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The presentation of exogenous antigens on MHC class I molecules, termed cross-presentation, is essential for the induction of cytotoxic CD8+ T cells. In mouse, dendritic cells (DC) that arise from monocytes (mo-DC) during inflammation play a key role in cytotoxic T cell responses by cross- presenting antigens directly in peripheral tissues. Whether human naturally-occuring mo- DC can cross-present is unknown. To address this question, we have used human mo-DC directly purified from peritoneal tumor ascites. Using single-cell RNA-seq, we first confirm that ascites DC contain exclusively monocyte-derived cells. Both ascites mo-DC and macrophages cross- present efficiently, but are unable to transfer exogenous proteins into their cytosol. Inhibition of cysteine proteases, but not of proteasome, abolishes cross-presentation by mo-DC. We conclude that human monocyte- derived cells cross-present exclusively using a vacuolar pathway. Finally, we demonstrate that only ascites mo-DC, but not macrophages, efficiently induce effector cytotoxic CD8+ T cells. These results will have important implications for harnessing cross-presentation for therapeutic purposes.; La présentation d'antigènes exogènes sur les molécules du CMH de classe I, appelée cross- présentation, est essentielle pour l'induction des réponses T CD8 cytotoxiques. La manipulation de la cross-présentation est une stratégie thérapeutique attrayante, mais une meilleure compréhension des mécanismes impliqués est essentielle. Dans les cellules dendritiques (DC) de souris, la cross- présentation se fait par la voie «cytosolique» ou «vacuolaire», en fonction de la localisation intracellulaire de la dégradation de l'antigène. Nous avons déjà montré que la DC résidentes dans les organes lymphoïdes humains présentait par la voie cytosolique. L'importance physiologique de la voie vacuolaire dans la DC humaine qui sont trouvés in vivo reste peu claire. Pour répondre à cette question, nous avons analysé la capacité de la DC dérivées de monocytes générée in vivo à cross- présenter. En utilisant le Single Cell RNA-seq, nous avons d'abord confirmé l'identification des ascites tumorales DC comme des cellules dérivées de monocytes. Nous avons trouvé que les ascites DC et les macrophages cross-présentent efficacement, mais sont incapables de transférer des protéines exogènes dans leur cytosol. De plus, l'inhibition du protéasome n'a pas affecté la cross-présentation. Ces propriétés n'étaient pas dues au microenvironnement tumoral, car les homologues in vitro des ascites DC et des macrophages présentaient les mêmes propriétés. Nous concluons que les cellules humaines dérivées de monocytes cross-présentent exclusivement par la voie vacuolaire. Enfin, nous avons trouvé que les DC dans l’ascite étaient aussi efficaces que les DC des amygdales pour l'induction des cellules T CD8 cytotoxiques effectrices, alors que les macrophages dans l’ascite étaient de mauvais stimulateurs des cellules T CD8. Ces résultats auront des implications importantes pour les stratégies thérapeutiques visant à moduler la cross-présentation.

In physiological conditions, robust immunological mechanisms avoid adverse responses to food antigens. In contrast, in celiac disease that affects about 1% of Western populations, exposure to dietary gluten of genetically predisposed HLA-DQ2.5/ DQ8 individuals triggers a chronic small intestinal enteropathy. Previous studies in humans have established the crucial role of HLA-DQ2/DQ8 restricted gluten-specific intestinal CD4 T cell response. This CD4 T cell response is necessary but is however not sufficient to induce tissue damage. Other studies have pointed to the role of interleukin 15 (IL-15). Thus, IL-15 over-expressed in the mucosa of celiac patients can interfere with immunoregulatory mechanisms and stimulate the activation of cytotoxic CD8 T intraepithelial lymphocytes, thought to induce epithelial lesions. Whether and how gluten-specific CD4 T cells and IL-15 interact to activate CD8 T intraepithelial lymphocytes and to drive intestinal tissue damage has not been however established. To address this question, we have set up a mouse model based on the breeding of OTII mice possessing