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Alexis Gonon
To cite this version:
Alexis Gonon. Impact d’une exposition aux nanoparticules sur les fonctions des cellules présentatrices d’antigènes. Virologie. Université Grenoble Alpes, 2017. Français. �NNT : 2017GREAV078�. �tel- 01726627�
THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE LA COMMUNAUTE UNIVERSITE GRENOBLE ALPES
Spécialité : Virologie - Microbiologie – Immunologie
Arrêté ministériel : 25 mai 2016
Présentée par
Alexis GONON
Thèse dirigée par Patrice MARCHE, Directeur de Recherche, Inserm délégation Alpes, et
codirigée par Michèle COTTIER, Professeur, Université Jean MONNET – Saint-Etienne,
préparée au sein du Laboratoire CRI IAB - Centre de Recherche Oncologie/Développement - Institute for Advanced
Biosciences Inserm U1209
dans l'École Doctorale Chimie et Sciences du Vivant
Impact d'une exposition aux
nanoparticules sur les fonctions des cellules présentatrices d'antigènes
Thèse soutenue publiquement le 10 novembre 2017, devant le jury composé de :
Monsieur Walid RACHIDI
MAITRE DE CONFERENCES, UNIVERSITE GRENOBLE ALPES, Président
Madame Anna BENCSIK
DIRECTRICE DE RECHERCHE, ANSES - LYON, Rapporteur
Monsieur Tijani GHARBI
PROFESSEUR, UNIVERSITE DE FRANCHE-COMTE, Rapporteur
Monsieur Sébastian AMIGORENA
DIRECTEUR DE RECHERCHE, CNRS PARIS-VILLEJUIF, Examinateur
Monsieur Nicolas CLERE
MAITRE DE CONFERENCES, UNIVERSITE D'ANGERS, Examinateur
Monsieur Patrice MARCHE
DIRECTEUR DE RECHERCHE, INSERM ALPES, Directeur de thèse
Impact d’une exposition aux nanoparticules sur les
fonctions des cellules
présentatrices d’antigènes
Thèse de doctorat
Alexis GONON
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Remerciements
Tout d’abord, je tiens à remercier le Dr Patrice MARCHE pour m’avoir accueilli dans son laboratoire pendant 3 ans, pour avoir cru en moi et pour m’avoir initié au monde et à l’Histoire de l’immunologie. Merci également au Dr Michèle COTTIER pour avoir assuré la codirection de cette thèse.
Je souhaite exprimer aussi toute ma gratitude aux Dr Anna BENCSIK et Tijani GHARBI pour avoir accepté d’être rapporteurs de ce manuscrit ; aux Dr Sébastian AMIGORENA, Nicolas CLERE et Walid RACHIDI pour l’évaluation de ma soutenance.
Je remercie également les Dr Marie CARRIERE et Bertrand TOUSSAINT pour leur investissement dans mon comité de suivi de thèse et pour le regard critique qu’ils ont apporté au projet.
Je souhaite exprimer ma grande reconnaissance au Dr. Christian VILLIERS, le « Docteur es nano », qui m’a initié aux notions de nanomatériaux et nanoparticules, qui m’a formé à la microscopie, et qui a participé activement à la correction de mon article et de ce manuscrit.
Cette thèse a été financée par le programme « Communautés de Recherche Académique » (ARC) Rhône Alpes – Environnement. Les travaux ont été financés dans le cadre du programme de l’Agence Nationale pour la Recherche « multimage » et du programme européen ERA-NET. Je remercie chaleureusement ces différents organismes et leurs personnels (particulièrement Kissia RAVANEL du programme ARC) sans lesquels tout cela n’aurait pas été possible.
Merci aussi à mes collègues de l’équipe Immunologie Analytique des Pathologies Chroniques et plus généralement de l’institut pour l’Avancée des Biosciences. Et particulièrement :
Le Dr Bertrand HUARD pour avoir lui aussi participé activement aux corrections des manuscrits, mais aussi pour m’avoir offert une double compétence : déménagement et jardinage,
Benoit (Oh pardon Dr MANFROI), avec qui j’ai noué des liens d’amitié forts au cours de cette thèse, pour tous les « projets » qu’on a réalisé ensemble Améno, le Dr. P, les
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visiteurs … et bien sûr pour tous ces moments « d’intimité » sur la plateforme de cytométrie,
Emilie pour l’étroite collaboration que nous avons montée autour du projet Lipivac,
Mes « cobureaux » : Laure et Jessica, qui ont partagé leur espace avec moi pendant les deux premières années,
Mylène, Jacques et Alexei pour l’aide en microscopie et en cytométrie.
Enfin je tiens à remercier chaleureusement ma famille et mes amis pour leur soutien infaillible au long de cette thèse, pour tous les bons moments passés ensemble. Une pensée particulière à ma mère qui a aidé à la relecture de la thèse.
« Last but not least » comme le veut l’expression anglaise consacrée, un grand merci à Claire avec qui je partage ma vie depuis presque 3 ans. Merci pour tout l’amour que tu m’as donné pendant ces années, pour tous ces superbes moments vécus ensemble et pour ceux qu’on vivra encore demain, pour ton soutien sans failles et pour avoir su me relever lors des épreuves de cette thèse. Si j’en suis là aujourd’hui, c’est grâce à toi !
