Réponses immunitaires et induction de tolérance pour la thérapie génique rAAV du muscle basée sur le ciblage des hépatocytes : induction de tolérance et mécanismes immunitaires liés à la transduction des hépatocytes

par Laurent Bartolo

Thèse de doctorat en Immunologie

Sous la direction de Jean Davoust.

Soutenue le 29-11-2018

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) .

Le président du jury était Julien Zuber.

Le jury était composé de Jean Davoust, Julien Zuber, Sahil Adriouch, Oumeya Adjali, Corinne Tanchot, Marcel Bonay.

Les rapporteurs étaient Sahil Adriouch, Oumeya Adjali.


  • Résumé

    Les réponses immunes contre les traitements de thérapie génique rAAV, dirigées non seulement contre la capside du vecteur, mais aussi contre le transgène, représentent un défi majeur en particulier dans le contexte d'un transfert de gènes vers le muscle pour le traitement de diverses maladies monogéniques du muscle. Cette thèse est focalisée sur la réponse dirigée contre le transgène. Celle-ci se met en place contre des éléments du transgène thérapeutique qui ne sont pas initialement présents, ou insuffisamment exprimés, chez l'hôte et peut entraîner l'élimination des cellules qui produisent le transgène. Dans ce contexte il est nécessaire de concevoir des protocoles de traitement capable d'imposer en périphérie une tolérance immunitaire spécifique du transgène. Nous avons exploré comment l'induction de l'expression d'un transgène étranger dans le foie à l'aide d'un vecteur rAAV impose une tolérance immunologique après transduction du muscle, et ceci malgré l'initiation dans le muscle d'une réponse T CD8+ et CD4+ dirigé contre le transgène. Nous avons démontré que l'expression du transgène dans le foie promeut une tolérance immunitaire envers une injection du vecteur rAAV dans le muscle et ce malgré la présence d'une réponse mémoire spécifique du transgène. Sur le plan de la réponse T CD8+, nous constatons une délétion totale ou partielle ainsi qu'une conversion des cellules vers un phénotype d'épuisement, avec l'expression du marqueur PD-1. La présence d'une réponse T CD4+ mémoire contre le transgène, ne semble pas altérer la tolérance induite par le foie. Nous discutons ensuite, en nous confrontant aux auteurs du domaine, le mécanisme global éventuellement mis en jeu : Une fois la réponse adaptative complète T CD8+ et T CD4+ initiée dans le ganglion drainant le muscle, ces cellules T doivent, avant de retourner vers le muscle, circuler par le foie. Dans le foie, elles s'y accumulent et rencontrent une seconde fois l'antigène, ce qui semble conduire à l'épuisement, suite à l'expression de PD-1, ou à la mort des cellules T CD8+ par un mécanisme décrit sous le nom d'emperipolesis suicidaire ou d'apoptose dépendant du facteur BIM. Les cellules CD4+, elle, ne subiraient pas de délétion, mais une éventuelle modification phénotypique, vers un phénotype tolérogène ou suppresseur. Ce processus serait dépendant de la rétention des cellules T dans le foie que nous avons mis en évidence, ainsi que de l'affinité de la réponse contre le transgène qui rend compte de nos résultats. Nous exposons finalement le domaine d'application de notre méthode, permettant de surmonter une réponse locale initiée dans le muscle, ce qui peut s'avérer crucial pour le traitement par thérapie génique des dystrophies musculaires monogéniques, basé sur l'emploi de transgènes potentiellement immunogènes dû au défaut d'expression chez le receveur.

  • Titre traduit

    Immune responses and liver-based avoidance strategy in rAVV muscle gene therapy


  • Résumé

    It is increasingly realized that immune responses to rAAV gene therapy treatments, not only to the vector capsid but also to reparative transgenes can cause adverse effects of importance in the case of muscle gene delivery in monogenic muscle disorders. These responses to "foreign" sequence elements of the reparative transgene that are not initially present or insufficiently expressed in the host represent a threat which can eliminate the transduced cells of interest. It is therefore highly desirable to design immune tolerance protocols able to impose transgene-specific immunological unresponsiveness. We explored here how liver-based recombinant adeno-associated viral vector (rAAV) mediated expression of foreign transgene imposes immune tolerance after immunogenic rAAV muscle transduction. We found that liver transgene expression driven with the hAAT hepatocyte specific promotor is effective to promote robust muscle-associated transgene expression, nullifying transgene-specific CD8+ T cell responses as well as humoral responses. Liver transgene expression equally promotes immune tolerance to subsequent rAAV muscle injections despite the presence of transgene-specific memory responses. Importantly, the CD8+ T cell tolerization process leads to partial deletion and conversion into PD-1+ CD8+ T cells, a hallmark of T cell exhaustion. Likewise, CD4+ T cell responses elicited in muscle do not compromise liver-based tolerance induction. Our results demonstrate that liver transduction with rAAV vectors using hepatocyte specific hAAT promotor imposes immune tolerance to transgene-specific T cells elicited from the naïve T cell repertoire after muscle transduction. Confronting our results with others, we suggest that CD8+ T cell depletion occurs after antigen recognition through direct capture and internalization of T cell corpses by hepatocyte in a mechanism already described and referred to as suicidal emperipolesis. Alternatively, BIM-dependent apoptotic process may also occur as a result of T cell-hepatocyte interactions. Regarding transgene-specific CD4+ T cells, we presume that they undergo phenotypic conversion such as Treg conversion as evidenced in multiple sclerosis models. Our results also suggest that the retention time and affinity of transgene-specific T cells next to transduced hepatocytes is critical for their fate. Last, considering applications for muscle gene therapies, control of local muscle immune response is of crucial importance in the treatment of several muscular dystrophies including Duchenne's muscular dystrophy. In this context our liver-based tolerance induction protocol is relevant, provided that the transgene of interest does not alter hepatocytes functions and is beneficial against adverse immune responses.

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