HIV-1 mucosal immunity : from infection to prevention : HIV-1 envelope gp41 conserved region P1 modulates the mucosal innate immune response and acts as a potential mucosal adjuvant

par Lin Xu

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Morgane Bomsel.

Soutenue le 27-09-2018

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) .

  • Titre traduit

    Immunité muqueuse du VIH-1 : de l'infection à la prévention : la région conservée P1 de la protéine d'enveloppe gp41 du VIH-1 module la réponse muqueuse innée et agit en tant qu'adjuvant muqueux


  • Résumé

    La vaccination muqueuse, notamment celle administrée par voie nasale, est considérée comme la méthode optimale permettant de protéger les sites muqueux de l'infection par des pathogènes. Cependant, le manque d'adjuvants muqueux spécifiques ainsi qu'une prise en compte insuffisante du système immun nasal limite le développement des vaccins muqueux. P1, un domaine conservé de gp41, la glycoprotéine d'enveloppe du VIH-1, a été récemment utilisé par le laboratoire d'acceuil pour développer un vaccin prophylactique muqueux après immunisation combinée par voie nasale et intra-musculaire. Ce vaccin s'est montré efficace lors études pré-cliniques et clinique de Phase I chez l'Homme, grâce à sa capacité d'induire des IgA muqueux contre P1 bloquant la pénétration muqueuse du VIH-1 par transcytose et de stimuler la production d'IgG spécifiques de gp41 induisant la lyse des cellules infectées par le VIH-1 par cytotoxicité cellulaire médiée par anticorps (ADCC). Dans le travail présenté ici, nous avons caractérisé les mécanismes immuns induits par ce vaccin basé sur P1 au niveau de la muqueuse nasale humaine. Tout d'abord, nous avons démontré que P1 initie une réponse immune en induisant la sécrétion de la cytokine TH2, la Thymic Stromal LymphoPoietin (TSLP), par les cellules épithéliales nasales. TSLP est connyu pour ses propriétés d'adjuvant muqueux puissant et son récepteur, le TSLP-R, joue un rôle déterminant dans la réponse muqueuse à IgA. Nous avons montré que P1 induit l'expression de TSLP via l'interaction de P1 avec le galactosyl céramide, un récepteur du VIH-1 permettant l'entrée muqueuse du virus. De plus, nous avons identifié la voie de signalisation Calcineurin/NFATet le microRNA- comme partenaire décisifs dans la régulation de la production de TSLP induite par P1. Dans un second temps, nous avons montré que le peptide P1 module la réponse innée en activant les cellules dendritiques (DCs). Cette stimulation par P1 induit l'augmentation de l'expression des molécules de co-stimulation par les DCs. La sécrétion de l'IL-6 et de l'IL-10 par les DCs est aussi augmentée par P1 alors que celle de l'interféron gamma, IFN-', est réduite, démontrant ainsi que les DCs activée par P1 se polarisent en une phénotype facilitant une réponse Th2 et IgA. De plus, l'IL-8 et les chimiokines CCL20 et CCL22 sont secrétées indiquant que les DCs ont acquis la capacité de recruter des cellules immunes dans la muqueuse pour initier une réponse muqueuse adaptative. La métalloprotéinase MMP-9 permettant la dégradation de la matrice extracellulaire et facilitant la migration des cellules hors de la muqueuse, est aussi produite. Une boucle positive autocrine de TSLP est observée, puisque P1 induit la sécrétion par les DCs de TSLP en conséquence l'augmentation de l'expression du TSLP-R par les DCs induite par P1. Finalement, P1 active la prolifération des lymphocytes TCD4+ médiée par les DCs. En conclusion, nous avons démontré que P1 est un peptide multifonctionnel avec un grand potentiel dans le développement de vaccin, non seulement comme antigène vaccinal candidat mais aussi comme potentiel adjuvant qui pourrait être combinés à d'autres vaccins muqueux.


  • Résumé

    Mucosal vaccination, especially intranasal administrated ones, has been considered to be ideal for protection from pathogens invading through mucosal sites. However, the lack of specific adjuvant and insufficient acknowledgement of nasal immune system limits the development of vaccine. P1, a conserved region of gp41 envelope glycoprotein, was recently developed into a prophylactic HIV-1 vaccine immunized via both the intramuscular and intranasal routes. It showed high efficiency in pre-clinical and phase I clinical trial due to induction of P1 specific mucosal IgA with transcytosis blocking activity and IgG inducing antibody dependent cell cytotoxicity. In this study, we characterized the immunological mechanism underneath P1-vaccine in nasal mucosa. Firstly, we demonstrated that P1 initiate immune responses by inducing nasal epithelial cells to secret the Th2 cytokine Thymic Stromal LymphoPoietin (TSLP). TSLP has been reported to be a strong mucosal adjuvant, and its receptor TSLP-R plays a critical role in IgA response. We showed that P1 induce TSLP expression via the interaction with galactosyl ceramide, the receptor of HIV-1 mucosal entry. Furthermore, we identified Calcineurin/NFAT signaling pathway and microRNA-4485 as important players in the regulation of TSLP production induced by P1. Secondly, we showed that P1 modulates innate immune responses by activate dendritic cells (DCs). P1 stimulation results in enhanced expression of costimulatory molecules on DCs. Furthermore, the secretion of IL-6, IL-10 were increased, while IFN-γ was reduced, indicating that P1 activated DCs polarize into a Th2 and IgA prone phenotype. In addition, IL-8, CCL20, CCL22 were produced indicating a capacity at recruiting immune cells to mucosal surface for initiation of an adaptive immune response. MMP-9 was also produced allowing degradation of the extracellular matrix and facilitating the migration of immune cells out of the mucosa. Stricingly, a TSLP autocrine loop was observed as P1 induced DCs to secret TSLP and meanwhile, enhanced DC expression of TSLP-R. Finally, P1 activated DCs enhanced the proliferation of CD4+ T cells. In conclusion, we demonstrated that P1 is a multi-functional protein with a great interest for vaccine development, not only as an antigen for vaccine candidate, but also as a potential adjuvant that can be combined to other mucosal vaccines.

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