Page d'accueil Résumé de la Thèse ayant obtenu le PRIX GREMI 2010 : Les lymphocytes iNKT, du paradigme à l’ambivalence : un chemin illustré par l’IL-33 Elvire Bourgeois Ce travail a été dirigé par le Docteur André Herbelin dans deux laboratoires : unité CNRS UMR 8147 à l’Hôpital Necker à Paris puis unité INSERM U935 à l’Hôpital Paul Brousse à Villejuif.
Les lymphocytes iNKT (pour "invariant Natural Killer T") constituent une population particulière de cellules T à l'interface de l'immunité innée et de l'immunité adaptative. Parce qu’ils expriment un TCR et qu’ils sont sélectionnés dans le thymus, les lymphocytes iNKT partagent bien des caractéristiques essentielles avec les lymphocytes T conventionnels. Mais leur statut activé et mémoire acquis dès le stade thymique ainsi que leur rapidité de production de cytokines n’ont rien de commun avec les cellules T conventionnelles, cellules T mémoires comprises. Cette singularité résulte de leur répertoire unique du TCR et de la nature de leurs ligands. Ainsi, le TCR des cellules iNKT ne reconnaît pas d’antigènes peptidiques mais glycolipidiques présentés par la molécule monomorphe non classique du CMH de classe I, la molécule CD1d au lieu des molécules de classe I ou II classiques du CMH pour le TCR des cellules T conventionnelles. Par les cellules iNKT, il est donc possible de reconnaître et d’activer le système immunitaire en réponse à des glycolipides. Celui capable d’activer de manière puissante l'ensemble des cellules iNKT est l’ a -GC (pour « a -galactosylcéramide »). Le fait que les lymphocytes iNKT soient dotés d’un arsenal cytotoxique complet tout en étant capables de produire rapidement de grandes quantités de cytokines à la fois de type Th1 et Th2 explique leur rôle régulateur dans de nombreuses situations pathologiques (pour revue, voir Bendelac). Mais si les lymphocytes iNKT contribuent ainsi aux réponses anti-tumorales et anti-infectieuses et constituent une arme thérapeutique dans le domaine de l'auto-immunité, ils peuvent aussi amplifier des réponses immunes inappropriées, en particulier pro-inflammatoires de type Th2. C’est notamment le cas au cours de l’asthme allergique. Parce que les règles qui dictent le choix de la "fonction iNKT" qui sera mise en jeu dans la dynamique d’une réponse immunitaire donnée sont encore en partie obscures, une place essentielle des études portant sur la biologie des cellules iNKT est désormais consacrée à l’identification des éléments moléculaires et en particulier des cytokines susceptibles d’expliquer comment, à partir d’un statut « ambivalent Th0 », les cellules iNKT parviennent dans la dynamique d’une réponse immune donnée, à favoriser son versant plutôt Th1 ou Th2 ou bien même à la supprimer. À l’instar des lymphocytes NK, les lymphocytes iNKT sont réactifs à l’IL-12 et à l’IL-18 qui induisent leur production d’IFN- g . Cette production d’IFN- g peut être amplifiée lors de la stimulation concomitante du TCR des lymphocytes iNKT, laquelle entraîne en retour leur sensibilisation à l’IL-12 via l’augmentation de l’expression de leurs récepteurs. Mais jusqu’ici, force est de constater qu’aucune cytokine capable de valoriser exclusivement le versant Th2 des cellules iNKT n’a été identifiée. Nous avons postulé que l’IL-33, au regard de ses fonctions reconnues comme strictement pro-Th2 mais également de son implication dans l’asthme allergique, constituait une cytokine susceptible de jouer un rôle prépondérant dans le déterminisme fonctionnel des cellules iNKT. L a première description de l’IL-33 remonte à 2003 par l’équipe de Jean-Philippe Girard. En effet, c’est en tant que facteur de transcription que l’IL- 33 a initialement été décrite (Baekkevold et al.). L’équipe de Robert Kastelein a pu finalement montrer en 2005 que cette cytokine, nouveau membre de la famille de l’IL-1, était le ligand du récepteur ST2 "pro-Th2" orphelin, et était capable de promouvoir les réponses T adaptatives Th2 (Schmitz et al.). Bien que les lymphocytes iNKT soient connus pour leur capacité unique au sein du compartiment lymphocytaire T à produire