Je dédie ce rapport à Claire VAREILLES
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Table des matières
REMERCIEMENTS ... 3
TABLE DES MATIÈRES ... 5
TABLE DES FIGURES ... 9
TABLE DES ABRÉVIATIONS PRINCIPALES ... 11
RÉSUMÉ ... 12
SUMMARY ... 13
INTRODUCTION GÉNÉRALE ... 14
ETAT DE L’ART ... 17
PARTIE 1 :LE SYSTÈME IMMUNITAIRE PROTÈGE NOTRE ORGANISME CONTRE LES AGRESSIONS ... 17
A. Introduction... 17
B. Les macrophages, les phagocytes professionnels de l’immunité innée ... 20
1. Les sous populations de macrophages ... 20
2. Macrophages et homéostasie tissulaire ... 22
C. Les Cellules Dendritiques (DC), les présentatrices professionnelles ... 25
1. Les cellules dendritiques myéloïdes conventionnelles (mDCs) ... 25
2. Les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs) ... 27
3. Les cellules dendritiques CD14+ dermiques ... 29
4. Les cellules de Langerhans ... 29
5. Les cellules dendritiques inflammatoires ... 30
D. Les récepteurs de type Toll (TLR), senseurs pour la reconnaissance des pathogènes ... 31
1. Structure des TLR ... 31
2. La voie de signalisation TLR active NF-κB, AP-1 et IRF ... 32
E. Les cytokines et leurs récepteurs ... 37
F. La phagocytose, quand les cellules immunitaires jouent à Pac-Man ... 41
1. Reconnaissance de l’agent étranger et formation du phagosome ... 41
2. Maturation du phagosome ... 45
3. Résolution ... 48
G. La présentation antigénique sur les molécules du MHC, étape majeure dans l’initiation de la réponse adaptative. ... 50
1. Le MHC de classe I ... 50
2. Le MHC de classe II ... 52
3. Cross présentation, la présentation d’un antigène extracellulaire sur MHC-I ... 56
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H. Les Lymphocytes T ... 58
1. Les LT CD4+ ou lymphocytes T helpers ... 58
2. Les LT CD8+ ou lymphocytes T cytotoxiques... 60
3. Lymphopoïèse T ... 61
4. Induction de la réponse T ... 63
PARTIE 2:LES NANOPARTICULES, ENTRE PROMESSES ET INCERTITUDES ... 70
A. Introduction : nanotechnologies et nanoparticules ... 70
B. Les origines des nanomatériaux ... 73
C. Procédés de fabrication des nanomatériaux manufacturés ... 75
D. Applications ... 77
E. Définition du risque nano ... 78
F. Réglementations pour limiter l’exposition des populations aux nanomatériaux ... 80
1. Protéger les professionnels d’une exposition aux nanomatériaux : ce que dit le code du travail ... 80
2. Protéger les populations d’une exposition aux nanomatériaux ... 81
G. Les NP à usage bio-medical ... 84
1. Les nanoparticules d'or (AuNP) ... 88
2. Les nanoparticules de Poly (D,L-Lactic-coGlycolic) Acid (PLGA) ... 92
3. Les Lipidots ... 96
4. Les nanoparticules de Gadolinium – Polysiloxane AguIX ... 99
CONTEXTE DE L’ÉTUDE ET OBJECTIFS ... 102
MATÉRIEL ET MÉTHODES ... 104
A. Culture cellulaire ... 104
1. Macrophages J774 ... 104
2. Cellules dendritiques dérivées de la moelle osseuse (BMDC) ... 104
3. Cellules dendritiques de lignée JAWSII ... 105
4. Lymphocytes T CD4+ spécifiques de OVA ... 105
B. Les NanoParticules (NP) ... 106
1. Nanoparticules d'or (AuNP) ... 106
2. PLGA ... 106
3. Lipidots... 107
4. AguIX GdSi ... 107
5. L'incubation des cellules avec les NP ... 107
C. Tests fonctionnels... 108
1. Accumulation intracellulaire ... 108
2. Analyse de microscopie électronique ... 108
3. Évaluation de la toxicité ... 108
4. Evaluation de la capacité d’endo /pinocytose ... 109
5. Evaluation de la capacité de phagocytose ... 109
6. Evaluation de la proportion de phagosomes acidifiés ... 109
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7. Test d’activation cellulaire ... 110
8. Test de présentation antigénique in vitro ... 110
9. Analyse des sécrétions de cytokines ... 110
10. Extraction protéique et immuno-blot ... 111
11. Translocation nucléaire de NF-κB ... 112
RÉSULTATS ... 113
A. Les NP s’accumulent dans les Macrophages J774 et les BMDC ... 113
B. Impact de cette accumulation sur la viabilité des cellules ... 117
C. Impact des NP sur l’internalisation subséquente de matériel étranger ... 121
D. Les AuNP interfèrent avec la fluorescence du FITC ... 123
E. Impact des NP sur la phagocytose ... 125
F. Impact des NP sur l’acidification du phagosome ... 129
G. Impact des NP sur l’activation et la réponse inflammatoire des BMDC ... 131
H. Impact des AuNP sur la réponse inflammatoire des BMDC ... 135
I. Impact des AuNP sur la polarisation de la réponse T par les BMDC. ... 137
J. Impact des AuNP sur la voie de signalisation NF-κB ... 140
K. Impact des autres NP sur la polarisation des LT ... 144
DISCUSSION ... 148
A. Introduction... 148
B. Internalisation des différentes NP de L’étude. ... 149
C. Cytotoxicité et définition de la dose sub-toxique ... 149
D. Impact des NP sur la phagocytose ... 150
E. Impact des NP sur l’acidification phagosomale ... 152
F. Les NP n’activent pas les DC et ne perturbent pas l’activation par un signal de danger ... 153
G. Impact des AuNP sur la synthèse de cytokine par les DC en réponse au LPS bactérien ... 154
H. Les AuNP affectent la polarisation de la réponse T par les DC ... 154
I. Impact des autres NP sur la sécrétion de cytokines par les DC ... 156
J. Bilan de l’impact immunotoxicologiques des différentes NP ... 156
K. Les AuNP n’altèrent pas la voie de signalisation NF-κB ... 158
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ... 159
A. Développement d’un ensemble de tests in vitro pour évaluer l’immunotoxicité des NP à long terme 159 B. Perspective 1 : vers la production de NP « safer by design » ... 162
C. Perspective 2 : déchiffrer les mécanismes moléculaires altérés par les AuNP ... 167
ANNEXE 1 : PROJETS DE PUBLICATIONS ... 169
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A. Article en préparation ... 170
B. Article en révisions ... 171
ANNEXE 2 : COMMUNICATIONS ORALES EN CONGRÈS ... 172
A. Présentation au congrès de la Société Française de Nano médecine (Décembre 2015) ... 173
B. Présentation au congrès européen NANOSAFE 2016 (Novembre 2016) ... 175
C. Présentation au congrès international 16th World Nano Conference (Juin 2017)... 177
D. Présentation au congrès international de l’institut des métaux en biologie de Grenoble « Metallic nanoparticles: health, environment, applications and safer-by-design » (Septembre 2017) ... 180
ANNEXE 3 : POSTERS ... 182
A. Poster présenté à la journée ARC environnement (Octobre 2015) ... 183
B. Poster présenté au congrès de la Société Française d’Immunologie (Décembre 2016) ... 184
BIBLIOGRAPHIE ... 185
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Table des Figures
Figure 1. La réponse immunitaire Innée et adaptative. ... 18
