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LES CELLULES DENDRITIQUES Franck HALARY UMR CNRS 5164 (Bordeaux)

LES CELLULES DENDRITIQUES Franck HALARY UMR CNRS 5164 (Bordeaux). Généralités sur les Cellules Dendritiques : Historique « Milestones » Origines/Phénotypes Rôles/Fonctions immunologiques Miscellanées Cellules Dendritiques et Thérapie humaine :

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LES CELLULES DENDRITIQUES Franck HALARY UMR CNRS 5164 (Bordeaux)

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Presentation Transcript

  1. LES CELLULES DENDRITIQUES Franck HALARY UMR CNRS 5164 (Bordeaux) Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  2. Généralités sur les Cellules Dendritiques : Historique « Milestones » Origines/Phénotypes Rôles/Fonctions immunologiques Miscellanées Cellules Dendritiques et Thérapie humaine : Interactions CD/cytomegalovirus humain LES CELLULES DENDRITIQUES Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  3. 1796 : 1er essai de vaccination anti-variolique par Jenner. 1868 : 1ère observation par Langerhans dans la peau humaine. 1973 : Identification chez la souris. Steinman RM et al. J Exp Med. 1973;137:1142-62. 1992 : Cultures in vitro. Caux C et al. Nature 1992;360: 258-261 (CSH CD34+ humaines). Inaba, K.et al. J. Exp. Med.1992; 176: 1693-1702 (précurseurs moelle murine). Sallusto F et al. J. Exp. Med.1994; 179(4):1109-18 (monocytes sanguins humains). 1998 : Utilisation en essais thérapeutiques. Nestle, F.O. et al. Nature Med.1998;4:328-332 HISTORIQUE « Milestones » DES DC Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  4. Généralités sur les Cellules Dendritiques : Historique « Milestones » Origines/Phénotypes Rôles/Fonctions immunologiques Miscellanées Cellules Dendritiques et Thérapie humaine : Interactions CD/cytomegalovirus humain LES CELLULES DENDRITIQUES Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  5. MORPHOLOGIE ET ULTRA STRUCTURE DES DC Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  6. ORIGINES Less than 0,1% of all leukocytes Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  7. Toxines, allergènes, pathogènes (bactéries, virus, etc.) DC Immature CCR6 Elimination du pathogène CCL21/6C-kine preDC (CD14+, CD11c+, CD11c-) DC Mature CCR7 Lymphocytes spécifiques activés Organe lymphoïde secondaire (i.e. ganglion lymphatique, CCL19/MIP3b) CYCLE DES CELLULES DENDRITIQUES D ’après Banchereau & Steinman, Nature 1998 Vaisseau sanguin (HEV) Épithélium MIP3a Moëlle osseuse Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  8. PHENOTYPES + + - CD1a - + - CD2 + + - CD11c - + - CD14 + + + HLA-DR - - - CD19, CD56, CD3 (lin) CD80, CD86, + + + CD40 - - + CD123 + - - DC-SIGN + - - Langerin Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  9. Some peripheral DC markers Iso DAPI CD1a DAPI Lang DAPI LP E DC-SIGN DAPI CD44 DAPI Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  10. Généralités sur les Cellules Dendritiques : Historique « Milestones » Origines/Phénotypes Rôles/Fonctions immunologiques Miscellanées Cellules Dendritiques et Thérapie humaine : Interactions CD/cytomegalovirus humain LES CELLULES DENDRITIQUES Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  11. Agent pathogène Activation inflammation Capture La rencontre cellule dendritique/pathogène : activation/maturation TLR muqueuse C-Lectine Cellule dendritique Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  12. ACTIVATION/MATURATION DES DC Toxines, allergènes, pathogènes (bactéries, virus, etc.) Vaisseau sanguin (HEV) épithélium DC immature Elimination du pathogène CSH preDC DC mature Lymphocytes spécifiques activés Moëlle osseuse Master 2 Immunologie - 03/10/2007 Organe lymphoïde secondaire (i.e. ganglion lymphatique)

