Cellules dendritiques et présentation antigénique

Mots clés : cellules dendritiques, présentation croisée de l’antigène, imagerie in vivo, régulation du pH dans les phagosomes, Nox2, Rab27, CD8, lymphocyte T

Consultez le rapport d'activité scientifique. (pdf 105Ko, mise à jour 13 février 2008)

Les cellules dendritiques (DCs) sont impliquées dans de nombreuses pathologies liées au système immunitaire, telles que les maladies infectieuses ou auto-immunes, mais aussi dans les cancers. Aujourd'hui, on les utilise pour développer des vaccins contre ces pathologies. L'objectif de nos recherches est de comprendre les mécanismes moléculaires qui sont mis en jeu lors des réponses immunitaires contre les tumeurs.

Mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de la présentation croisée par les cellules dendritiques

La présentation croisée est le processus par lequel les DCs phagocytent les agents pathogènes ou les fragments de cellules mourantes, et présentent, après protéolyse, les peptides dérivés de ces antigènes en association avec les molécules du Complexe Majeur d'Histocompatibilité (CMH) de classe I. Ce processus est un mécanisme fondamental pour l'induction des réponses immunitaires anti-tumorales. Au cours de ces huit dernières années, nous avons découvert certaines des voies de signalisation intracellulaires permettant de relier les voies d'internalisation de l'antigène à leur apprêtement et leur chargement sur les molécules du CMH de classe I. Nous avons démontré que la NADPH oxydase NOX2 est recrutée aux phagosomes précoces. Elle module alors durablement et à faible taux une production d'espèces réactives de l'oxygène, assurant une alcalinisation de la lumière du phagosome. L'alcalinisation du phagosome par NOX2 est contrôlée par Rab27a, et est nécessaire à une présentation croisée efficace dans les DCs. Récemment, nous avons montré que le même mécanisme d'alcalinisation du phagosome via l'activité de NOX2 s'applique également aux DCs humaines. Les DCs CD8+ réalisent une présentation croisée des antigènes plus efficace que n'importe quelle autre sous-population de DCs. Puisque les mécanismes intracellulaires responsables de cette spécialisation ne sont pas connus, nous avons commencé à regarder si l'apprêtement de l'antigène via le contrôle du pH du phagosome est régulé de manière différente chez les sous-populations de DCs in vivo. Nous analysons également les mécanismes à l'origine 1) du recrutement du reticulum endoplasmique (RE) aux phagosomes et 2) de l'exportation de l'antigène des phagosomes jusqu'au cytosol. À l'aide d'approches protéomiques variées et de criblages génétiques, nous essayerons ensuite de continuer à éclaircir les mécanismes moléculaires qui sont responsables de la présentation croisée dans les cellules dendritiques.

Imagerie dynamique des réponses immunitaires anti-tumorales

L'initiation des réponses immunitaires cytotoxiques requiert une interaction directe entre les lymphocytes T CD8+ naïfs et les cellules dendritiques. L'utilisation de microscopie multiphotonique (Fig. 1) sur ganglions lymphatiques intacts a montré que les lymphocytes T naïfs et les DCs établissent de manière séquentielle des contacts spécifiques de l'antigène courts (quelques minutes) et longs (plusieurs heures).

Fig. 1 

Nous avons également montré que les réponses des lymphocytes T CD8+ aident l'amorçage de lymphocytes T CD8 + naïfs en facilitant le recrutement CCR5-dépendant de lymphocytes T CD8+ polyclonaux au niveau des cellules dendritiques déjà engagées dans une interaction stable avec un lymphocyte T CD8+ spécifique. De plus, nous avons démontré que la molécule d'adhésion ICAM-1 est un régulateur crucial de la durée du contact entre cellules T et cellules dendritiques. Enfin, nous avons étudié la manière dont les lymphocytes T régulateurs (Tregs) influencent la motilité des lymphocytes T CD8 + au cours de l'initiation des réponses immunitaires anti-tumorales. Nous avons observé que, durant ces réponses, les Tregs empêchent 1) l'arrêt dépendant de l'antigène des lymphocytes T CD8+ et 2) un amorçage anti-tumoral efficace via des mécanismes à la fois dépendants et indépendants de la cellule dendritique.

Bien que l'évolution du système immunitaire l'ait amené à combattre les infections, il peut aussi attaquer et détruire les tumeurs solides. Dans la plupart des cas, le rejet de la tumeur est initié par les lymphocytes T cytotoxiques CD8+ (CTLs) qui l'infiltrent, reconnaissent les antigènes tumoraux et tuent les cellules tumorales. Cependant, l'amplification des lymphocytes T régulateurs médiée par la croissance tumorale conduit à un échappement tumoral grâce à leur forte capacité à inhiber les lymphocytes T effecteurs. Nous utilisons une combinaison de microscopie biphotonique intravitale et d'immunofluorescence pour analyser l'infiltration et la destruction des tumeurs solides par les CTLs, ainsi que le rôle des lymphocytes T régulateurs sur la dynamique du lymphocyte T effecteur. Nous avons montré que l'expression d'antigène par les cellules tumorales détermine à la fois la motilité du CTL au sein de la tumeur et son infiltration profonde dans la tumeur. Dans un autre modèle, nos résultats ont montré que la déplétion fonctionnelle des lymphocytes T régulateurs chez des souris porteuses de tumeurs solides de type MCA101 aboutit au rejet, par les CTLs spécifiques de l'antigène, des tumeurs présentes. Nous avons également observé que durant les réponses immunitaires anti-tumorales, les Tregs empêchent l'arrêt dépendant de l'antigène des lymphocytes T CD8+ et un amorçage anti-tumoral efficace en induisant la mort des DCs dans les ganglions lymphatiques drainant la tumeur. De manière générale, nos résultats suggèrent donc que l'efficacité des fonctions des lymphocytes T effecteurs est étroitement liée à la dynamique de leur interaction avec leur environnement.