promptement de grandes quantités d’IL-4, on ignorait jusqu’ici leur réactivité à l’IL-33. Mon travail de thèse a été consacré dans sa première partie à la recherche de l'existence d'un axe biologique iNKT/IL-33 en émettant l’hypothèse d’un effet pro-Th2 sur la production de cytokines des cellules iNKT en réponse à l’IL-33.La seconde partie est une application de ce possible axe de réponse biologique iNKT/IL-33 à une situation pathologique. Sachant que les cellules iNKT et l’IL-33 étaient déjà reconnues séparément pour leur effets "pro-allergiques" en promouvant les réponses Th2, nous avons choisi d’étudier l’implication des cellules iNKT dans un modèle d’inflammation pulmonaire induit par l’IL-33. Nous avons initié notre travail par l’étude in vitro de l’influence de l’IL-33 sur la production d’IFN- g et d’IL-4 des lymphocytes iNKT activés via leur TCR. Lorsque ces dernières sont stimulées par des cellules dendritiques présentant leur ligand, l’ a -GC, l’IL-33 double leur production d’IL-4, confirmant l’activité pro-Th2 de l’IL-33 sur une nouvelle population lymphocytaire T. Mais contrairement à ce qui était attendu, l’effet de l’IL-33 sur la production d’IFN- g par les cellules iNKT s’est révélé bien plus important encore que sur l’IL-4 avec une augmentation moyenne d’un facteur 30. Notre observation de l’expression constitutive de ST2, la chaîne spécifique du récepteur de l’IL-33, à la membrane des cellules iNKT et des expériences de tri de cellules iNKT ont démontré que l’IL -33 agissait directement sur les cellules iNKT sans besoin d’intermédiaire cellulaire. Cependant, l’IL-33 seule, n’est pas capable d’activer les cellules iNKT et requiert un état d’activation préalable ou concomitant des cellules iNKT comme la stimulation de leur TCR. Une autre stimulation, celle induite par l’IL-12 à la fois endogène (produite par les cellules dendritiques) ou exogène, permet aussi de sensibiliser les cellules iNKT à l’IL-33 de manière marquée pro-Th1. L’IL-33, à côté de son caractère strictement pro-Th2 sur les cellules T conventionnelles était aussi documentée comme ciblant des éléments du système immunitaire inné comme les mastocytes et les basophiles. Notre travail confirme cette notion en l’étendant aux cellules iNKT et NK et constitue ainsi la première démonstration du ciblage d’une population T régulatrice par cette cytokine. En ciblant les cellules iNKT lors de leur stimulation via leur TCR, l’IL-33 privilégie donc leur production d’IFN - g tandis qu’elle y contribue aussi de manière spectaculaire en association avec l’IL-12 sans engagement de leur TCR (Figure 1). Au cours de la préparation de ma thèse, Molly Smithgall et ses collaborateurs ont confirmé les fonctions pro-Th1 de l’IL-33 sur les cellules iNKT et NK mais cette fois chez l’homme (Smithgall et al.).
	Figure 1. Schéma récapitulant l’effet de l’IL-33 sur les productions d’IFN- g et d'IL-4 par les lymphocytes iNKT et les cellules NK. L’IL-33 agit via son récepteur ST2, exprimé en conditions basales à la surface des cellules iNKT et NK pour amplifier la production d’IFN- g en réponse à l’IL-12 ou à une stimulation par le TCR. Les cellules iNKT étant capables de produire simultanément l’IL-4 et l’IFN- g , leur production préférentielle d'IFN- g en réponse à l'IL-33 permet d'infirmer le caractère exclusivement pro-Th2 initialement attribué à cette cytokine. Son activité "pro-Th1" sur les cellules iNKT et NK stimulées par l'IL-12 renforce cette conclusion.
L’IL-33 avait été décrite pour sa capacité à induire une inflammation pulmonaire à éosinophiles lorsqu’elle est administrée pendant 7 jours consécutifs chez la souris (Schmitz et al.). Nous avons précisé que l’IL-33 dans le même protocole d’administration conduit à un recrutement d’éosinophiles mais aussi de neutrophiles dans les lavages broncho-alvéolaires. Ce recrutement résulte très probablement de l’élévation des taux dans les lavages broncho-alvéolaires d’éotaxine et de KC (pour « keratinocyte-derived chemokine ou CXCL1 ») (connues pour recruter respectivement les éosinophiles et les neutrophiles) qui accompagne