Figure 2. Les sous types de macrophages residents ... 21
Figure 3. La polarisation des macrophages dépend des facteurs présents dans leur environnement. ... 24
Figure 4. Les sous-populations de DC et leurs marqueurs chez l’homme et la souris. ... 27
Figure 5. Les caractéristiques des différents types de DC humaines et murines. ... 28
Figure 6. Structure des TLR. ... 32
Figure 7. Spécificité des TLR et leurs adaptateurs. ... 33
Figure 8. Transduction du signal des TLR. ... 36
Figure 9. Tableau récapitulatif des cytokines analysées dans cette étude ... 38
Figure 10. Le cytokine récepteur active la voie de signalisation JAK/STAT ... 39
Figure 11. Reconnaissance de la cible phagocytaire et formation du phagosome ... 43
Figure 12. Maturation du phagosome. ... 47
Figure 13. Apprêtement d'un antigène sur le MHC-I ... 52
Figure 14. Structure des complexes MHC et de leurs sillons peptidiques ... 54
Figure 15. Le sillon peptidique du MHC-II est bloqué par le peptide CLIP jusqu’à l’adressage du complexe au phagolysosome. ... 56
Figure 16. Les différentes sous-populations de lymphocytes T helpers et leurs rôles en immunité et pathologie. ... 59
Figure 17. Le parcours des lymphocytes T dans le thymus et leur maturation. ... 62
Figure 18. Structure tridimensionnelle du TCR et de son interaction avec le complexe MHC/peptide ... 64
Figure 19. Structure du complexe TCR. ... 65
Figure 20. Transduction du signal du TCR ... 66
Figure 21. Comparaison de la taille de nanomatériaux avec d'autres objets du quotidien. .... 71
Figure 22. Les nano-objets et leur propriété de surface volumique ... 72
Figure 23. Les deux stratégies de production de NP ... 76
Figure 24. Applications des nanomatériaux. ... 78
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Figure 25. Le risque associé à une substance chimique est fonction de la dangerosité et de
l'exposition. ... 79
Figure 26. Les NP à visée médicale ... 85
Figure 27. Utilisations des AuNP ... 90
Figure 28. L'hydrolyse du PLGA donne des métabolites qui peuvent être intégrés au cycle de Krebs ... 92
Figure 29. Structure des Lipidots (LNP) ... 97
Figure 30. Synthèse des GdSi par approches Bottom-Up et passive Top-Down. ... 100
Figure 31. Structure des chélates de DOTA et DTPA. ... 153
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Table des abréviations principales
APC : Cellules présentatrices d’antigènes AuNP : Nanoparticules d’or
BMDC : Cellules dendritiques dérivées de moelle osseuse CD : Cluster de différenciation
CPA : Cellules présentatrices d’antigènes DC : Cellules Dendritiques
GdSi : Nanoparticules de Gadolinium – Polysiloxane AguIX IFN-γ : Interféron gamma
IL : Interleukine
IκB : Inhibiteur de NF-κB
LB : Lymphocyte B
LT : Lymphocyte T
LNP : Nanoparticules lipidiques Lipidots LPS : Lipopolysaccharide
MHC : Complexe Majeur d’Histocompatibilité NF-κB : Facteur Nucléaire - κB
NP : NanoParticules NK : Cellules Natural Killer
PAMP : Pathogen Associated Molecular Patterns PLGA: Poly (D,L-Lactic-coGlycolic) Acid
PRR : Pattern recognition receptors TCR : Récepteur des Cellules T
Th : relatif aux lymphocytes T CD4+ helpers TLR : Récepteur de type Toll
TNF : Facteur nécrosant des tumeurs
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Résumé
Impact d’une exposition aux nanoparticules sur les fonctions des cellules présentatrices d’antigènes
Les nanoparticules (NP) ont été introduites en médecine pour développer des médicaments intelligents ou des agents d'imagerie. En raison de leur petite taille (<100 nm), les NP permettent la mise en place de thérapies ciblées, augmentent la diffusion et l’efficacité des drogues, tout en facilitant les modes d’administration et en diminuant les couts de santé publique. Malgré les promesses que présentent les NP pour la médecine, les risques potentiels pour la santé humaine associés à une exposition aux NP restent mal documentés ; en particulier en ce qui concerne leurs effets sur le système immunitaire. Les cellules présentatrices d’antigène (CPA) (comprenant les macrophages et les cellules dendritiques) sont recrutées au site d’inflammation induite par des pathogènes et constituent une ligne de défense majeure pour notre organisme. Les CPA sont dotées d’une activité de phagocytose et endocytose conduisant à une forte internalisation des NP. Ainsi, ces cellules seront parmi les plus affectées par une exposition aux NP et sont un modèle expérimental pertinent pour l’étude du devenir cellulaire des NP et de leurs effets sur l’hôte.
Dans cette étude, nous avons étudié si les fonctions de ces cellules pourraient être modifiées par une exposition aux NP. Comme modèles de NP, nous avons choisi l'or (AuNP) et le gadolinium-polysiloxane (GdSi) utilisés comme agent de contraste ou de théranostique, le poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) et une nano émulsion lipidique (LNP) développés comme plateforme de délivrance d’antigènes ou de médicaments. Tout d'abord, en utilisant des microsphères fluorescentes comme sonde, nous avons montré que toutes les NP testées n'altèrent pas la capacité de phagocytose de la lignée cellulaire de macrophages J774. Ensuite, l’activation des cellules a été analysée par cytométrie de flux, basée sur l'expression des marqueurs de surface CD-86 et MHC-II. Nous avons établi que l'exposition aux NP n'active pas les cellules dendritiques dérivées de la moelle osseuse (BMDC). Dans le même sens, aucune de ces NP n’induit par elle-même de sécrétions de cytokines par les BMDC. En outre, l’activation de ces cellules par des activateurs connus, tels que le lipopolysaccharide bactérien (LPS) n'est pas modifiée par les NP. Cependant, l'exposition aux AuNP diminue l'expression des cytokines IL-6, IL-12 et IL-23 par les BMDC activées par LPS. Or, ces cytokines sont impliquées dans la polarisation des lymphocytes T CD4 + vers le phénotype T helper approprié (Th). Nous avons analysé si ces modifications de cytokines pourraient modifier la réponse Th. Dans un modèle in vitro de présentation d'antigène, les BMDC ont été incubés avec un antigène modèle (ovalbumine (OVA)) et co-cultivés avec des cellules T spécifiques de l'OVA. L'exposition aux AuNP a conduit à une augmentation des cytokines spécifiques des lymphocytes T: IL-13 (indiquant un déplacement de la balance Th1 / Th2 classique vers Th2) et IL-17 (permettant de diriger les cellules T vers Th17). L'exposition des BMDC aux autres NP de l'étude ne modifie que très faiblement leurs sécrétions de cytokines inflammatoires, et n'a donc pas d'impact sur le destin des lymphocytes T après la présentation de l'antigène.
