Contrôle circadien de la réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique

Les rythmes circadiens contrôlent de nombreux aspects de la physiologie chez les mammifères. Parmi ces processus physiologiques, les horloges circadiennes contrôlent entre autres la réponse immunitaire innée et adaptative. Depuis des décennies, de nombreuses études ont commencé à couvrir ce sujet. Cependant, le contrôle circadien de la réponse adaptative reste peu étudié. Dans le cadre de ce projet de recherche de doctorat, nous avons exploré le rôle des rythmes circadiens dans la réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique par des cellules dendritiques.  Des travaux du laboratoire publiés par Erin E. Fortier et al. ont mis en évidence une différence jour/nuit dans l’expansion des lymphocytes T CD8 dont le récepteur T (TCR) est spécifique au complexe KbOVA exprimé par les cellules dendritiques ainsi que dans le nombre de lymphocytes T CD8 CD44hi IFN+ spécifiques pour l’antigène de l’ovalbumine (OVA)1. En effet, la réponse des lymphocytes T CD8 est plus importante après une vaccination faite en milieu de jour (zeitgeber time (ZT) 6) par rapport à une vaccination faite en milieu de nuit (ZT18). Cependant, ces travaux de recherche n’ont pas démontré le rôle des horloges circadiennes dans le rythme de réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique. Mes travaux de recherche de doctorat ont dans un premier temps confirmé l’implication des horloges circadiennes dans le rythme de réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique. Nous avons ensuite démontré la contribution des horloges circadiennes des cellules dendritiques ainsi que le rôle essentiel des horloges circadiennes des lymphocytes T CD8 dans ce rythme de réponse. De plus, nous avons montré que ce rythme avait un impact sur la capacité des lymphocytes T CD8 à contrôler une infection bactérienne (Listeria monocytogenes). En effet, les variations jour/nuit de la charge bactérienne dans la rate et le foie des souris de type sauvage étaient abolies dans les souris déficientes pour le gène des horloges circadiennes Bmal1 dans les lymphocytes T CD8. Dans un second temps, nous avons mis en évidence suite à l’analyse du transcriptome des lymphocytes T CD8 de souris naïves collectés toutes les 4 heures sur 48 heures que ces cellules sont plus enclines à être activées le jour et à l’opposé plus enclines à être inhibées la nuit.  Ces résultats corrèlent avec le rythme de réponse des lymphocytes T CD8 à la vaccination. Dans un dernier temps, nous avons confirmé que le rythme de réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique agissait de manière précoce dans l’activation de ces cellules. Pour cela nous avons irradié des souris de type sauvage et nous les avons ensuite reconstituées avec une moelle osseuse contenant 1% de précurseurs de cellules OT-I (lymphocytes T CD8 spécifiques au complexe KbOVA, exprimant la chaîne du TCR V5. Après vaccination de ces souris en milieu de jour subjectif (circadian time (CT) 6) ou en milieu de nuit subjective (CT18), nous avons observé un rythme de la réponse des lymphocytes CD8 pour différents marqueurs impliqués dans la réponse précoce des lymphocytes T CD8, telles que CD69, CD5, IRF4, et la phosphorylation de S6 (marqueur de l’activité de mTOR) et de AKT.   L’ensemble des recherches de mon doctorat ont permis de mettre en évidence un tout nouveau mécanisme impliquant les horloges circadiennes dans la réponse des lymphocytes T CD8 en réponse à une vaccination. Une meilleure compréhension du fonctionnement des horloges circadiennes dans la réponse immunitaire permettra de mettre en place des nouveaux traitements personnalisés en fonction du type d’infection et du type de maladie, délivré à un certain moment de la journée dans le but d’améliorer l’efficacité tout en réduisant les effets secondaires. Circadian rhythms control various aspects of the physiology in mammals. Among these processes, circadian clocks control the innate and the adaptive immune responses. Since few decades, numerous studies started to uncover the role of the circadian system in the immune response. However, the circadian control of the adaptive immune response remains poorly studied. My PhD work focused on the circadian control of the CD8 T cell response to vaccination by dendritic cells. Erin E. Fortier et al. published in The Journal of Immunology that wild type mice vaccinated with antigen presenting cells loaded with the OVA peptide present a day/night variation of the CD8 T cell response after a vaccination done during the middle of the day (zeitgeber time (ZT) 6) compared to a vaccination done during the middle of the night (ZT18)1. Indeed, the proportion of CD8 KbOVA+ cells and the proportion of CD8 CD44hi IFN+ T cells were higher during the middle of the day than the middle of the night. However, this work showed a diurnal but not a circadian rhythm, that remained to be confirmed. The first part of my PhD research confirmed a role of the circadian system in the rhythm of the CD8 T cell response to vaccination. We showed a contribution of the dendritic cell clock as well as an essential role of the CD8 T cell clock. Moreover, this rhythm impacts the ability to control an infectious challenge as shown by a circadian variation in bacterial load (Listeria monocytogenes) in wild type but not in mice lacking clock in mature CD8 T cells. The second part of my research focused on the analysis of the transcriptome of CD8 T cells from naive mice collected every 4 hours over 48 hours. We showed that CD8 T cells are more prone to be activated during the day and at the opposite are more prone to be inhibited during the night. These results are correlated with the rhythm of the CD8 T cell response to vaccination. Finally, during the third part of my PhD, we confirmed that the rhythm of the CD8 T cell response to antigen presentation was acting at the early stage of the CD8 T cell activation. We used wild type mice reconstituted with bone marrow cells containing 1% of OT-I precursor cells (CD8 T cells restricted for the KbOVA complex, expressing the receptor chain of the TCR for the OVA peptide, V5) and vaccinate these mice during the middle of the subjective day (CT6) or during the middle of the subjective night (CT18). At the early stage of the CD8 T cell response to vaccination, we showed a higher expression of several activation markers after a vaccination done during the middle of the day than during the middle of the night, such as CD5, CD69, IRF4 and the phosphorylation of S6 (marker of the mTOR activity) and AKT. Altogether, my PhD work highlights a new mechanism involving the circadian system in the control of the immune response. A better understanding of how circadian clocks act on the immune response will allow implementing new treatment strategies in order to increase their efficacy as well as to decrease side effects.

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