le traitement par l’IL-33. En montrant dans le même modèle que les souris déficientes en lymphocytes iNKT (souris J a 18 -/- ) développent une inflammation pulmonaire péri-bronchiale et péri-vasculaire bien plus soutenue, ont un recrutement d’éosinophiles et de neutrophiles augmentés ainsi que des concentrations locales d’éotaxine et de KC plus élevées, comparativement aux souris sauvages, nous avons conclu en l’existence d’une fonction anti-inflammatoire des lymphocytes iNKT. Enfin, la production de TARC (pour « Thymus and Activation-Regulated Chemokine »), chimiokine précédemment décrite pour recruter les cellules iNKT dans les poumons, est apparue augmentée localement en réponse à l’IL-33. L’analyse des cellules iNKT dans les poumons a finalement permis de montrer directement leur recrutement ainsi que l’augmentation de leur niveau d’activation en réponse à l’IL-33. Des expériences de transferts adoptifs de cellules iNKT à des souris J a 18 -/- ainsi que l’utilisation de souris « enrichies » en cellules iNKT par l’apport d’un transgène codant la chaîne a réarrangée du TCR des cellules iNKT, ont confirmé que les lymphocytes iNKT diminuent l’inflammation induite par l’IL-33 dans les poumons. Les travaux antérieurs du laboratoire avaient documenté que les cellules iNKT sont nécessaires à l’obtention d’une réaction d’asthme complète mais aussi que lorsqu’on les active « pharmacologiquement » par leur ligand a -GC, ils deviennent alors protecteurs en produisant l’IFN- g , révélant ainsi toute l’ambivalence des lymphocytes iNKT dans l’inflammation pulmonaire. Prenant appui sur notre démonstration que l’IL-33 valorise la production d’IFN- g des lymphocytes iNKT, nous avons postulé que c’est en produisant cette cytokine que ceux-ci exercent leurs fonctions protectrices dans notre modèle inflammatoire. Le remplacement de cellules iNKT sauvages par leurs équivalents déficients en IFN- g dans notre modèle de protection par leur transfert adoptif a bien permis de démontrer que l’IFN- g des cellules iNKT contribue aux effets anti-inflammatoires mis en évidence dans notre modèle inflammatoire pulmonaire induit par l’IL-33. La démonstration d’un rôle régulateur négatif par les lymphocytes iNKT dans notre modèle d’inflammation nous a conduits à déterminer par quels mécanismes l’administration d’IL-33 entraîne une activation de ces cellules. À cet égard, l’IL-12 constituait un candidat de choix puisque nous avions documenté dans la première partie de notre travail que la fonction de production d’IFN- g des lymphocytes iNKT est potentialisée par l’IL-33 de manière dépendante de l’IL-12, tant dans sa forme endogène qu’exogène. Les souris déficientes pour l’IL-12 traitées par l’IL-33 ont développé une inflammation bien plus sévère que celle des souris sauvages. Cette dépendance de l’IL-12 peut en partie être expliquée par un recrutement dans les poumons et un niveau d’activation diminués des cellules iNKT des souris déficientes pour IL-12 traitées par l’IL-33. Ces résultats permettent de proposer une mise en jeu de l’IL-12 dans l’activation des cellules iNKT ainsi que dans leurs fonctions anti-inflammatoires via l’IFN- g exercées localement sur les poumons en réponse à l’IL-33 (Figure 2).
Figure 2. Schéma hypothétique des fonctions anti-inflammatoires des cellules iNKT au cours de l’inflammation pulmonaire induite par l’IL-33. Prenant appui sur nos résultats, le schéma récapitulatif suivant peut être proposé. L’IL-33 recrute des éosinophiles et des neutrophiles aboutissant à une inflammation pulmonaire. Parallèlement, l’IL-33 cible les cellules iNKT entraînant leur activation, leur production d’IFN- g et leur recrutement dans les poumons. L’IFN- g produit par les lymphocytes iNKT en induisant une inhibition du recrutement des éosinophiles et des neutrophiles contribue aux fonctions anti-inflammatoires des lymphocytes iNKT dans notre modèle. La dépendance vis-à-vis de l’IL-12 pourrait reposer sur la capacité de cette cytokine à induire, en concertation avec l’IL-33, la production d’IFN- g des cellules iNKT.