L’ensemble de ces résultats démontrent que GdSi, PLGA et LNP ne modifient pas la phagocytose, l'activation des DC et la présentation antigénique. Cependant, l'exposition aux AuNP modifie les réponses inflammatoires des DC et le devenir des cellules T vers les phénotypes Th2 et Th17. Ces modifications pourraient entraver la physiologie du système immunitaire et contribuer aux maladies chroniques ou à l'auto-immunité.
Grand Public
Les nanoparticules (NP) sont des objets de différentes natures aux dimensions infiniment petites (à l’échelle du milliardième de mètre). Les NP sont utilisées en médecine, pour développer des médicaments innovants, en augmentant par exemple leur diffusion dans le corps et leur efficacité. Cependant, les NP pourraient avoir des impacts néfastes sur la santé. Notamment, au contact de l’organisme, les NP sont reconnues et absorbées par certaines cellules du système immunitaire (CSI). Ces cellules défendent notre organisme contre les infections.
La présence des NP dans les CSI pourrait modifier leur comportement.
Dans cette étude, nous avons montré que les NP n’altèrent ni l’ingestion de matériel étranger par les CSI, ni l’initiation de la réponse immunitaire par un extrait de bactéries. Cependant, les NP diminuent la sécrétion de certains facteurs impliqués dans la communication entre les cellules. Ces modifications pourraient perturber profondément la réponse immunitaire à une infection.
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Summary
Impact of a nanoparticle exposure on antigen presenting cells’ functions
Nanoparticles (NP) have been introduced in medicine to develop intelligent drugs or imaging agents. Due to their small size (<100 nm), NPs allow the development of targeted therapies, increase drug diffusion and effectiveness while facilitating modes of administration and decreasing public health costs. Nevertheless, the potential risks for human health associated to NP exposure remain poorly documented; especially about their effects on the immune system. Antigen-presenting cells (APC) (including macrophages and dendritic cells) are recruited at the site of pathogen-induced inflammation and constitute to the maintenance of body integrity, engulfing pathogens and delivering signals to other components of the immune system. Due to their internalization abilities, APC accumulate NP in their cytoplasm. Thus, these cells will be among the most affected by exposure to NP and constitute a relevant experimental model for the study of the cellular fate of NP and their effects on the host.
In this study, we investigated whether the functions of these cells could be modified by an exposure to NP. As models of NP, we selected gold (AuNP) and gadolinium-polysiloxane (GdSi) used as contrast agent for therapeutic and diagnostic applications, and poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) and lipid nano emulsion (LNP) developed as a platform for the delivery of antigens or drugs.
First, using fluorescent microspheres as probe, we have shown that all of the tested NP did not alter the phagocytosis capacity of the J774 macrophage cell line. Then, cell activation was analyzed by flow cytometry, based on the expression of the surface markers CD-86 and MHC-II. We have established that NP exposure did not activate bone marrow derived dendritic cells (BMDC). In this way, none of these NP induced cytokine secretions by the BMDC. Furthermore, activation of these cells by known activators, such as bacterial lipopolysaccharide (LPS) was not modified by NP.
However, in this case, the cytokine response was altered by AuNP exposure, showing reduced inflammatory cytokine production such as IL-6, IL-12 and IL-23. Interestingly, these cytokines are involved in the polarization of CD4 + T lymphocytes to the appropriate T helper phenotype (Th). In a model of antigen presentation in vitro, this cytokine profile resulted into an altered development of specific immune responses. AuNP exposure increased T cell specific cytokines: IL-13 and IL-4 (indicating a shift of classical Th1/Th2 balance towards Th2) and IL-17 (standing for an alteration of T-cell fate towards Th17). The exposure of BMDC to the other NP of the study only very slightly altered their inflammatory cytokine secretions and therefore did not affect the fate of T lymphocytes after antigen presentation.
All together, these results demonstrate that GdSi, PLGA and LNP do not modify phagocytosis, DC activation and antigen presentation. However, exposure to AuNP alters the DC induced inflammatory responses and polarizes the T cell fate towards Th2 and Th17 phenotypes. These changes could impair the physiology of the immune system and contribute to chronic diseases or autoimmunity.
For non-scientists
Nanoparticles (NP) are objects of various compositions whose external dimensions measure between 1 and 100 nanometers (10-9 m). NP have been introduced in medicine to develop to innovative drugs, by increasing for example their diffusion in the body and their effectiveness. However, NP could have adverse effects on health. Particularly, upon contact with the organism, NP are recognized and engulfed by certain immune system cells (ISC). These cells defend our body against infections. The presence of NP in the ISC could change their behavior.
In this study, we have demonstrated that NP do not alter the internalization of foreign material by ISC, nor the initiation of the immune response by a bacterial extract. However, NP decrease the secretion of soluble factors involved in communication between cells. These changes could dramatically disrupt the immune response to a further infection.
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Introduction générale
Le système immunitaire est spécialisé dans le maintien de l'intégrité corporelle. Il est formé d’une composante innée et d’une composante adaptative.
Le système immunitaire inné est considéré comme la première ligne de défense de notre organisme contre un pathogène étranger. Ce système comprend des cellules présentatrices d'antigènes (APC), telles que des cellules dendritiques et des macrophages. Ces cellules ont pour rôle principal d’internaliser et de détruire les débris cellulaires et les pathogènes. Les APC pourront ensuite présenter les antigènes de ces pathogènes aux lymphocytes T, cellules effectrices du système immunitaire adaptatif.
Ces mécanismes sont étroitement régulés pour s’adapter aux besoins du corps et répondre aux nouvelles stimulations de l’environnement interne ou externe. On comprend aisément qu’une perturbation dans ces régulations peut entrainer des réponses immunitaires inappropriées. Ces dérèglements pourront conduire à des pathologies de type auto- immunes ou des maladies chroniques. Par conséquent, l’introduction de nouveaux composés chimiques en médecine nécessite des investigations adéquates sur leurs interactions avec le système immunitaire.
Au cours de la dernière décennie, les nanoparticules (NP) ont été introduites en médecine pour des applications thérapeutiques et diagnostiques. A partir de ces unités nanométriques, des modifications de surface ou des encapsulations de médicaments permettent le développement de thérapies ciblées ou d'agents de contraste pour l'imagerie.
Ce domaine de recherche est un enjeu majeur pour la médecine de demain puisque les NP pourraient accroître la diffusion et l'efficacité des médicaments tout en facilitant les modes d'administration et en réduisant les coûts de santé publique.
L'or est l'un des principaux matériaux développés pour des applications médicales. En effet, les NP à base d'or (AuNP) sont modulables à façon (en taille, propriétés de surface…) et présentent des propriétés optiques uniques qui en font de très bons candidats pour des applications en imagerie et en tant que plateforme de délivrance de médicaments.
