection négative). D’autre part, certains lymphocytes T immatures qui reconnaissent les antigènes du soi dans le thymus se transforment en lymphocytes T régulateurs et migrent dans les tissus périphériques. Le rôle de ces lymphocytes T régulateurs dans la tolérance périphérique sera décrit ultérieurement.

3.1.2 La tolérance périphérique

La tolérance périphérique permet d’éviter les réactions auto-immunes lorsque la tolérance centrale est incomplète et que des lymphocytes matures reconnaissent des antigènes du soi dans les tissus périphériques. Elle permet, en sus, de prévenir les réponses lymphocytaires T à des antigènes du soi qui ne sont pas présents dans le thymus, mais qui peuvent être présents dans les tissus périphériques. En cas d’inflammation et de lésion tissulaire notamment, certains antigènes qui habituellement ne sont pas exposés peuvent être anormalement dévoilés et faire l’objet de réactions auto-immunes en périphérie. Plusieurs mécanismes interviennent dans le processus de tolérance périphérique; l’ignorance, l’anergie, la mort cellulaire et la régulation.

Figire 15

L’ignorance

L’ignorance immunologique correspond à l’absence d’activation des lymphocytes T en présence de l’antigène. Ce mécanisme intervient lorsque le taux d’antigène est insuffisant ou lorsque les antigènes ne sont pas présentés aux lymphocytes ⁹⁰.

L’anergie

L’anergie se définit comme l’inactivation fonctionnelle des lymphocytes. Elle se caractérise par l’absence de prolifération et de production d’IL-2 en réponse aux signaux activateurs ⁹¹. Cet état réversible intervient soit lorsque les cellules reconnaissent des antigènes sans le niveau adéquat de molécules de co-stimulation, soit lorsque des cellules activées sont incapables de répondre à une nouvelle stimulation, même en présence des signaux adéquats ⁹². Plusieurs mécanismes peuvent participer à l’anergie des cellules; la présence d’IL-10 lors de la reconnaissance antigénique ⁹³, l’altération du signal transmis par le TCR via des peptides altérés, et la liaison de récepteurs inhibiteurs sur les lymphocytes T, tels que le CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen -4) ⁹⁴.

La mort cellulaire induite par l’activation

L’activation répétée des lymphocytes matures par des antigènes du soi, ou la re- stimulation par un antigène sans une co-stimulation appropriée déclenche la mort cellulaire par apoptose. Ce processus appelé mort cellulaire induite par l’activation (AICD pour activation- induced cell death) met en jeu des mécanismes dépendants de récepteurs de mort tel que Fas- FasL et le TNFR, ainsi que des mécanismes indépendants des récepteurs de mort ^95,96.

La régulation immunitaire

La tolérance périphérique peut aussi être induite par des cellules qui suppriment les fonctions effectrices de cellules voisines. Les lymphocytes T, notamment, peuvent se différencier en lymphocytes T régulateurs dans le thymus (lymphocytes T régulateurs naturels ou nTregs) ou dans les tissus périphériques (lymphocytes T régulateurs induits ou iTregs). Des cellules du système immunitaire inné peuvent, elles aussi, inhiber des réponses immunitaires T.

Elles font partie intégrante du réseau de mécanismes de suppression en périphérie. Certaines de ces cellules régulatrices sont décrites ci-dessous.

Figure 16

3.2 La régulation immunitaire en périphérie 3.2.1 Les lymphocytes T régulateurs

A. Les lymphocytes T régulateurs naturels

Les lymphocytes T régulateurs naturels (nTregs) jouent un rôle important dans l’homéostasie immune et la prévention des réactions auto-immunes, tout au long de l’existence

97. Ils se distinguent des autres lymphocytes régulateurs par le fait qu’ils se différencient dans le thymus. Les lymphocytes T régulateurs induits se développent au cours des réactions immunes et secondent les nTregs dans la régulation des processus inflammatoires et les réactions immunes intercurrentes, comme après transplantation ⁹⁸.