Cette nouvelle action anti-inflammatoire/protectrice des cellules iNKT pourrait avoir une pertinence physiopathologique si l’on considère les fonctions d’alarmine conférées à l’IL-33 qui est produite par les cellules épithéliales pulmonaires (Moussion et al.). Enfin, le concept nouveau issu de mes travaux sur l'axe biologique IL-33/iNKT selon lequel l’IFN- g , une cytokine d’origine essentiellement lymphocytaire qui a été longtemps présentée comme exclusivement pro-inflammatoire, agirait comme cytokine anti-inflammatoire lorsqu'elle est portée par les cellules iNKT, a pu être étoffé par deux autres travaux du laboratoire auxquels j'ai participé. Ainsi, nous avons pu documenter que la protection qu'un ligand de TLR7, le resiquimod, connu de longue date pour protéger de l'asthme allergique expérimental chez la souris agit via les cellules iNKT en leur faisant produire de l’IFN- g (Grela et al.). Par ailleurs, en situation inflammatoire dans le modèle auto-immun de l’EAE (pour "Experimental Autoimmune Encephalomyelitis"), nous avons documenté que les cellules iNKT activées par leur ligand a -GC inhibent la différenciation des cellules T CD4 Th17 responsables de la maladie, ceci notamment par leur production d’IFN- g (Mars et al.).
Références : - Baekkevold, E.S., M. Roussigne, T. Yamanaka, F.E. Johansen, F.L. Jahnsen, F. Amalric, P. Brandtzaeg, M. Erard, G. Haraldsen, and J.P. Girard. 2003. Molecular characterization of NF-HEV, a nuclear factor preferentially expressed in human high endothelial venules. Am J Pathol 163:69-79. - Bendelac, A., P.B. Savage, and L. Teyton. 2007. The biology of NKT cells. Annu Rev Immunol 25:297-336. - Moussion, C., N. Ortega, and J.P. Girard. 2008. The IL-1-like cytokine IL-33 is constitutively expressed in the nucleus of endothelial cells and epithelial cells in vivo: a novel 'alarmin'? PLoS One 3:e3331. - Schmitz, J., A. Owyang, E. Oldham, Y. Song, E. Murphy, T.K. McClanahan, G. Zurawski, M. Moshrefi, J. Qin, X. Li, D.M. Gorman, J.F. Bazan, and R.A. Kastelein. 2005. IL- 33, an interleukin-1-like cytokine that signals via the IL-1 receptor-related protein ST2 and induces T helper type 2-associated cytokines. Immunity 23:479-490. - Smithgall, M.D., M.R. Comeau, B.R. Yoon, D. Kaufman, R. Armitage, and D.E. Smith. 2008. IL-33 amplifies both Th1- and Th2-type responses through its activity on human basophils, allergen-reactive Th2 cells, iNKT and NK cells. Int Immunol 20:1019-1030. Articles liés à cette thèse : - Araujo L.M, Chauvineau A., Zhu R., Diem S., Bourgeois EA, Bayry J., Daëron M., Bruhns P., Kaveri S.V., Herbelin A. 2011 Cutting Edge: IVIg inhibits iNKT cell-mediated allergic airway inflammation through FcRIIIAdependent mechanisms. J Immunol. 15;186(6):3289-93 - Grela F, Aumeunier A, Bardel E, Van LP, Bourgeois E, Vanoirbeek J, Leite-de-Moraes M, Schneider E, Dy M, Herbelin A, Thieblemont N. 2011. The TLR7 agonist R848 alleviates allergic inflammation by targeting invariant NKT cells to produce IFN-gamma. J Immunol. 186(1):284-90. - Bourgeois E.A., Levescot A., Diem S., Chauvineau A., Bergès H., Milpied P., Lehuen A., Damotte D., Gombert J.M., Schneider E., Girard J.P., Gourdy P., Herbelin A. 2011 Frontline: A natural protective function of invariant NKT cells in a mouse model of innate-cell-driven lung inflammation. Eur J Immunol. 41(2):299-305. - Miellot-Gafsou, A., Biton, J., Bourgeois, E., Herbelin, A., Boissier, M.C., and Bessis, N. 2010. Early activation of invariant natural killer T cells in a rheumatoid arthritis model and application to disease treatment. Immunology, 130(2):296-306 - Mars, L.T., Araujo, L., Kerschen, P., Diem, S., Bourgeois, E., Van, L.P., Carrie, N., Dy, M., Liblau, R.S., and Herbelin, A. 2009. Invariant NKT cells inhibit development of the Th17 lineage. Proc Natl Acad Sci U S A 106:6238-6243 - Bourgeois, E., Van, L.P., Samson, M., Diem, S., Barra, A., Roga, S., Gombert, J.M., Schneider, E., Dy, M., Gourdy, P. and Herbelin A. 2009. The pro-Th2 cytokine IL-33 directly interacts with invariant NKT and NK cells to induce IFN-gamma production. Eur J Immunol 39:1046-1055 Page d'accueil