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De nombreuses autres NP ont été introduites en médecine de par leurs propriétés remarquables. Ainsi, des NP lipidiques (nanomicelles, nanoemulsions…) et polymériques (poly-lactides…) servent de vecteur pour certains composés hydrophobes, normalement non compatibles avec les fluides biologiques ; ou encore des agents de contraste à l’échelle nanométrique permettent l’imagerie des cancers.
Bien que ces NP soient très prometteuses pour la médecine, les risques potentiels sur la santé liés à une exposition à ces NP restent encore peu documentés. Principalement, les NP sont reconnues et internalisées par les macrophages et les cellules dendritiques du système immunitaire. Ces cellules pourraient induire des réactions en contact avec des NP. De plus ces cellules persistent dans les tissus pendant plusieurs années. La présence des NP dans ces cellules pourrait altérer leurs réponses lors d’une future infection par un pathogène, et modifier les fonctions de ces cellules à long terme. Il est donc important d’étudier l’impact des NP sur les fonctions des APC avant leur utilisation.
Or, la mise en place d’études in vivo pour évaluer l’immunotoxicité à long terme de ces NP serait particulièrement fastidieuse. De plus, il n’existe pas de tests standardisés in vitro pour prédire l’impact des NP sur les fonctions des APC.
Dans ces travaux de thèse, en prenant exemple sur les AuNP, nous avons développé un ensemble de tests in vitro pour étudier l’impact des NP sur les principales étapes de la présentation d’un antigène étranger par les APC. Ces tests ont ensuite été étendus à différentes NP développées dans le cadre de programmes de nanotechnologie nationaux et européens.
Cette thèse a été financée sur une bourse régionale « Communautés de Recherche Académique » (ARC). Les travaux ont aussi fait l’objet d’un financement de l’Agence Nationale pour la Recherche (ANR multimage) et de financements européens (ERA-NET).
Dans ce manuscrit, nous donnerons tout d’abord un aperçu de l’état de l’art. D’une part nous décrirons le système immunitaire et les différents acteurs de la présentation antigénique. D’autre part, nous exposerons les connaissances sur les NP présentes dans cette étude, leur utilisation en médecine et leurs effets connus sur le système immunitaire.
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Dans une deuxième partie, nous exposerons les méthodes utilisées pour cette étude et les résultats obtenus.
Enfin, en troisième partie, nous discuterons les différents effets observés, au regard des publications récentes de la littérature. Puis nous conclurons sur les avancées majeures et les enjeux de cette thèse.
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Etat de l’art
Partie 1 : Le système immunitaire protège notre organisme contre les agressions
A. Introduction
Le système immunitaire sauvegarde notre organisme contre les agressions étrangères. Ce mécanisme de défense est composé de deux sous-systèmes : le système immunitaire inné et le système adaptatif.
Le système immunitaire inné représente l’ensemble des mécanismes, naturellement présents, qui protègent notre organisme de façon extemporané²e (dès la mise en contact ou la pénétration dans l’organisme de l’agent étranger) et non spécifique. Ce système comprend des barrières physiques (comme la peau ou les muqueuses) qui constituent une première protection contre les pathogènes. Il contient aussi des cellules spécialisées dans la détection et l’élimination du non-soi, comme les macrophages, les cellules dendritiques (DC), les Natural Killer (NK), les cellules MAST ou les granulocytes. Enfin, des facteurs solubles comme les molécules du complément participent à cette immunité.
A l’opposé, Le système immunitaire adaptatif est caractérisé par une réponse spécifique à un pathogène donné. Cette immunité est plus longue à mettre en place (environ 1 semaine) mais induit un large spectre de réponses cellulaires et humorales, capable d’éliminer une infection là où le système inné a échoué. Cette immunité induit aussi un phénomène de mémoire. Ainsi une nouvelle rencontre avec le pathogène sera plus rapidement prise en charge. Ce système comprend les lymphocytes T (LT) exprimant le cluster de différenciation 4 (CD4+) (dits helpers) ou les LT CD8+ (dits cytotoxiques) et les lymphocytes B (LB).
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Figure 1. La réponse immunitaire Innée et adaptative.
Les composants de l’immunité innée sont représentés dans le cercle bleu ; ceux de l’immunité adaptative dans le cercle rouge. Les cellules NKT et LT γδ ont des caractéristiques intermédiaires entre ces deux systèmes
(Dranoff, 2004).
Au cours de la dernière décennie, des découvertes ont cassé le dogme de cette immunité bifide. Ainsi, Les cellules NKT (sous-population de LT présentant des marqueurs de surface propres aux NK) et les LT γδ présentent des caractéristiques propres à la fois aux cellules de l’immunité innée et aux cellules de l’immunité adaptative, et sont donc considérées à l’interface entre ces deux systèmes (voir Figure 1).
Lors d’une infection par un pathogène extracellulaire, les DC et les macrophages vont assurer l’élimination du microorganisme et initier la réponse adaptative en présentant des fragments moléculaires (antigènes) du pathogène aux cellules lymphocytaires ; en cela, les DC et macrophages sont appelées cellules présentatrices d’antigène (CPA).
Pour ce faire, ces cellules peuvent détecter dans leur microenvironnement des motifs moléculaires particuliers associés aux pathogènes et non présents sur les cellules saines (PAMP, Pathogen Associated Molecular Patterns), grâce à des récepteurs dits Pattern Recognition Receptors (PRR). Parmi ces PRR, les récepteurs de type Toll (TLR) ont été très largement caractérisés (Janeway, 1992). La reconnaissance de ces motifs entraine l’activation de la cellule, qui sécrète alors des facteurs solubles de type cytokines et
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chimiokines et exprime à sa surface des marqueurs d’activation comme le cluster de différenciation 86 (CD86). En parallèle, ces cellules internalisent le pathogène par un processus appelé phagocytose. L’agent étranger est alors détruit dans un compartiment intracellulaire, le phagosome. Les peptides générés par la dégradation des protéines du pathogène (appelés peptides antigéniques) sont présentés à la surface de la cellule sur un complexe protéique transmembranaire appelé complexe majeur d’histocompatibilité (MHC).
La cellule ainsi activée, et présentant un peptide antigénique sur MHC, migre vers un ganglion lymphatique drainant. Là, certains lymphocytes T vont pouvoir reconnaitre le peptide antigénique sur le MHC grâce à un récepteur extrêmement spécifique nommé T cell receptor (TCR). Ce phénomène est appelé présentation antigénique. Il est important de noter que le signal généré par le TCR n’est pas suffisant à lui seul pour activer le LT. Le lymphocyte reconnait aussi le marqueur d’activation CD86 exprimé par la CPA activée. Ce principe des deux signaux (reconnaissance du peptide et du marqueur d’activation) permet l’activation des LT.
