Equilibre activation lymphocyte et Contrôle de la réponse T effectrices Tolerance T Régulatrices Normal: reactions contre pathogènes Maladies inflammatoires Réponse contre le soi Pas de réponse contre le soi Contrôle de la réponse contre les pathogènes

Importance du contrôle de la réponse immune Eviter l’activation excessive et la destruction tissulaire pendant la réponse contre les infections Prévenir les réactions innappropriées contre les antigènes du soi Défaut des mécanismes de contrôle constitue le socle des maladies immunes inflammatoires

Contrôle des réponses immunes Réponses contre les pathogènes diminuent lorsque l’agent infectieux est éliminé Apoptose des lymphocytes Cellules mémoires sont les “survivants” Mécanismes de contrôle actifs peuvent intervenir pour limiter la réponse à des antigènes persistants (self, tumeur, infections chroniques) = “tolerance”

La tolérance immunologique Definition: Non réponse à un antigène spécifique induite par reconnaissance de l’antigène par les lymphocytes (tolerogene vs immunogene) Signification: Tous les individus sont tolérants à leur propres antigènes (self-tolerance); les maladies autoimmunes résultent de la rupture de la self tolérance Potentiel thérapeutique: Induction de la tolérance peut être exploitée pour prévenir le rejet de greffe d’organes, traiter les mai et les allergies et prévenir la réponse immune après thérapie génique

Autoimmunité Definition: réponse immune contre le self (auto-antigen) Pathologies = maladies immune inflammatoires Principes généraux: Pathogenese: Gènes de susceptibilité + facteurs environement Systemique ou spécifique d’organe

Tolérance centrale et périphérique Le destin des lymphocytes qui reconnaissent les antigènes du soi est de mourir Mais: QQ cellules B peuvent Changer leur récepteur (receptor editing) Qq T CD4 T peuvent se différencier en cellules régulatrices (suppressives From Abbas, Lichtman and Pillai. Cellular and Molecular Immunology 6th ed, 2007

Consequences de la reconnaissance du soi dans le thymus From: Abbas & Lichtman, Cellular & Molecular Immunology 5th ed 2003

Tolerance centrale Les lymphocytes qui voient les antigènes du soi avant leur maturation sont éliminés ou rendus innéficaces Intervient probablement tout au cours de la vie (production de lymphocytes à partir de la moelle osseuse) Role de la protéine AIRE (AutoImmune Regulator)

Tolérance périphérique T cell APC CD28 Réponse T Normale T activés TCR APC non réponse fonctionnelle Anergie Off signals TCR Activated T cell APC Apoptose (AICD) Deletion APC Suppression Blocage de l’activation T régulatrice

Anergie T

Anergie T De multiples mécanismes démontrés dans différents systèmes expérimentaux Pas de preuve que les antigènes du soi induisent l’anergie des T Potentiel thérapeutique : Administrer des Ag induisant l’anergie T

“Activation-induced cell death”: mort des T matures reconnaissant les antigènes du soi From Abbas and Lichtman. Basic Immunology 2nd ed, 2006 Both pathways cooperate to prevent reactions against self

T régulatrices From Abbas, Lichtman and Pillai. Cellular and Molecular Immunology 6th ed, 2007

Propriétés des cellules T régulatrices Phenotype: CD4, IL-2 recepteur (CD25), faible IL-7 recepteur, Foxp3 transcription factor; autres marqueurs Mécanismes d’action: multiples secretion de cytokines immuno-suppressive (TGF, IL-10, IL-35), inactivation des DC ou T effectrices

T régulatrices thymiques (naturelles) Leur développement requiert la reconnaissance des Ag du soi pendant la maturation des T Résident dans les tissus pour prévenir les réactions dangereuses contre le self

T régulatrices périphériques (inductibles) Se développent à partir des CD4 exposées aux Ag en périphérie Peuvent être générées dans toutes réponses immunes pour limiter dommages Peuvent être induites in vitro (stimulation des CD4 T-cells en presence of TGF + IL-2) Quels facteurs déterminent l’équilibre cellules effectrices/ T reg?

Signaux de génération et de la survie des T Regs Reconnaissance de l’Ag, avec ou sans inflammation? TGF- (origine?) Interleukin-2 (identifié comme facteur de croissance des Tcell; fonction majeure est le contrôle de l aréponse immune en maintenant des Tregs fonctionnelles; (effet via Stat5) Faible niveau de B7: CD28 costimulation Facteur de transcription Foxp3 Bcp T activés peuvent exprimer Foxp3 de façon transitoire

T régulatrices +++ information sur génération, propriétés, fonction et signification de ces cellules Certaines pathologies autoimmunes sont associées à défaut de production ou fonctionnel des T regs ou à la résistance des T effectrices à la suppression par les T regs Thérapie cellulaire via T regs? But: induction sélective ou activation des Treg dans les pathologies immunes

Maladies inflammatoires Maladies Chroniques avec inflammation causé par défaut de tolérance ou de régulation RA, IBD, MS, psoriasis, many others 2-5% population, augmentation de l’incidence Résultent de réponses immunes contre les Ag du soi (autoimmunité) ou microbiens (maladie de Crohn) Cellules T et anticorps Systémique ou spécifique d’organes