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Résumé de la Thèse ayant obtenu le PRIX GREMI 2010 :

Les lymphocytes iNKT, du paradigme à l’ambivalence :
un chemin illustré par l’IL-33

Elvire Bourgeois

Ce travail a été dirigé par le Docteur André Herbelin dans deux laboratoires :
unité CNRS UMR 8147 à l’Hôpital Necker à Paris puis unité INSERM U935 à l’Hôpital Paul Brousse à Villejuif.

Les lymphocytes iNKT (pour "invariant Natural Killer T") constituent une population particulière de cellules T à l'interface de l'immunité innée et de l'immunité adaptative. Parce qu’ils expriment un TCR et qu’ils sont sélectionnés dans le thymus, les lymphocytes iNKT partagent bien des caractéristiques essentielles avec les lymphocytes T conventionnels. Mais leur statut activé et mémoire acquis dès le stade thymique ainsi que leur rapidité de production de cytokines n’ont rien de commun avec les cellules T conventionnelles, cellules T mémoires comprises. Cette singularité résulte de leur répertoire unique du TCR et de la nature de leurs ligands. Ainsi, le TCR des cellules iNKT ne reconnaît pas d’antigènes peptidiques mais glycolipidiques présentés par la molécule monomorphe non classique du CMH de classe I, la molécule CD1d au lieu des molécules de classe I ou II classiques du CMH pour le TCR des cellules T conventionnelles. Par les cellules iNKT, il est donc possible de reconnaître et d’activer le système immunitaire en réponse à des glycolipides. Celui capable d’activer de manière puissante l'ensemble des cellules iNKT est l’ a -GC (pour « a -galactosylcéramide »). Le fait que les lymphocytes iNKT soient dotés d’un arsenal cytotoxique complet tout en étant capables de produire rapidement de grandes quantités de cytokines à la fois de type Th1 et Th2 explique leur rôle régulateur dans de nombreuses situations pathologiques (pour revue, voir Bendelac). Mais si les lymphocytes iNKT contribuent ainsi aux réponses anti-tumorales et anti-infectieuses et constituent une arme thérapeutique dans le domaine de l'auto-immunité, ils peuvent aussi amplifier des réponses immunes inappropriées, en particulier pro-inflammatoires de type Th2. C’est notamment le cas au cours de l’asthme allergique. Parce que les règles qui dictent le choix de la "fonction iNKT" qui sera mise en jeu dans la dynamique d’une réponse immunitaire donnée sont encore en partie obscures, une place essentielle des études portant sur la biologie des cellules iNKT est désormais consacrée à l’identification des éléments moléculaires et en particulier des cytokines susceptibles d’expliquer comment, à partir d’un statut « ambivalent Th0 », les cellules iNKT parviennent dans la dynamique d’une réponse immune donnée, à favoriser son versant plutôt Th1 ou Th2 ou bien même à la supprimer. À l’instar des lymphocytes NK, les lymphocytes iNKT sont réactifs à l’IL-12 et à l’IL-18 qui induisent leur production d’IFN- g . Cette production d’IFN- g peut être amplifiée lors de la stimulation concomitante du TCR des lymphocytes iNKT, laquelle entraîne en retour leur sensibilisation à l’IL-12 via l’augmentation de l’expression de leurs récepteurs. Mais jusqu’ici, force est de constater qu’aucune cytokine capable de valoriser exclusivement le versant Th2 des cellules iNKT n’a été identifiée.