Dans ce chapitre, nous exposerons les trois acteurs majeurs de cette présentation antigénique (les macrophages, les DC et les LT) puis nous détaillerons chacun des processus évoqués ci-dessus menant à l’activation du LT.
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B. Les macrophages, les phagocytes professionnels de l’immunité innée
Les macrophages sont une population hétérogène de cellules mononuclées. Elles sont particulièrement performantes pour ingérer et détruire les matières étrangères, les cellules mortes et les débris, par un mécanisme appelé phagocytose. De fait, les macrophages sont appelées cellules phagocytaires « professionnelles ». La phagocytose (qui concerne également les cellules dendritiques (DC), les polymorphonucléaires neutrophiles et les cellules de type MAST) sera développée plus en détail dans le paragraphe F.
En tant que CPA, les macrophages expriment les molécules du MHC-I et du MHC-II (voir paragraphe G), mais ne sont pas capables d’initier la réponse d’un lymphocyte T naïf, à l’opposé des DC.
Les macrophages sont caractérisés par l'expression concomitante de marqueurs de surface tels le complement receptor 3 formé de l’intégrine alpha M (CD11b) et de l’intégrine beta-2 (CD18), la macrosialin (CD68), le récepteur F4/80, et les récepteurs Fc. Ces cellules expriment également à leur surface un large panel de PRR et peuvent sécréter des cytokines pour recruter les autres cellules de l’immunité innée par chimiotactisme.
Dans cette partie, nous détaillerons plus précisément les différents sous-types de macrophages, et le rôle de ces cellules dans le maintien de l’homéostasie tissulaire.
1. Les sous populations de macrophages
On distingue deux sous populations de macrophages en fonction de leur origine :
Les macrophages dits infiltrant sont générés à partir des cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse. Ces cellules souches se différencient d’abord en monocytes immatures qui sont présents dans la circulation sanguine. Ces monocytes extravasent dans de nombreux tissus de l’organisme y compris la rate, et se différencient en macrophages ou en cellules dendritiques (sauf les cellules dendritiques folliculaires d’origine mésenchymateuse).
A l’opposé, les macrophages dits résidents sont générés au cours du développement, à partir du sac vitellin ou du foie fœtal. Ces macrophages sont stratégiquement répartis à travers les tissus de l’organisme et au niveau des interfaces entre l’organisme et l’environnement
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(système respiratoire, système digestif…). Les macrophages résidents sont divisés en sous- populations en fonction de ces localisations anatomiques. Ainsi, au niveau des alvéoles pulmonaires par exemple, les macrophages prennent la dénomination de macrophages alvéolaires et sont spécialisés dans l’élimination des allergènes, poussières et microorganismes (Figure 2).
Figure 2. Les sous types de macrophages residents
Figure issue de la revue de Prinz et Priller (Prinz & Priller, 2014)
Parmi les cellules de type macrophagique résidentes dans les tissus, on distingue entre autres les cellules de Kupffer qui éliminent les pathogènes au niveau du foie ou les ostéoclastes impliqués dans le remodelage osseux (Gordon & Taylor, 2005).
Des sous-populations de macrophages peuvent aussi être déterminées sur la base de leurs fonctions. Les macrophages dits classiquement activés ou M1 sont responsables de la défense antibactérienne, antivirale et anti-tumorale. Les macrophages dits alternativement
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activés ou M2 ont des fonctions anti-inflammatoires et régulent la cicatrisation. In situ, les macrophages représentent un spectre de phénotypes d’activation plutôt que deux sous- populations. Des études ont rapporté l’existence d’un switch entre ces phénotypes fonctionnels permettant aux macrophages de s’adapter à leur microenvironnement.
(Klopfleisch, 2016)
2. Macrophages et homéostasie tissulaire
Classiquement, les macrophages sont étudiés in vitro en les exposant à des agonistes bactériens ou des cytokines et en dosant les cytokines effectrices qu’ils secrètent en réponse à cette stimulation. Cependant, le rôle des macrophages in vivo est beaucoup plus vaste et complexe.
En l’absence de pathogènes, les macrophages tissulaires ont une action anti-inflammatoire.
Par exemple les macrophages intestinaux inhibent la réponse inflammatoire contre la flore intestinale (Varol et al., 2009). De même, les macrophages de la rate suppriment la réponse auto-immune contre les corps apoptotiques (McGaha, Chen, Ravishankar, van Rooijen, &
Karlsson, 2011). Les macrophages tissulaires ont aussi une fonction de sentinelle, détectant un potentiel pathogène dans leur microenvironnement. Enfin, les macrophages permettent l’élimination des débris cellulaires, des cellules mortes ou mourantes et des matériaux potentiellement toxiques.
Ces macrophages sont activés lors de la rencontre avec un PAMP ou en réponse à un stress tissulaire. En parallèle, un tel stress ou une infection conduisent à la production massive de monocytes et granulocytes au niveau de la moelle osseuse dans un processus appelé myélopoïèse d’urgence. Cette myélopoïèse dépend du facteur de croissance Granulocytes Macrophages Colony Stimulating Factor (GM-CSF) (Semerad, Poursine-Laurent, Liu, & Link, 1999) et des chimiokines MCP-1 (CCL2) (Serbina & Pamer, 2006) et RANTES (CCL5). Un ensemble de cellules immatures CD11b+GR1+ nommées Myeloid derived suppressor cells (MDSC) sont produites lors de ce processus. Les MDSC comprennent un ensemble de monocytes et granulocytes matures et immatures. Ces cellules sont recrutées au site d’infection où elles se différencient rapidement en macrophages ou DC et granulocytes matures par un processus qui n’est pas encore totalement élucidé (Murray & Wynn, 2011).
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Pour lutter contre une infection ou un stress tissulaire, les macrophages, principalement M1, sécrètent des cytokines pro-inflammatoires telles l’interleukine-1 (IL-1) ou le facteur nécrosant des tumeurs (TNF), qui participent à l’activation de mécanismes antimicrobiens.