CD4 T cells specific of a model antigen, ovalbumin, with heterozygous transgenic mice overexpressing a secreted form of human IL-15 in intestinal epithelium (hIL-15Tge mice). Resulting OTII+/- B6 and OTII+/- hIL-15Tge+/- mice were exposed to dietary ovalbumin from the prenatal period until 3 months of age. Upon chronic exposure to ovalbumin, OTII+/- hIL-15Tge+ mice, contrary to their OTII+/- B6 littermates, developed growth retardation, and villous atrophy associated with expansion of intestinal cytotoxic CD8 T cells, as in celiac disease. Moreover, we showed that IL-15 impaired immunoregulation by FoxP3+ T cells and cooperated with IL-2 produced by OVA-activated CD4 T cells to stimulate the expansion of non-cognate cytotoxic CD8 T cells. We suggest that a comparable scenario can operate in celiac disease. During this study, I observed that chronic overexpression of IL-15 was associated with an expansion of CD103+CD11c+CD11b- mononuclear cells. In the Supplementary results, I have shown that this effect depends on the production of GM-CSF secreted by IL-15-activated NK cells and that CD11c+ DCs differentiated in mice overexpressing IL-15 were enriched in CD103+ cells and displayed enhanced cross-presentation abilities in vitro. The latter results illustrate how IL-15, by orchestrating a crosstalk between NK cells and mononuclear phagocytes, can modulate adaptive immune responses., Dans les conditions physiologiques des robustes mécanismes immunologiques empêchent le développement des réponses exagérées aux antigènes alimentaires. En revanche, dans le cas de maladie céliaque, qui affecte environ 1% de la population occidentale, l’exposition au gluten alimentaire d’individus génétiquement prédisposés HLA-DQ2.5/DQ8 provoque l’entéropathie chronique de l’intestin grêle. Les études précédentes chez l’homme ont établi le rôle crucial de la réponse cellulaire T CD4+ restreinte par HLA-DQ2.5/DQ8 et spécifique du gluten. La réponse T CD4+ est nécessaire mais cependant insuffisante pour induire des lésions tissulaires. D’autres études ont suggéré le rôle de l’interleukine 15 (IL-15). Ainsi, l’IL-15 surexprimée dans la muqueuse des patients céliaques peut interférer avec les mécanismes d’immunorégulation et stimuler l’activation des lymphocytes intraépithéliaux T CD8+ cytotoxiques probablement induisant des lésions épithéliales. Comment les cellules T CD4+ spécifiques du gluten et l’IL-15 interagissent pour activer les lymphocytes intraépithéliaux T CD8+ et induisent des lésions n’a pas été toutefois établi. Pour répondre à cette question, nous avons créé un modèle murin basé en croisant des souris OTII possédant des cellules T CD4+ spécifiques de l’antigène modèle, ovalbumine, avec les souris transgéniques hétérozygotes surexprimant une forme secrétée de l’IL-15 humaine dans l’épithélium intestinale (souris hIL-15Tge). Les souris obtenues OTII+/- B6 and OTII+/- hIL-15Tge+/- ont été mises au régime riche en ovalbumine depuis la période prénatale jusqu’à l’âge de 3 mois. Les souris OTII+/- hIL-15Tge+/-, contrairement aux souris OTII+/- B6, exposées de façon chronique à l’ovalbumine ont développé un retard de croissance et une atrophie villositaire associée à l’expansion des cellules intestinales T CD8+ cytotoxiques, comme dans la maladie céliaque. En outre, nous avons démontré que l’IL-15 altérait l’immunorégulation par les cellules T FoxpP3+ et coopérait avec l’IL-2, produite par les cellules T CD4+ activées par l’OVA, pour l’expansion des cellules T CD8+ non-spécifiques de l’OVA. Nous suggérons que le scénario similaire pourrait opérer dans la maladie céliaque. Au cours de cette étude, j’ai observé que la surexpression chronique de l’IL-15 était associée avec l’expansion de cellules dendritiques CD103+CD11c+CD11b-. Dans la partie de résultats supplémentaires, j’ai démontré que cet effet dépend de la production de la cytokine GM-CSF secrétée par les cellules Natural Killer (NK) activées par l’IL-15 et que ces cellules dendritiques étaient enrichies en cellules CD103+ ayant une capacité accrue de cross-présentation in vitro. Ces derniers résultats illustrent comment l’IL-15 peut moduler les réponses immunes adaptatives en orchestrant la coopération entre les cellules NK et les phagocytes mononucléaires.