Nous avons postulé que l’IL-33, au regard de ses fonctions reconnues comme strictement pro-Th2 mais également de son implication dans l’asthme allergique, constituait une cytokine susceptible de jouer un rôle prépondérant dans le déterminisme fonctionnel des cellules iNKT. L a première description de l’IL-33 remonte à 2003 par l’équipe de Jean-Philippe Girard. En effet, c’est en tant que facteur de transcription que l’IL- 33 a initialement été décrite (Baekkevold et al.). L’équipe de Robert Kastelein a pu finalement montrer en 2005 que cette cytokine, nouveau membre de la famille de l’IL-1, était le ligand du récepteur ST2 "pro-Th2" orphelin, et était capable de promouvoir les réponses T adaptatives Th2 (Schmitz et al.). Bien que les lymphocytes iNKT soient connus pour leur capacité unique au sein du compartiment lymphocytaire T à produire promptement de grandes quantités d’IL-4, on ignorait jusqu’ici leur réactivité à l’IL-33.

Mon travail de thèse a été consacré dans sa première partie à la recherche de l'existence d'un axe biologique iNKT/IL-33 en émettant l’hypothèse d’un effet pro-Th2 sur la production de cytokines des cellules iNKT en réponse à l’IL-33.La seconde partie est une application de ce possible axe de réponse biologique iNKT/IL-33 à une situation pathologique. Sachant que les cellules iNKT et l’IL-33 étaient déjà reconnues séparément pour leur effets "pro-allergiques" en promouvant les réponses Th2, nous avons choisi d’étudier l’implication des cellules iNKT dans un modèle d’inflammation pulmonaire induit par l’IL-33.

Nous avons initié notre travail par l’étude in vitro de l’influence de l’IL-33 sur la production d’IFN- g et d’IL-4 des lymphocytes iNKT activés via leur TCR. Lorsque ces dernières sont stimulées par des cellules dendritiques présentant leur ligand, l’ a -GC, l’IL-33 double leur production d’IL-4, confirmant l’activité pro-Th2 de l’IL-33 sur une nouvelle population lymphocytaire T. Mais contrairement à ce qui était attendu, l’effet de l’IL-33 sur la production d’IFN- g par les cellules iNKT s’est révélé bien plus important encore que sur l’IL-4 avec une augmentation moyenne d’un facteur 30. Notre observation de l’expression constitutive de ST2, la chaîne spécifique du récepteur de l’IL-33, à la membrane des cellules iNKT et des expériences de tri de cellules iNKT ont démontré que l’IL -33 agissait directement sur les cellules iNKT sans besoin d’intermédiaire cellulaire. Cependant, l’IL-33 seule, n’est pas capable d’activer les cellules iNKT et requiert un état d’activation préalable ou concomitant des cellules iNKT comme la stimulation de leur TCR. Une autre stimulation, celle induite par l’IL-12 à la fois endogène (produite par les cellules dendritiques) ou exogène, permet aussi de sensibiliser les cellules iNKT à l’IL-33 de manière marquée pro-Th1. L’IL-33, à côté de son caractère strictement pro-Th2 sur les cellules T conventionnelles était aussi documentée comme ciblant des éléments du système immunitaire inné comme les mastocytes et les basophiles. Notre travail confirme cette notion en l’étendant aux cellules iNKT et NK et constitue ainsi la première démonstration du ciblage d’une population T régulatrice par cette cytokine. En ciblant les cellules iNKT lors de leur stimulation via leur TCR, l’IL-33 privilégie donc leur production d’IFN - g tandis qu’elle y contribue aussi de manière spectaculaire en association avec l’IL-12 sans engagement de leur TCR (Figure 1). Au cours de la préparation de ma thèse, Molly Smithgall et ses collaborateurs ont confirmé les fonctions pro-Th1 de l’IL-33 sur les cellules iNKT et NK mais cette fois chez l’homme (Smithgall et al.).