Les macrophages activés produisent aussi des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et du monoxyde d’azote (NO), hautement toxiques pour les micro-organismes mais aussi pour les cellules avoisinantes. La synthèse de ces composés doit donc être hautement régulée (Nathan & Ding, 2010). Cette régulation est effectuée par les macrophages M2. En effet, les M2 antagonisent l’action inflammatoire des M1 en produisant des immuno-regulateurs comme la cytokine IL-10 ou l’arginase 1, ce qui est nécessaire à la restauration de l’homéostasie tissulaire. Ils produisent aussi le Transforming Growth Factor (TGF)-β1 qui contribue à la réparation tissulaire. TGF-β1 stimule la différentiation des fibroblastes en myofibroblastes, augmente la synthèse de collagène par ces myofibroblastes et induit le Tissue Inhibitor of Metallo Proteinases (TIMP, qui inhibe la dégradation de la matrice extracellulaire par les métallo-protéinases). Enfin, Les M2 produisent du Platelet-Derived Growth Factor (PDGF) qui promeut la prolifération des myofibroblastes (Wynn, 2008).
Il est important de se figurer que le macrophage agit en coopération avec de nombreuses autres cellules du système immunitaire (Nish & Medzhitov, 2011). Ainsi, l’activation primaire par un PAMP va induire la synthèse d’interleukine 12 (IL-12), qui à son tour active les LT CD4+ Helper 1 (Th1). Ces lymphocytes sécrètent la cytokine interféron gamma (IFN-γ) qui stimule l’activité antibactérienne des macrophages M1, faisant une boucle de rétrocontrôle positif. A l’opposé, La cytokine IL-4 produite lors d’une réponse médiée par les LT CD4+
Helper 2 (Th2) induit une polarisation vers le phénotype M2 et une prolifération locale des macrophages, permettant un auto-renouvellement des macrophages sans recruter les monocytes de la moelle osseuse (Jenkins et al., 2011). Dans la même optique, la production de cette cytokine IL-4 par les granulocytes (principalement les polymorphonucléaires éosinophiles) semble être nécessaire à la polarisation des macrophages vers le phénotype M2 dans les tissus adipeux (Wu et al., 2011).
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Figure 3. La polarisation des macrophages dépend des facteurs présents dans leur environnement.
Figure adaptée de Nakagawa et al (Nakagawa & Chiba, 2014).
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C. Les Cellules Dendritiques (DC), les présentatrices professionnelles
À l’instar des Macrophages, Les cellules dendritiques (DC) sont une population hétérogène de cellules phagocytaires d’origine hématopoïétique (à l’exception des DC folliculaires d’origine mésenchymateuse. Ces cellules n’étant pas impliquées dans l’initiation de la réponse des LT, elles ne seront pas détaillées ici). Ces cellules sont présentes dans tous les tissus, dont le sang.
Bien que ces cellules soient dotées de capacités de phagocytose comme mentionné plus haut, les DC sont surtout spécialisées la capture et la présentation d’antigènes aux lymphocytes T, cellules effectrices de la réponse adaptative. Les DC sont par ailleurs les seules cellules capables d’initier la réponse de lymphocytes T naïfs. A ce titre, elles sont appelées cellules présentatrices « professionnelles ».
Pour ce faire, les DC expriment les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) et les molécules de co-stimulation nécessaires à l’activation des lymphocytes T naïfs.
Elles sécrètent également un large panel de chimiokines, impliquées dans l’attraction d’autres cellules effectrices de l’immunité, à différents temps de la réponse inflammatoire (Piqueras, Connolly, Freitas, Palucka, & Banchereau, 2006). Parmi elles, IL-12, IL-10, IL-23, ICOS-1 et OX-40 sont impliquées dans la polarisation de la réponse T en Th1, Th2, Th17 ou T reg. Nous aborderons les différents sous types de réponse T dans le chapitre H.
A partir des cellules souche hématopoïétiques, deux sous-types majeurs de DC ont été définies : les DC conventionnelles (mDC ou cDC) et les DC plasmacytoïdes (pDC). Ces DC sont encore subdivisées en fonction de leurs marqueurs de surface et de leurs fonctions. Au total, au moins 6 sous types de DC ont été décrits dans les ganglions et la rate des souris (Dudziak et al., 2007) :
1. Les cellules dendritiques myéloïdes conventionnelles (mDCs)
Ces cellules sont caractérisées par l’expression membranaire de CD11b, de l’intégrine alphaX (CD11c), de l’alanine aminopeptidase (CD13), du récepteur Siglec-3 (CD33) et des molécules du MHC-II. Morphologiquement, les mDC arborent de longues dendrites. Elles sont
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retrouvées dans les tissus périphériques, les organes lymphoïdes secondaires (rate, ganglions, plaques de Peyer, thymus) et le sang et ont une forte capacité migratoire. Elles expriment les TLRs 1 à 8 et le TLR10 mais pas TLR9 (Jarrossay, Napolitani, Colonna, Sallusto,
& Lanzavecchia, 2001; T. Kadowaki, 2001).
Les mDC peuvent être subdivisées en deux sous-populations (Boltjes & van Wijk, 2014) :
La sous-population majeure exprimant la glycoprotéine CD1c (BDCA1) constitue environ 0.3% des leucocytes du sang. Les DC CD1c+ expriment aussi CD1a (comme les cellules de Langerhans) et les dectines 1 (CLEC7A) et 2 (CLEC6A), impliquées dans la reconnaissance des champignons. Ce sous-type cellulaire est retrouvé dans la plupart des tissus et est particulièrement performant dans l’activation des LT CD4+.
Comme ces cellules peuvent exprimer TNF, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12 et de petites quantités d’IL-23, elles sont susceptibles d’activer toutes les réponses adaptatives Th1, Th2 et Th17.
Une autre sous-population peut être distinguée par une forte expression de la thrombomoduline (CD141 ou BDCA-3). Cette population représente 0.02% des leucocytes totaux. Elle est aussi retrouvée dans la plupart des tissus et est spécialisée dans le processus de présentation croisée ou « cross-presentation ». Ce terme désigne la présentation d’un antigène extracellulaire aux LT CD8+ par l’intermédiaire du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I, normalement impliqué dans la présentation des antigènes intracellulaires. La « cross-presentation » concerne majoritairement l’immunité contre les virus et les bactéries extracellulaires. En conséquence, Les DC CD141+ expriment fortement TLR3 et TLR8, spécifiques des acides nucléiques viraux. Ils expriment aussi le récepteur à lectines CLEC9A impliqué dans la reconnaissance des corps apoptotiques et des cellules en nécrose et dans la cross-présentation de leurs antigènes. Une étude récente a montré que CLEC9A reconnait la spectrin du cytosquelette, qui est exprimée en surface lors de l’apoptose, cette reconnaissance est nécessaire à l’élimination des corps apoptotiques par les DC CD141+ (J. G. Zhang et al., 2012). Une fois activées ces cellules sécrètent de larges quantités de TNF-α, CXCL-10, IFN-λ mais peu d’IL-12 par rapport aux DC CD1c+.
