Correlates of protective immunity against hepatitis C virus

Le virus de l’hépatite C (VHC) infecte ~185 millions d’individus dans le monde. Malgré le développement des nouvelles thérapies dirigées contre le VHC, on compte  deux millions de nouvelles infections chaque année, en particulier dans les pays sous-développés et les populations marginalisées. Comme pour la plupart des virus à infection chronique, le développement d’un vaccin prophylactique efficace est limité par le manque  de caractérisation des déterminants de la mémoire immunitaire protectrice lors des épisodes de réinfection naturelle chez les êtres humains. Le VHC représente un modèle unique au sein des virus à infection chronique pour étudier l’immunité protectrice. En effet ~30% des patients infectés par le VHC peuvent être guéris suite à un premier épisode d’infection spontanément. Dans cette thèse, nous avons étudié l’immunité protectrice contre le VHC dans une cohorte d’utilisateurs de drogues par injection qui sont à risque d’être infectés ou réinfectés. Notre hypothèse est que la majorité des patients qui ont résolu une première infection par le VHC sont protégés contre le développement d’une infection chronique s’ils sont réexposés. Cette immunité protectrice est associée à la présence des cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles qui possèdent des fréquences, magnitudes et avidités  élevées. La capacité protectrice des cellules T mémoire contre les séquences variables du VHC est dépendante de la diversité et flexibilité du répertoire de leurs récepteurs de cellules T (TCR), qui reconnaissent les séquences variables des épitopes ciblés. Notre premier objectif était de définir et détailler les déterminants de l’immunité protectrice conférée par les cellules T spécifiques du VHC. Nos résultats ont montré que la protection pendant l’épisode de réinfection était associée à une augmentation de la magnitude et du spectre des réponses spécifiques par les cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles, ainsi que par l’apparition d’une population de cellules T tétramère+ CD8+  effectrices qui expriment faiblement le marqueur CD127 (CD127lo) lors du pic de la réponse. Chez les patients qui ont développé une infection chronique pendant l’épisode de réinfection, nous avons observé une expansion très limitée des cellules T CD4 et CD8. Le séquençage des épitopes ciblés par les cellules T CD8 chez ces patients qui sont non-protégés a montré que les séquences de ces épitopes sont différentes des séquences de référence qui étaient utilisées pour tous les essais immunologiques de cette étude.    Le deuxième objectif était d’analyser la dynamique du répertoire des TCRs des cellules T CD8 spécifiques chez les patients protégés versus les patients non-protégés. Nos résultats ont montré que le répertoire des cellules T CD8 spécifiques est plus focalisé que chez les patients protégés. En plus, nous avons observé que les clonotypes qui forment le répertoire chez les patients protégés sont distincts de ceux chez les patients non-protégés. Ces clonotypes chez les patients protégés ont montré de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que leurs homologues chez les patients non-protégés.  En conclusion, nos résultats suggèrent que la protection contre le développement d’une infection chronique pendant l’épisode de réinfection par le VHC est associée à une augmentation de la magnitude, du spectre et de la fonctionnalité des réponses des cellules T spécifiques, ainsi qu’à un répertoire des TCRs plus focalisé composé des clonotypes distincts qui possèdent de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que chez les patients non-protégés. L’homologie des séquences des souches virales entre les différents épisodes de l’infection est un déterminant majeur de l’établissement d’une protection efficace.  Ces résultats ont donc des implications très importantes pour le développement d’un vaccin prophylactique contre le VHC et d’autres virus à infection chronique. Hepatitis C virus (HCV) currently infects ~185 million individuals worldwide. Despite the development of new effective antivirals against HCV, it is estimated that two million new infections occur annually, especially among marginalized populations and in developing countries. As with many chronic viral infections, the development of an effective prophylactic vaccine is hampered by the limited knowledge of determinants of a protective immune response in humans upon natural exposure to the virus. HCV represents a unique model to study protective immunity in chronic viruses, since ~30% of the patients are able to clear the primary infection spontaneously. In this thesis, we proceeded to study protective immunity against HCV in cohorts of injection drug users (IDUs) who are continuously at risk of infection and reinfection by HCV. We hypothesized that the majority of spontaneous resolvers of a primary HCV infection are protected against chronicity of infection upon re-exposure. Protective immunity would likely be associated with the highest breadth, frequency and functional avidity of HCV-specific polyfunctional CD4 and CD8 memory T cells. The protective capacity of memory T cells upon infection with novel HCV variants will depend on the diversity and flexibility of the T cell repertoire that can recognize these viral variants and/or the capacity to generate de novo T cell responses specific for these variants.  The first aim of the project was to define and dissect correlates of protective immunity conferred by HCV-specific T cells in reinfected individuals. Our results showed that protection from chronicity upon reinfection was associated with an increased magnitude and breadth of the HCV-specific polyfunctional CD4 and CD8 T-cell responses, as well as the appearance of a CD127lo tetramer+ CD8+ effector T-cell population at the peak of the response. Individuals who developed persistent viremia upon HCV reinfection demonstrated very limited or no expansion of HCV-specific T cells. Sequencing of the cytotoxic T-lymphocyte (CTL) epitopes targeted by the memory immune response in unprotected individuals revealed that the sequence of the autologous reinfecting virus was different from the reference sequence used in our immunological assays.  The second aim was to analyse the dynamics of the T-cell receptor (TCR) repertoire of HCV-specific CD8 T-cells in protected versus unprotected patients and in relation to infection with variant viral sequences. Our results demonstrate that for epitope-specific CD8 T cells a more focused TCR-repertoire of distinct clonotypes was associated with protection. These T-cell populations showed higher functional avidity and polyfunctionality compared to their counterparts in non-protected patients. The clonotypes forming the effector T-cell population during reinfection were recruited from the memory pool, rather being de novo responses generated from the naïve pool. In conclusion, our results suggest that protection from persistence upon HCV reinfection is associated with an enhanced magnitude, breadth and quality of the HCV-specific T-cell response, as well as a more focused TCR-repertoire of distinct clonotypes with high functional avidity. The degree of homology between viral strains causing the consecutive episodes of infection is a critical determinant for protection. These findings provide a first insight into the correlates of protective immunity against HCV and have important implications for the rational design of effective prophylactic vaccines against HCV and other chronic viruses.

Keyphrases: Virus de l'hèpatite C (VHC), Mémoire immunitaire, Réinfection par le VHC, Immunité protectrice, Répertoire des cellules T, Hepatitis C Virus (HCV), Memory immune response, HCV reinfection, Protective immunity, T-cell receptor (TCR) repertoire