Figure 1. Schéma récapitulant l’effet de l’IL-33 sur les productions d’IFN- g et d'IL-4 par les lymphocytes iNKT et les cellules NK. L’IL-33 agit via son récepteur ST2, exprimé en conditions basales à la surface des cellules iNKT et NK pour amplifier la production d’IFN- g en réponse à l’IL-12 ou à une stimulation par le TCR. Les cellules iNKT étant capables de produire simultanément l’IL-4 et l’IFN- g , leur production préférentielle d'IFN- g en réponse à l'IL-33 permet d'infirmer le caractère exclusivement pro-Th2 initialement attribué à cette cytokine. Son activité "pro-Th1" sur les cellules iNKT et NK stimulées par l'IL-12 renforce cette conclusion.

L’IL-33 avait été décrite pour sa capacité à induire une inflammation pulmonaire à éosinophiles lorsqu’elle est administrée pendant 7 jours consécutifs chez la souris (Schmitz et al.). Nous avons précisé que l’IL-33 dans le même protocole d’administration conduit à un recrutement d’éosinophiles mais aussi de neutrophiles dans les lavages broncho-alvéolaires. Ce recrutement résulte très probablement de l’élévation des taux dans les lavages broncho-alvéolaires d’éotaxine et de KC (pour « keratinocyte-derived chemokine ou CXCL1 ») (connues pour recruter respectivement les éosinophiles et les neutrophiles) qui accompagne le traitement par l’IL-33. En montrant dans le même modèle que les souris déficientes en lymphocytes iNKT (souris J a 18 -/- ) développent une inflammation pulmonaire péri-bronchiale et péri-vasculaire bien plus soutenue, ont un recrutement d’éosinophiles et de neutrophiles augmentés ainsi que des concentrations locales d’éotaxine et de KC plus élevées, comparativement aux souris sauvages, nous avons conclu en l’existence d’une fonction anti-inflammatoire des lymphocytes iNKT. Enfin, la production de TARC (pour « Thymus and Activation-Regulated Chemokine »), chimiokine précédemment décrite pour recruter les cellules iNKT dans les poumons, est apparue augmentée localement en réponse à l’IL-33. L’analyse des cellules iNKT dans les poumons a finalement permis de montrer directement leur recrutement ainsi que l’augmentation de leur niveau d’activation en réponse à l’IL-33.

Des expériences de transferts adoptifs de cellules iNKT à des souris J a 18 -/- ainsi que l’utilisation de souris « enrichies » en cellules iNKT par l’apport d’un transgène codant la chaîne a réarrangée du TCR des cellules iNKT, ont confirmé que les lymphocytes iNKT diminuent l’inflammation induite par l’IL-33 dans les poumons.

Les travaux antérieurs du laboratoire avaient documenté que les cellules iNKT sont nécessaires à l’obtention d’une réaction d’asthme complète mais aussi que lorsqu’on les active « pharmacologiquement » par leur ligand a -GC, ils deviennent alors protecteurs en produisant l’IFN- g , révélant ainsi toute l’ambivalence des lymphocytes iNKT dans l’inflammation pulmonaire. Prenant appui sur notre démonstration que l’IL-33 valorise la production d’IFN- g des lymphocytes iNKT, nous avons postulé que c’est en produisant cette cytokine que ceux-ci exercent leurs fonctions protectrices dans notre modèle inflammatoire. Le remplacement de cellules iNKT sauvages par leurs équivalents déficients en IFN- g dans notre modèle de protection par leur transfert adoptif a bien permis de démontrer que l’IFN- g des cellules iNKT contribue aux effets anti-inflammatoires mis en évidence dans notre modèle inflammatoire pulmonaire induit par l’IL-33.

La démonstration d’un rôle régulateur négatif par les lymphocytes iNKT dans notre modèle d’inflammation nous a conduits à déterminer par quels mécanismes l’administration d’IL-33 entraîne une activation de ces cellules. À cet égard, l’IL-12 constituait un candidat de choix puisque nous avions documenté dans la première partie de notre travail que la fonction de production d’IFN- g des lymphocytes iNKT est potentialisée par l’IL-33 de manière dépendante de l’IL-12, tant dans sa forme endogène qu’exogène. Les souris déficientes pour l’IL-12 traitées par l’IL-33 ont développé une inflammation bien plus sévère que celle des souris sauvages. Cette dépendance de l’IL-12 peut en partie être expliquée par un recrutement dans les poumons et un niveau d’activation diminués des cellules iNKT des souris déficientes pour IL-12 traitées par l’IL-33. Ces résultats permettent de proposer une mise en jeu de l’IL-12 dans l’activation des cellules iNKT ainsi que dans leurs fonctions anti-inflammatoires via l’IFN- g exercées localement sur les poumons en réponse à l’IL-33 (Figure 2).

