La protéine Tat du VIH-1 active la voie TLR4 : effets sur l'expression des facteurs immunosuppressifs IL-10, PD-L1 et IDO

HIV-1 Tat protein activates TLR4 pathway : effects on the expression of IL-10, PD-L1 and IDO immunosuppressive factors

• Auteur / Autrice : Rémi Planès
• Direction : Elmostafa Bahraoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules dendritiques

Protéine Tat

VIH (virus)

Mots clés libres

Vih-1

Tat

Tlr4

Il-10

Pd-l1

Indoleamine 2,3

Dioxygenase

Cellules dendritiques

Imunossupression

Résumé

Au cours de l'infection par le virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) on observe une augmentation progressive de l'expression des molécules inhibitrices du système immunitaire (IL-10, PD-L1 et IDO) principalement par les cellules présentatrices d'antigènes (CPA) telles que les cellules dendritiques (DCs). Ces molécules agissent négativement sur la réponse immunitaire anti-VIH et sont associées à la persistance du virus et à l'évolution de la maladie vers le stade SIDA. Une des protéines virales impliquée dans ce mécanisme est la protéine Tat. En plus de son rôle direct dans la transactivation du génome viral, Tat est sécrétée par les cellules infectées et se retrouve à des concentrations de l'ordre du nanomolaire dans le sérum des patients. Dans la circulation, Tat interagit avec les cellules immunitaires et module l'expression de nombreux facteurs incluant des facteurs immunosuppressifs. Les travaux précédents du laboratoire, ont montré que Tat agit au niveau membranaire, par son domaine N-terminal 1-45, afin de stimuler l'expression des cytokines pro-inflammatoires TNF-a, et immunosuppressives IL-10 par les monocytes et les macrophages humains. Plus récemment, la recherche du récepteur membranaire recruté par Tat a permis de mettre en évidence l'implication du TLR4/MD2 dans l'interaction avec Tat. Objectifs : Mon projet de thèse qui s'inscrit dans la continuité des travaux du laboratoire a pour objectif 1) de caractériser davantage le rôle du TLR4 comme récepteurs de Tat en utilisant une approche basée sur des modèles murins invalidés (KO) pour le TLR4 ou ses partenaires moléculaires (CD14, MD2, MyD88, TRIF) 2) d'étudier l'effet de la protéine Tat et de son interaction avec le TLR4 sur la modulation de la fonction des DCs incluant : la production de cytokines, la maturation, l'expression des facteurs immunosuppressifs et la capacité à activer/inhiber les lymphocytes T. Résultats : L'utilisation du modèle de souris KO nous a permis de confirmer le rôle central du TLR4/MD2 comme récepteur de la protéine Tat ainsi que de mieux comprendre le mécanisme moléculaire mis en jeu par Tat pour induire la production de l'IL-10 et du TNF-a impliquant le TLR4 mais également les cofacteurs CD14 et MD2 ainsi que l'activation des deux voies de signalisation MyD88 et TRIF dépendantes. L'étude des effets de l'interaction Tat-TLR4 sur la modulation de la réponse immunitaire des DCs nous a permis de montrer que i) Tat induit la production des cytokines pro-inflammatoires IL-6, IL-12 et des IFN-a et IFN-? en plus de l'IL-10 et du TNF-a ; ii) Tat induit la maturation des DCs en augmentant l'expression de CD83, CD80, CD86 ; iii) Tat stimule l'expression des facteurs immunosuppressifs IL-10, PD-L1 et IDO associées à une inhibition de la prolifération des LT ; iv) l'ensemble de ces effets sont abolis ou inhibés en bloquant l'interaction Tat-TLR4. Conclusions : Nos résultats suggèrent que le VIH-1, par l'intermédiaire de sa protéine Tat, détourne le TLR4 à la surface des CPA pour induire la production de facteurs pro-inflammatoires et stimuler l'expression des molécules immunosuppressives directement associées à la perte de fonction du système immunitaire. Il n'est donc pas exclu que Tat, à cause de son expression précoce, contribue à instaurer un état immunosuppressif très tôt après l'infection et serait aussi impliquée dans l'affaiblissement du système immunitaire et la persistance virale.

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection is associated with a gradual increase in the expression of inhibitory molecules including IL-10, PD-L1 and IDO essentially by antigen presenting cells (APCs) such as dendritic cells (DCs). These molecules act negatively on the anti-HIV immune response and are associated with viral persistence and disease progression towards AIDS. One of the viral protein involved in this mechanism is Tat. In HIV-1 infected patients, Tat is secreted in the sera at nanomolar levels. In addition to its role in viral cycle, Tat interacts with immune cells to modulate the expression of many host genes including immunosuppressive factors. Previous work from our laboratory have shown that Tat protein, by acting at the membrane level, via its 1-45 N-terminal domain, stimulates the expression of pro-inflammatory cytokines TNF-a, and immunosuppressive IL-10 production in human monocytes and macrophages. More recently, we have shown the involvement of TLR4/MD2 in the interaction with Tat. Aim of the study: The objective of my thesis was to 1) Further characterize the implication of TLR4/MD2 as potential receptor of Tat protein. To this end mouse models invalidated (KO) for TLR4 or its molecular partners (CD14, MD2, MyD88, TRIF) were used 2) Study the effect of Tat protein and its interaction with TLR4/MD2 on the modulation of DCs functions including cytokine production, maturation, and the expression of immunosuppressive factors and their effects on the stimulation or inhibition of T cells activation. Results: The use of knockout mouse models has allowed us to confirm the central role of TLR4/MD2 as receptor for Tat protein and to better understand the signalling pathways recruited by Tat to stimulate the production of IL-10 and TNF-a. Our results showed the importance of CD14 and MD2 in addition to TLR4 and demonstrated that Tat activates both TRIF and MyD88-dependent pathways. In parallel, the study of the effects of Tat-TLR4 interaction on the modulation of the immune response of DCs allowed us to show that i) Tat induces the production of pro-inflammatory cytokines IL-6, IL-12 and IFN-a and IFN-? in addition to IL-10 and TNF-a ii) Tat induces the maturation of DCs by increasing the expression of CD83, CD80, CD86 and iii) Tat stimulates the expression of immunosuppressive factors IL-10, PD-L1 and IDO in association with the inhibition of T cells proliferation. Iv) All these effects were abolished or inhibited following the blockade of Tat-TLR4 interaction. Conclusions: Our results suggest that HIV-1 by its Tat protein hijacks TLR4 pathway in APCs to induce the production of pro-inflammatory and immunosuppressive factors which are associated with the impairment of immune functions. It is therefore possible that, because of its early expression, Tat may help to establish an immunosuppressive state early after infection and thus contributed in the weakening of the immune system and viral persistence.