  13. STIMULI D ’ACTIVATION/MATURATION DES DC Stimulus Details Microbial products Via Toll-like, NOD, RIG-I, Mda5 receptors Lymphocytes (natural killer, NKT, gammadelta T, alphabeta T) and neutrophils Via CD40, lymphotoxin alphabeta receptors Cytokines TNF, interferons, TSLP and IL-10 Endogenous ligands Uric acid, histamine, heat shock proteins, high mobility group box protein 1, defensins, ATP Immune complexes Via activating and inhibitory FcR From the following article: Taking dendritic cells into medicine Ralph M. Steinman & Jacques Banchereau Nature 449, 419-426(27 September 2007) Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  14. ACTIVATION/MATURATION DES DC Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  15. VOIE DES TLR (Toll-Like Receptors) acide lipoteichoique lipopeptides (Pam3CSK4) peptidoglycan ? Zymozan, CMV ? CpG déméthylé Viral ssRNA Imiquimod Flagelline dsRNA poly I:C ? LPS Bactéries uropathogènes Activation de NFkB Cytokines pro-inflammatoires : TNFa, IL1b, IL6, IL12, etc. Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  16. ++ ++ +/- TLR1 ++ ++ - TLR2 - ++ - TLR3 + - - TLR4 + +/- - TLR5 +/- +/- +/- TLR6 - - + TLR7 +/- + - TLR8 - - ++ TLR9 - +/ - +/ - TLR10 PHENOTYPES DC/ Toll-like Receptor MONO mDC pDC Kadowaki et al., J. Exp. Med., 2001 Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  17. Récepteurs lectiniques de type C (CLR) B: B cells, DC: dendritic cells, LC: Langerhans cells, Mo: monocytes, M: macrophages, PMN: polymorphonuclear cells,LDNF: GalNAc1-4(Fuc1-3)GlcNAc, ManLAM: mannosylated lipoarabinomannan, tPA: tissue plasminogen activator,ITAM: immunoreceptor tyrosine-based activation motif, ITIM: immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif*: mannose receptor, **: intermediately-differentiated M Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  18. Activation des cellules T naïves Capture des antigènes Récepteurs solubles aux antigènes Adhésion/migration Récepteurs lectiniques de type C des DC Myéloïdes Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  19. cellule dendritique LFA-3 pCMH CD4/CD8 CD80/86 (B7.1/2) CD28 CD2 TCR/CD3 lymphocyte T naïf ICAM-1 ACTIVATION LFA-1 actif Organe lymphoïde secondaire ROLES/FONCTIONS IMMUNOLOGIQUES • Cellule professionnelle présentatrice de l ’antigène (LT naïfs). • 10-100 X de complexes pCMH [autres APC : lymphocyte B, monocyte et macrophage]. DC mature (« interdigitating ») Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  20. ROLES/FONCTIONS IMMUNOLOGIQUES • Capacité de présentation croisée d ’antigène. Voie classe I (endogène) Voie classe II (exogène) Présentation croisée (« cross-presentation » or « cross-priming ») From the following article: Recent advances in antigen processing and presentation Peter E Jensen Nature Immunology 8, 1041 - 1048 (2007) Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  21. ROLES/FONCTIONS IMMUNOLOGIQUES • Recrutement in situ des autres acteurs des réponses immunitaires innées et adaptatives. Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  22. ROLES/FONCTIONS IMMUNOLOGIQUES • Induction de la Tolérance immunologique. • Antigen-bearing immature dendritic cells induce peptide-specific CD8(+) regulatory T cells in vivo in humans (Blood 2002 Jul 1;100(1):174-7). • Generation of human CD8 T regulatory cells by CD40 ligand-activated plasmacytoid dendritic cells (J Exp Med 2002 Mar 18;195(6):695-704). Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  23. Généralités sur les Cellules Dendritiques : Historique « Milestones » Origines/Phénotypes Rôles/Fonctions immunologiques Miscellanées Cellules Dendritiques et Thérapie humaine : Interactions CD/cytomegalovirus humain LES CELLULES DENDRITIQUES Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  24. GENERATION DE DC MYELOIDES HUMAINES in vitro CSH CD34+ (tri, cordon ou sang mobilisé) Monocytes (tri ou adhérence) imDC intersticielles Langerhans imDC intersticielles Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  25. Généralités sur les Cellules Dendritiques : Historique « Milestones » Origines/Phénotypes Rôles/Fonctions immunologiques Miscellanées Cellules Dendritiques et Thérapie humaine : Interactions CD/cytomegalovirus humain LES CELLULES DENDRITIQUES Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  26. CELLULES DENDRITIQUES ET THERAPIES From the following article: Taking dendritic cells into medicine Ralph M. Steinman & Jacques Banchereau Nature 449, 419-426(27 September 2007) Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  27. Goal : Induce a specific immune response directed against tumoral antigens. DENDRITIC CELLS IN CLINICAL USE : Cancer immunotherapy Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  28. LOADING ANTIGENS ON DENDRITIC CELLS Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  29. 