Figure 2. Schéma hypothétique des fonctions anti-inflammatoires des cellules iNKT au cours de l’inflammation pulmonaire induite par l’IL-33. Prenant appui sur nos résultats, le schéma récapitulatif suivant peut être proposé. L’IL-33 recrute des éosinophiles et des neutrophiles aboutissant à une inflammation pulmonaire. Parallèlement, l’IL-33 cible les cellules iNKT entraînant leur activation, leur production d’IFN- g et leur recrutement dans les poumons. L’IFN- g produit par les lymphocytes iNKT en induisant une inhibition du recrutement des éosinophiles et des neutrophiles contribue aux fonctions anti-inflammatoires des lymphocytes iNKT dans notre modèle. La dépendance vis-à-vis de l’IL-12 pourrait reposer sur la capacité de cette cytokine à induire, en concertation avec l’IL-33, la production d’IFN- g des cellules iNKT.

Cette nouvelle action anti-inflammatoire/protectrice des cellules iNKT pourrait avoir une pertinence physiopathologique si l’on considère les fonctions d’alarmine conférées à l’IL-33 qui est produite par les cellules épithéliales pulmonaires (Moussion et al.).

Enfin, le concept nouveau issu de mes travaux sur l'axe biologique IL-33/iNKT selon lequel l’IFN- g , une cytokine d’origine essentiellement lymphocytaire qui a été longtemps présentée comme exclusivement pro-inflammatoire, agirait comme cytokine anti-inflammatoire lorsqu'elle est portée par les cellules iNKT, a pu être étoffé par deux autres travaux du laboratoire auxquels j'ai participé. Ainsi, nous avons pu documenter que la protection qu'un ligand de TLR7, le resiquimod, connu de longue date pour protéger de l'asthme allergique expérimental chez la souris agit via les cellules iNKT en leur faisant produire de l’IFN- g (Grela et al.). Par ailleurs, en situation inflammatoire dans le modèle auto-immun de l’EAE (pour "Experimental Autoimmune Encephalomyelitis"), nous avons documenté que les cellules iNKT activées par leur ligand a -GC inhibent la différenciation des cellules T CD4 Th17 responsables de la maladie, ceci notamment par leur production d’IFN- g (Mars et al.).

Références :
- Baekkevold, E.S., M. Roussigne, T. Yamanaka, F.E. Johansen, F.L. Jahnsen, F. Amalric, P. Brandtzaeg, M. Erard, G. Haraldsen, and J.P. Girard. 2003. Molecular characterization of NF-HEV, a nuclear factor preferentially expressed in human high endothelial venules. Am J Pathol 163:69-79.
- Bendelac, A., P.B. Savage, and L. Teyton. 2007. The biology of NKT cells. Annu Rev Immunol 25:297-336.
- Moussion, C., N. Ortega, and J.P. Girard. 2008. The IL-1-like cytokine IL-33 is constitutively expressed in the nucleus of endothelial cells and epithelial cells in vivo: a novel 'alarmin'? PLoS One 3:e3331.
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Articles liés à cette thèse :
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Les lymphocytes iNKT, du paradigme à l’ambivalence : un chemin illustré par l’IL-33

Elvire Bourgeois

Ce travail a été dirigé par le Docteur André Herbelin dans deux laboratoires : unité CNRS UMR 8147 à l’Hôpital Necker à Paris puis unité INSERM U935 à l’Hôpital Paul Brousse à Villejuif.

Les lymphocytes iNKT, du paradigme à l’ambivalence :
un chemin illustré par l’IL-33

Ce travail a été dirigé par le Docteur André Herbelin dans deux laboratoires :
unité CNRS UMR 8147 à l’Hôpital Necker à Paris puis unité INSERM U935 à l’Hôpital Paul Brousse à Villejuif.