Interleukin (IL)-7 is an essential non-redundant cytokine and throughout the life-span of a T cell signaling via the IL-7 receptor influences cell survival, proliferation and function. It is therefore no surprise that expression of the IL-7 receptor alpha-chain (CD127) is tightly regulated. In this study I establish IL-7 down regulates CD127 gene transcription and surface protein expression in primary human CD8 T cells through two mechanisms. Upon binding IL-7, surface CD127 is rapidly internalized and phosphorylated at the critical tyrosine residue Y449. Concurrent activation of the JAK/STAT5 pathway stimulates expression of CIS, a member of the SOCS family of proteins. CIS protein already expressed at basal levels and induced by IL-7 bind directly to CD127 as demonstrated by Coimmunoprecipitation assays and colocalize with both CD127 and the early endosomal marker EEA1. Subsequent proteasomal degradation of CD127 and CIS is dependent on an E3 ligase. Through siRNA-mediated knockdowns I confirm CIS plays a predominant role in the IL-7 mediated degradation of CD127. The mechanism by which IL-7 suppresses CD127 transcripts in primary human CD8 T cells was also examined. Through qPCR and nuclear run-on assays I illustrate that IL-7 suppresses CD127 gene transcription in a time- and dose-dependent manner. The IL-7 mediated suppression of CD127 transcripts is dependent on JAK/STAT5 signaling. Notably, cycloheximide blocked IL-7’s ability to down-regulate CD127 transcripts suggesting IL-7 stimulates the de novo synthesis of a transcriptional repressor of the CD127 gene. Through PCR arrays, qPCR and Western blot analysis the IL-7 inducible transcription factor c-Myb was identified as a candidate repressor. The region within the CD127 gene promoter required for IL-7 mediated transcriptional suppression was identified through progressive truncations using firefly luciferase as a reporter gene and is located from -1760 to -2406 bp upstream of the TATA box and contains three putative c-Myb binding sites. Using siRNA-mediated knockdown and transient over-expression, I illustrate c-Myb suppresses CD127 gene transcription in primary human CD8 T cells. A thorough understanding of the mechanisms by which IL-7 regulates CD127 expression is imperative and may reveal novel insights into the contribution of abnormal IL-7 signaling to diseases affecting immune function.

Zytotoxische CD8+ T Zellen (CTL) erkennen spezifische Peptide intrazellulär prozessierter Antigene im Kontext bestimmter Haupthistokompatibilitätskomplexe der Klasse I (MHC Klasse I) bzw. humaner Leukozytenantigene der Klasse I (HLA-A,B,C) und können diese Zellen lysieren. Damit stellen CTL wesentliche Effektoren zur Eliminierung z.B. virusinfizierter Zellen oder Tumorzellen dar, deren Präsenz Aufschluss über ein aktuelles Immungeschehen oder das Immunpotential liefert. Die funktionelle Charakterisierung meist sehr geringer CTL-Frequenzen im peripheren Blut oder im Gewebe für diagnostische und wissenschaftliche Fragestellungen erfordert sensitive und flexible Methoden, die bisher nicht zur Verfügung standen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden der VITAL FR-Test (VITAL-FR) und der Plasmidtransfektionsfluorolyse-Test (PTF), zwei durchflusszytometrische Messsysteme für den experimentellen Nachweis und die Quantifizierung der CTL-Funktion, entwickelt. Die Sensitivität, Spezifität und Reproduzierbarkeit beider Methoden wurde mit Hilfe immundominanter HLA A2-restringierter Epitope aus dem Phosphoprotein des humanen Zytomegalievirus (CMVpp65)495-503 und dem Matrixprotein-1 des humanen Influenzavirus (IMP 1)58-66 validiert, für Zielzellen mit definierter Expression von HLA A2 (K562-A2) sowie für autologe B-lymphoblastoide Zelllinien (B-LCL) und mononukleäre Zellen des peripheren Bluts (PBMC) optimiert und für den Nachweis spezifischer CTL gegen virale und tumorassoziierte Antigene getestet., Cytotoxic CD8+ T cells (CTL) recognize specific intracellular peptides of processed antigens in the context of certain major histocompatibility complexes class I (MHC class I) or human leukocyte antigens class I (HLA-A, B, C) and can lyse these cells. Therefore CTL effectors are essential to eliminate such virus-infected cells or tumor cells and their presence provides information about a current event or the immune potential. The functional characterization of usually very low CTL frequencies in the peripheral blood or tissue for diagnostic and scientific issues requires sensitive and flexible methods that previously were not available. In this work, two flow cytometric based assay systems for the experimental detection and quantification of CTL function the VITAL-FR assay (VITAL-FR) and the Plasmidtransfektionsfluorolyse assay (PTF) were developed. The sensitivity, specificity and reproducibility of both methods was determined using immunodominant HLA-A2-restricted epitopes from the phosphoprotein of human cytomegalovirus (CMVpp65) 495-503 and the validated matrix protein-1 of the human influenza virus (IMP1) 58-66. Assay conditions were optimized for the use of different target cells with defined expression of HLA-A2 (K562 A2) as well as autologous B-lymphoblastoid cell lines (B-LCL) and mononuclear cells of peripheral blood (PBMC) and tested for the detection of specific CTL against viral and tumor associated antigens.