Les lymphocytes T régulateurs naturels expriment constitutivement le CD25 (la chaîne alpha du récepteur à l’IL-2 de haute affinité ou IL-2Rα), le GITR (Glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor familly-related gene) ⁹⁹, le CD62L et le CTLA-4 (Cytotoxic T lymphocyte-associated Antigen) ¹⁰⁰. Ils sont CD45RB^low chez la souris (l’équivalent du CD45RO chez l’humain) et expriment un taux faible de CD127 (la chaîne α du récepteur à l’IL- 7) ¹⁰¹. Cependant, aucun de ces marqueurs de surface n’est spécifique des nTregs. Seul le facteur de transcription Foxp3 a été identifié comme un gène clef dans le développement et la fonction des Treg ^102,103. En effet, des mutations ponctuelles du gène Foxp3 sont responsables chez l’homme d’un syndrome auto-immun appelé IPEX (Immune disregulation Polyendocrinopathy Enteropathy X-linked syndrome)¹⁰⁴ et chez la souris d’une maladie lymphoproliférative apparentée chez la souris dénommée scurfy ¹⁰⁵. L’expression ectopique de Foxp3 dans des lymphocytes non régulateurs leur confère une activité suppressive ¹⁰². Les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l’effet immunomodulateur de Foxp3 sont partiellement élucidés. Il semble que Foxp3 se lie à certains facteurs de transcription tels que NFAT (nuclear factor of activated T cells), AML1/Runx1 (acute myeloid leukemia-1/Runt- related transcription factor 1) et éventuellement NFκB, et inhibe leur activité transcriptionnelle

106. Dans les cellules T conventionnelles, l’activation de NFAT promeut l’expression des gènes comme celui de l’IL-2 et de l’IL-4 ainsi que d’autres gènes qui contribuent à l’activation des cellules T et leur différentiation en cellules effectrices. Dans les cellules Treg, la liaison de Foxp3 avec NFAT induit notamment la répression de l’expression du gène de l’IL-2 et l’activation de CTLA4 et Cd25. AML1/Runx1 coopère avec NFAT pour activer le promoteur du gène de l’IL-2.

Figure 17

Dans les lymphocytes T régulateurs, cet effet est bloqué par la liaison de Foxp3 à AML1/Runx1 (figure 16). D’autre part, Foxp3 interagit également avec des histones acetyl transferase (HAT) et des histones deacetylase (HDAC). L’acétylation de Foxp3 par TIP60 (une HAT), par exemple, favorise la liaison de Foxp3 au promoteur de l’Il-2 et augmente la suppression de ce gène ¹⁰⁷. En réalité, Foxp3 contrôle directement ou indirectement approximativement l’expression de 700 gènes et se lie directement à 10% d’entre eux. Les gènes directement liés par Foxp3 codent notamment pour des molécules de transduction, des facteurs de transcriptions, des cytokines comme l’IL-2, des molécules de surface comme CD25 et CTLA4 et des enzymes.

La liaison de Foxp3 à ces différents gènes fonctionne comme un activateur de transcription pour certains et comme un répresseur de transcription pour d’autres. Pour la plupart de ces gènes, la signification fonctionnelle de ces modifications reste cependant inconnue. D’autre part, l’existence de gènes qui semblent spécifiques des lymphocytes Treg, mais sont indépendants de Foxp3, suggère qu’il pourrait y avoir une régulation de la transcription en amont de FoxP3 ¹⁰⁶.

La question de la spécificité antigénique de l’action suppressive des nTregs est complexe. Différents modèles (de diabète auto-immun, de transplantation et de greffe de moelle

108-110) ont permis de montrer que des nTregs spécifiques de l’alloantigène ou de l’auto-antigène concerné peuvent être plus efficaces que des nTregs polyclonaux. On sait par ailleurs que les Tregs ont un répertoire de TCR capable de reconnaître des antigènes du soi mais aussi du non- soi ^111-113 et que leur action suppressive nécessite l’engagement de leur TCR ainsi qu’une co- stimulation appropriée ¹¹⁴. Cependant, une fois activés, les Treg fonctionnent de manière non spécifique et peuvent inhiber des lymphocytes effecteurs qui ont une autre spécificité antigénique. C’est ce que l’on appelle la «bystander suppression» ¹¹⁵. Heureusement, durant les réponses immunitaires, la présence des nTregs est probablement limitée aux zones d’inflammation et aux ganglions, ce qui permet d’éviter une immunosuppression globale et non spécifique.

Les mécanismes de suppression des nTreg

Les mécanismes impliqués dans la régulation par les nTreg sont multiples (figure 17).

Bien qu’in vitro, suivant le modèle expérimental choisi, l’un ou l’autre mécanisme puisse être prédominant, il semble que les nTregs utilisent plusieurs voies de suppression de façon synergique pour prévenir, réguler et achever les réponses immunes (figure 18). Des études d’imagerie ont permis de montrer qu’in vivo les Treg interagissent préférentiellement avec les cellules présentatrices d’antigènes ^116,117 et empêchent une liaison stable entre les lymphocytes T naïfs et la cellule dendritique, ce qui semble indiquer qu’in vivo le contact direct entre les Tregs et les T effecteurs ne serait pas nécessaire à leur inhibition.

Figure 18