Antigen and superantigen presentation as defined by the MHCII-accessory proteins and associated-peptides

MHCII molecules expose a weave of antigens, which send survival or activation signals to T lymphocytes. The ongoing process of peptide binding to the MHC class II groove implicates three accessory molecules: the invariant chain, DM and DO. The invariant chain folds and directs the MHCII molecules to the endosomal pathway. Then, DM exchanges the CLIP peptide, which is a remnant of the degraded invariant chain, for peptides of better affinity. Expressed in highly specialized antigen presenting cells, DO competes with MHCII molecules for DM binding and favors the presentation of receptor-internalized antigens. Altogether, these molecules exhibit potential immunomodulatory properties that can be exploited to increase the potency of peptide vaccines. DO requires DM for maturation and to exit the ER. Interestingly, it is possible to monitor this interaction through a conformation change on DOβ that is recognized by the Mags.DO5 monoclonal antibody. Using Mags.DO5, we showed that DM stabilizes the interactions between the DO α1 and β1 chains and that DM influences DO folding in the ER. Thus, the Mags.DO5+ conformation correlates with DO egress from the ER. To further evaluate this conformation change, directed evolution was applied to DO. Of the 41 unique mutants obtained, 25% were localized at the DM-DO binding interface and 12% are at the solvent-exposed β1 domain, which is thought to be the Mags.DO5 epitope. In addition, I used the library to test the ability of HLA-DO to inhibit HLA-DM and sorted for the amount of CLIP. Interestingly, most of the mutants showed a decrease inhibitory effect, supporting the notion that the intrinsic instability of DO is a required for its function. Finally, these results support the model in which DO competes against classical MHCII molecules by sequestering DM chaperone’s function. MHCII molecules are also characterized by their ability to present superantigens, a group of bacterial or viral toxins that coerces MHCII-TCR binding in a less promiscuous fashion than what is observed in a canonical setting. While the mechanism of how bacterial superantigens form trimeric complexes with TCR and MHCII is well understood, the mouse mammary tumor virus superantigens (vSAG) are poorly defined. In the absence of a crystal structure, I chose a functional approach to examine the relation between vSAG, MHCII and TCR with the goal of uncovering the overall trimolecular architecture. I showed that TCR concomitantly binds both the MHCII α chain and the vSAG and that TCR-MHCII docking is almost canonical when coerced by vSAGs. Because many peptides may be tolerated in the MHCII groove, the pressure exerted by vSAG seems to tweak conventional TCR-MHCII interactions. Furthermore, my results demonstrate that vSAG binding to MHCII molecules is conformation-dependent and abrogated by the CLIP amino-terminal residues extending outside the peptide-binding groove. In addition, they also suggest that vSAGs cross-link adjacent MHCIIs and activate T cells via a TGXY motif. Les molécules du CMH présentent une panoplie d'antigènes qui, lorsque reconnus par un lymphocyte T spécifique, indique à ce dernier de survivre ou de s'activer. Le processus menant à la liaison d'un peptide à la poche du CMH de classe II, implique trois molécules accessoires, soit la chaine invariante, DM et DO. La chaine invariante replie et dirige les molécules du CMHII jusqu'à la voie endosomale. Ensuite, DM échange CLIP, peptide découlant de la dégradation de la chaine invariante, pour d'autres ayant une meilleure affinité. Exprimé seulement chez certaines cellules présentatrices, DO compétitionne avec les molécules du CMHII pour la liaison à DM et ainsi favorise la présentation d'antigènes internalisés par des récepteurs membranaires. Ensemble, ces protéines ont un potentiel immunomodulatoire pouvant être exploité afin d'augmenter l'efficacité de vaccin peptidique.  DO requiert DM pour arriver à maturité et sortir du RE. Cette interaction, qui induit un changement de conformation dans la chaine β de DO, peut être sondée à l'aide de l'anticorps monoclonal Mags.DO5. En utilisant cet anticorps, nous avons montré que DM stabilise l'interaction entre les domaines α1 et β1 de DO et influence son repliement dans le RE. Donc, la conformation qui révèle l’épitope Mags.DO5 corrèle avec la migration de DO hors du RE. Afin d'étudier plus précisément ce changement de conformation, DO fut contraint à une ronde d’évolution dirigée. Des 41 mutants obtenus, 25% se retrouvent à l'interface DO- DM et 12% se retrouvent à la surface exposée au solvant du domain β1, région hypothétique de l'épitope Mags.DO5. De plus, la bibliothèque de mutants a été testée pour son habileté à inhiber l'activité de DM. La plupart des mutants montre une activité inhibitrice diminuée, ce qui supporte le model où DO compétionne les molécules du CMHII en séquestrant le rôle chaperon de DM.  Les molécules du CMHII ont l'unique habileté de présenter les superantigènes, une famille de toxines virales et bactériennes qui force l'interaction CMHII-TCR de façon beaucoup moins spécifique qu'en contexte canonique. Alors que la façon dont les superantigènes bactériens s'assemblent avec le CMHII et le TCR soit bien comprise, la nature du complexe trimoléculaire découlant des superantigènes du virus de la tumeur mammaire de la souris (vSAG) reste mal définie. En l'absence d'une structure cristalline, une approche fonctionnelle a été choisie pour examiner la relation des vSAGs avec le CMHII et le TCR avec le but de dévoiler l'architecture de ce multi-complexe protéique. Je montre que le TCR lie parallèlement la chaine α du CMHII et vSAG, ce qui résulte en une interaction presque canonique. Puisque différents peptides peuvent être tolérés lors de cet ancrage, il semble que vSAG ajuste les interactions CMHII-TCR conventionnelles. En outre, mes résultats montrent que vSAG reconnait un épitope conformationnel et que cette liaison peut être abrogée par l'extension amino-terminale du peptide CLIP, laquelle s'étend en deçà de la niche. Finalement, mes résultats suggèrent que vSAG peut réticuler plusieurs CMHII adjacents et active les cellules T via son motif TGXY.

Keyphrases: superantigen, HLA-DO, HLA-DM, MHC class II, Antigen presentation, MMTV, Présentation antigénique, superantigène