Caractéristiques des maladies autoimmunes Problème de fond: déséquilibre entre activation réponse immune et son contrôle Facteurs : gènes de susceptibilité + environement Réponse immune dirigèe ou contrôlée de façon non appropriée ; les mécanismes effecteurs sont ceux d’une réponse normale aux agents infectieux Nature de la pathologie est déterminée par le type de réponse immune dominante La plupart des maladies immunologiques sont chroniques et auto-entretenues

Pathogénèse de l’autoimmunité Stimulation environementale (infections, lésions tissus) Gènes de susceptibilité Défaut de Tolérance au self Activation des lymphocytes auto réactifs Persitance de T autoréactifs Réponse immune contre le soi

Genetics of autoimmunity Human autoimmune diseases are complex polygenic traits Identified by genome-wide association mapping Single gene mutations are useful for pathway analysis Some polymorphisms are associated with multiple diseases May control general mechanisms of tolerance and immune regulation Other genetic associations are disease-specific May influence end-organ damage

Genetics of autoimmunity: recent successes of genomics NOD2: polymorphism associated with ~25% of Crohn’s disease Microbial sensor PTPN22: commonest autoimmunity-associated gene; polymorphism in RA, SLE, others Phosphatase CD25 (IL-2R): associated with MS, others; genome-wide association mapping Role in Tregs

Infections and autoimmunity Infections trigger autoimmune reactions Clinical prodromes, animal models Autoimmunity develops after infection is eradicated (i.e. the autoimmune disease is precipitated by infection but is not directly caused by the infection) Some autoimmune diseases are prevented by infections (type 1 diabetes, multiple sclerosis, others? -- increasing incidence in developed countries): mechanism unknown The “hygiene hypothesis”

Pathologies immunitaires La nature de la maladie est déterminée par le type de réponse immune dominante Th1 : inflammation, production autoanticorps; mai Th2 : inflammation IgE+eosinophile-dépendante; réactions allergiques Th17 : aigue (et chronique?) inflammation;

Fonctions des sous populations CD4 Th1 cells (IFN-g) Host defense: many microbes Systemic and organ-specific autoimmune diseases Th2 cells (IL-4, IL-5) Host defense: helminths Allergic diseases Naïve CD4 T cell Th17 cells (IL-17) Host defense: fungi, bacteria Organ-specific autoimmune diseases Regulatory T cells

Sous populations CD4 : génération et fonctions Th1 cells (IFN-g) Host defense: many microbes Systemic and organ-specific autoimmune diseases Th2 cells (IL-4, IL-5) IFN-, IL-12: T-bet, Stat4 Host defense: helminths Allergic diseases IL-4: GATA3, Stat6 Naïve CD4 T cell Th17 cells (IL-17) TGF- + IL-6: RORt, Stat3 TGF-IL-2: Foxp3, Stat5 Host defense: fungi, bacteria Organ-specific autoimmune diseases Regulatory T cells

Sous populations T CD4 La population T dominante détermine le rapport maladie/protection MAI et allergies associées avec déséquilibre des sous populations T Les cytokines et les facteurs de transcription impliqués dans la différenciation des T naïfs vers des sous pop différentes sont bien définis (in vitro) Conditions pour l’induction in vivo? Dans la pathologie Stabilité ou plasticité des sous pop?

Pathologies immunitaires Maladies immunologiques tendent à être chronique et à s’autoentretenir car L’évenement initiateur ne peut pas être éliminé (auto Ag,germes commensaux) Le système immunitaire contients beaucoup de mécanismes amplificateurs don’t la fonction est d’optimiser la capacité à combattre les infections “Epitope spreading”

Boucle d’amplification de l’immunité à médiation cellulaire Les Cytokines sont de puissants amplificateurs des réactions immunes

Pathogénèse de l’autoimmunité spécifique d’organe Les thérapies actuelles ciblent les étapes très tardives de la réaction (activation lymphocyte, inflammation). Le but ultime serait de s’attaquer aux causes sous jacentes et de restaurer le contrôle de la réponse anormale

Immune-mediated inflammatory diseases Immune-mediated inflammatory diseases develop because the normal controls on immune responses fail The phenotype of the disease is determined by the nature of the immune response These diseases often become self-perpetuating

Animal models of human inflammatory diseases: how good are they? Resemblance to human diseases: Same target organs involved Often similar effector mechanisms (antibodies, cytokines, cytotoxic T lymphocytes) Differences from human diseases: Unknown underlying susceptibility genes (some similarities, e.g. in type 1 diabetes) Often induced by experimental manipulation, e.g. overt immunization with tissue antigen, inflammatory stimulus, or transgenic approach The potential of “humanized” mice?

Biomarkers of human immune diseases Major goal of current research High-throughput screens for transcripts and proteins associated with disease Many practical limitations: Reliance on population assays, even though only a small fraction of total lymphocytes may be abnormal in control/activation Use of blood cells, even though the relevant reactions may be in tissues Nevertheless, emerging successes: Type I interferon “signature” in lupus

Immune-mediated inflammatory diseases Experimental models are revealing pathways of immune regulation and why it fails Genetic studies are identifying underlying defects in human diseases Improving technologies are enabling analyses of patients Challenges: From genes to pathways (molecular and functional) Using the knowledge to develop therapies