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Chez la souris, ces deux populations sont définies respectivement par l’expression de hauts niveaux de CD11b (correspondant aux populations CD1c+ humaines) ou de CD103 et CD8 (correspondant aux CD141+ humaines).
Figure 4. Les sous-populations de DC et leurs marqueurs chez l’homme et la souris.
Figure adaptée de Collin et al (Collin, McGovern, & Haniffa, 2013).
2. Les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs)
Les pDC sont le sous-type majoritaire de DC sanguines (0.4% des leucocytes) et sont retrouvées dans les organes lymphoïdes secondaires mais pas dans les tissus périphériques contrairement aux mDC. Morphologiquement, à l’état inactif, Ces cellules ressemblent aux plasmocytes, rondes avec un large cytoplasme, d’où leur dénomination. Ces cellules ont une très forte capacité migratoire et sont impliquées dans la reconnaissance et la présentation des virus. Lors d’une stimulation par des virus (Cella, Facchetti, Lanzavecchia, & Colonna, 2000; N. Kadowaki, Antonenko, Lau, & Liu, 2000) ou par l’interleukine-3 (IL-3) et CD40L (Grouard & Clark, 1997), ces pDC changent de morphologie et acquièrent des dendrites semblables aux mDC.
Les pDC sont caractérisées par l’expression de la chaine α du récepteur à l’IL-3 (CD123), de la lectine de type C BDCA-2 (CD303) et de la neuropilin-1 (CD304 ou BDCA-4). Cependant ils n’expriment pas les marqueurs typiques des mDC tels CD13 ou CD33. De même, CD11c et
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MHC-II sont moins présentes à la surface des pDC que des mDC. Les pDC expriment aussi les TLR 1, 6, et 10 et tout particulièrement les TLR7 et 9 (Jarrossay et al., 2001; T. Kadowaki, 2001). Aussi, ces cellules sont capables de secréter de larges quantités d’interféron de type I (IFN-α, IFN-β et IFN-λ) en réponse aux virus et aux stimulations TLR7 et 9.
Figure 5. Les caractéristiques des différents types de DC humaines et murines.
Le tableau présente les TLR exprimés par chaque sous type de DC. Le type de présentation antigénique (sur MHC-I ou MHC-II) préférentiellement réalisé par chaque DC est mentionné. Figure adaptée de Cohn et al (Cohn
& Delamarre, 2014).
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3. Les cellules dendritiques CD14+ dermiques
Dans de nombreux tissus non lymphoïdes, on retrouve une sous-population de DC qui expriment CD11c et le corécepteur de TLR4 CD14, mais n’expriment pas les autres marqueurs des mDC (CD1c ou CD141). Les DC CD14+ ont été initialement découvertes dans le derme d’où leur dénomination. Elles expriment la lectine de type C « DC-Specific ICAM3 grabbing non-integrin » (DC-SIGN ou CD209) (Valladeau & Saeland, 2005), la transglutaminase FXIIIA et le récepteur scavenger CD163, généralement associé aux macrophages. Elles expriment de faibles niveaux des co-activateurs CD80 et CD86, faisant de ces cellules de faibles activateurs des LT CD4+ naïfs. Au contraire, elles produisent de larges quantités d’IL-10 activant la réponse des T régulateurs (Treg).
4. Les cellules de Langerhans
Les cellules de Langerhans (LC) sont un sous type de DC situé dans l’épiderme supra basal.
Elles sont un exemple typique de DC résidentes sentinelles qui protègent l’épiderme d’une infection par un pathogène étranger. Les LC présentent de longues dendrites inter-digitées entre les cellules épidermiques. Elles expriment CD11c, CD1a (une glycoprotéine transmembranaire structurellement proche de MHC-I) et la lectine de type C langerine (CD207) et présentent des vésicules intra cytoplasmiques caractéristiques, les granules de Birbeck (Stossel et al., 1990). Elles expriment aussi des molécules d’adhérence cellulaire comme E-cadhérine et EpCAM qui assurent un ancrage à l’épiderme. Ces cellules sont capables d’internaliser et d’apprêter un antigène. Elles migrent alors vers un ganglion lymphatique drainant et peuvent initier la réponse T helper (préférentiellement la réponse Th2). Elles sont aussi capables de présentation croisée aux lymphocytes CD8+ (Klechevsky et al., 2008).
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5. Les cellules dendritiques inflammatoires
Lors d’une inflammation, les monocytes peuvent se développer en un sous-type particulier dit DC inflammatoire. Les DC inflammatoires expriment à la fois CD1a, CD1c et le mannose récepteur CD206. Ces cellules produisent les cytokines IL-1β, TNF-α, IL-6 et IL-23 et activent essentiellement les réponses Th17. De nombreuses zones d’ombre restent à élucider autour de ces DC inflammatoires. Entre autres, quid de leur devenir après l’infection : sont-elles éliminées ou retournent elles dans un état inactif ?
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D. Les récepteurs de type Toll (TLR), senseurs pour la reconnaissance des pathogènes
Les récepteurs de type Toll (TLR) sont des senseurs qui repèrent les micro-organismes dans l’environnement de la cellule ou en intracellulaire dans la lumière des endosomes. 10 gènes TLR sont exprimés chez l’homme (13 chez la souris). Chaque TLR est impliqué dans la reconnaissance d’un motif moléculaire particulier PAMP (conservé chez les microorganismes et non exprimé par les cellules eucaryotes). Par exemple TLR4 est impliqué dans la reconnaissance du lipopolysaccharide (LPS) de bactéries gram-négatifs. Ces récepteurs sont exprimés sur de nombreux types cellulaires dont les macrophages, les DC, les lymphocytes B et certaines cellules épithéliales, permettant la reconnaissance des pathogènes dans de nombreux tissus.
Les TLR sont un mécanisme de défense apparu très tôt dans l’évolution des espèces.
Initialement, le récepteur Toll a été identifié chez la drosophile dans lequel il joue un rôle crucial dans la mise en place de l’axe dorso-ventral de l’embryon. A l’âge adulte, il participe à la sécrétion de la drosomycine, indispensable pour la réponse antibactérienne et antifongique.
1. Structure des TLR
Les TLR constituent une famille de protéines transmembranaires de type 1 qui possède un large domaine extracellulaire composé de 18 à 25 régions riches en leucine (LRR). Ce domaine a une structure en solénoïde en forme de fer à cheval, dont la face concave est tapissée de feuillets β et est impliquée dans la liaison et la reconnaissance des PAMP (Figure 6). L’extrémité intra-cytoplasmique est ornée d’un domaine Toll/interleukine-1 receptor (TIR) nécessaire au recrutement de molécules de signalisation (Botos, Segal, & Davies, 2011).