Dernière mise à jour : décembre 2008

Publications clés

2008

• Scholer A, Hugues S, Boissonnas A, Fetler L, Amigorena S.
  Intercellular adhesion molecule-1-dependent stable interactions between T cells and dendritic cells determine CD8+ T cell memory
  Immunity., Feb;28(2):258-70 - Abstract
  The initiation of cytotoxic immune responses requires the direct interaction between naive CD8+ T lymphocytes and dendritic cells (DCs). Multiphoton imaging in intact lymph nodes (LNs) showed that during priming, naive T cells and DCs establish sequentially brief (i.e., minutes) and long (hours) antigen-specific contacts. We show here that the expression of the Intercellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1) by mature DCs is critical for long-lasting contacts with CD8+ T cells but dispensable for short-lived antigen-specific interactions. Serial brief DC-T cell contacts induced early CD8+ T cell activation, proliferation, and differentiation into effector cytotoxic T lymphocytes in the first few days after immunization. ICAM-1-deficient mature DCs, however, failed to induce fully effective priming, because CD8+ T cells produced reduced amounts of interferon gamma and were clonally depleted after 2 weeks. In addition, Icam1(-/-) mice failed to respond to rechallenge. We conclude that ICAM-1-dependent long-lasting interactions between mature DCs and naive CD8+ T cells determine the survival of activated CD8+ T cells and the establishment of effective memory.
• Mantegazza AR, Savina A, Vermeulen M, Perez L, Geffner J, Hermine O, Rosenzweig SD, Faure F, Amigorena S.
  NADPH oxidase controls phagosomal pH and antigen cross- presentation in human dendritic cells
  Blood, 2008 Aug 5 - Abstract
  The phagocyte NADPH oxidase (NOX2) is critical for the bactericidal activity of phagocytic cells and plays a major role in innate immunity. We showed recently that NOX2 activity in mouse dendritic cells (DC) prevents acidification of phagosomes, promoting antigen cross-presentation. In order to investigate the role of NOX2 in the regulation of the phagosomal pH in human DC, we analyzed the production of reactive oxygen species (ROS) and the phagosomal/endosomal pH in monocyte-derived DC and macrophages (M) from healthy donors or chronic granulomatous disease (CGD) patients. As expected, we found that human M acidify their phagosomes more efficiently than human DC. Accordingly, the expression of the vacuolar proton ATPase (V-H+-ATPase) was higher in M than in DC. Phagosomal ROS production, however, was higher in M than in DC, due to higher levels of gp91phox expression and recruitment to phagosomes. In contrast, in the absence of active NOX2, the phagosomal and endosomal pH decreased. Both in the presence of a NOX2 inhibitor and in CGD patients-derived DC, the cross-presentation of two model tumor antigens was impaired. We conclude that NOX2 activity participates in the regulation of the phagosomal and endosomal pH in human DC, and is required for efficient antigen cross-presentation.

2007

• Hugues S, Scholer A, Boissonnas A, Nussbaum A, Combadière C, Amigorena S, Fetler L.
  Dynamic imaging of chemokine-dependent CD8+ T cell help for CD8+ T cell responses
  Nat Immunol., Sep;8(9):921-30. Epub 2007 Jul 29 - Abstract
  Naive T lymphocytes move efficiently in lymphoid tissues while scanning dendritic cells in search of cognate complexes of peptide in major histocompatibility molecules. However, T cell migration ceases after recognition of cognate antigen. We show here that during the initiation of antigen-specific CD8(+) T cell responses, naive CD8(+) polyclonal T cells 'preferentially' interacted in an antigen-independent way with mature dendritic cells competent to present antigen to antigen-specific CD8(+) T cells. These antigen-independent interactions required expression of the chemokine receptor CCR5 on polyclonal T cells and increased the efficiency of the induction of naive, low-precursor-frequency CD8(+) T cell responses. Thus, antigen-specific CD8(+) T cells favor the priming of naive CD8(+) T cells by promoting the CCR5-dependent recruitment of polyclonal CD8(+) T cells to mature dendritic cells.
• Jancic C, Savina A, Wasmeier C, Tolmachova T, El-Benna J, Dang PM, Pascalo S, Gougerot-Pocidalo MA, Raposo G, Seabra MC, Amigorena S
  Rab27 a regulates phagosomal pH and NADPH oxidase recruitment to dendritic cell phagosomes
  Nat Cell Biol, Apr 9 (4) : 367-78 - Abstract
  To prevent excessive degradation of internalized antigens, which could destroy the peptides recognized by T lymphocytes, dendritic cells have developed several strategies that limit proteolytic activity in phagosomes. The recruitment of the NADPH oxidase NOX2 prevents acidification of phagosomes, limiting antigen degradation. Here, we show that dendritic cells derived from Rab27a-deficient ashen mice show increased phagosome acidification and antigen degradation, causing a defect in antigen cross-presentation. Enhanced acidification results from a delay in the recruitment to phagosomes of a subset of lysosome-related organelles containing the membrane subunits of NOX2. The Rab27a-dependent recruitment of these "inhibitory lysosome-related organelles" to phagosomes continuously limits acidification and degradation of ingested particles in dendritic cells, thus promoting antigen cross-presentation.

2006

• Savina A, Jancic C, Hugues S, Guermonprez P, Vargas P, Moura IC, Lennon-Dumenil AM, Seabra MC, Raposo G, Amigorena S
  NOX2 controls phagosomal pH to regulate antigen processing during crosspresentation by dendritic cells
  Cell, Jul 14, 126 (1) : 205-18