1932 : 1/1500 2000 : 1/75 Enfance et UV +++ Survie à 5 ans : 70 à 85% Seul traitement : la chirurgie LE MELANOME Pourtant le mélanome est immunogène Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  30. Présentation croisée d’antigènes contenus dans des corps apoptotiques (Albert, Nature, 1998) Source d’antigènes de rejet tumoral ? Fragments de tumeurs Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  31. Les DC internalisent les fragments de cellules tumorales... Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  32. 10000 8000 DC+Mel DC+Mel DC DC 7500 6000 5000 4000 2500 2000 0 0 5000 1000 500 0 5000 0 500 1000 ... puis induisent in vitro la prolifération de cellules T autologues... Cellules T CD4+ Cellules T CD8+ Incorporation de Thymidine Nombre de DC par puit Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  33. ... ainsi qu’une réponse CTL primaire Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  34. Cette réponse est dirigée contre des TAA CTL assay : - Cellules T éduquées vs CTRL - Cibles = cellules T2 pulsées avec peptides relevants / irrelevants - T « éduqués » + peptides mélanome Mesure de la production d’IFNg par ELISPOT : restimulation (1 nuit) des cellules T par DC + peptides relevants / irrelevants - T « éduqués » - peptides irrelevants - T CTRL - peptides mélanomes Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  35. Généralités sur les Cellules Dendritiques : Historique « Milestones » Origines/Phénotypes Rôles/Fonctions immunologiques Miscellanées Cellules Dendritiques et Thérapie humaine : Interactions CD/cytomegalovirus humain LES CELLULES DENDRITIQUES Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  36. PRESENTATION Key role of DCs in transplant rejection via the presentation of alloantigens or Tolerance (immature « Passenger Leukocytes ») MATURATION Act of Transplantation by itself induces maturation signals. Role of recurrent infections. ROLE OF DC IN TRANSPLANT REJECTION Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  37. ROLE OF DC IN TRANSPLANT REJECTION: Indirect and direct allorecognition. indirect direct From the following article: The complementary roles of deletion and regulation in transplantation tolerance Robert I. Lechler, Oliver A. Garden and Laurence A. Turka Nature Reviews Immunology 3, 147-158 (February 2003) Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  38. Généralités sur les Cellules Dendritiques : Historique « Milestones » Origines/Phénotypes Rôles/Fonctions immunologiques Miscellanées Cellules Dendritiques et Thérapie humaine : Interactions CD/cytomegalovirus humain LES CELLULES DENDRITIQUES Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  39. Introduction : le cytomégalovirus humain - Herpesvirus b (HHV-5). - Prévalence : 40 - 100% (réservoir 100% humain). - Primo-infection puis ré-activations/ré-infections. - Immuno-suppresseur (idem VIH et virus de la rougeole). Glycoprotéines d ’enveloppe (gB, gH, etc.) Enveloppe virale Tégument (pp65) Capside ADN (double brin) Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  40. Les voies d’entrées • Modes de transmission majeurs • Infection périnatale/petite enfance : muqueuse oropharyngée (lait maternel, salive). • Adultes : muqueuse génitale (sécrétions séminales). Représentation schématique de l’organisation cellulaire au niveau des muqueuses Fibroblastes LC : Cellules de Langerhans DDC : Cellules dendritiques dermales Coupe histologique d’une muqueuse oropharyngée Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  41. Is DC-SIGN able to bind CMVand to promote infection ? Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  42. Observation : Infection par le HIV (gp120) indépendante de CD4 sur certaines lignées cellulaires. 1992 : clonage d ’un ADNc codant pour une lectine capable de lier le mannose et la gp120 ( du CD4), à partir d ’une banque de placenta (Curtis et al., PNAS). 2000 :identification d ’une lectine de type C capable de fixer ICAM-3 ( de LFA-1 et /ou l ’aD-b2 integrin), exprimée sur les DC. L ’analyse de la séquence montre une homologie complète avec l ’ADNc cloné par Curtis et al. DC-SIGN (DC-Specific ICAM-3 Grabbing Nonintegrin). DC-SIGN (ou CD209) : • Lectine de type C : 45 kDa. • Dépendante des ions Ca2+ . • Ligands ou pathogènes reconnus actuellement : HIV (gp120), CMV (gB), HCV, Dengue Virus, Ebola, M. tuberculosis., Leishmania, H. pylorii, Schistosoma mansoni and ICAM-2/3. • Profils d ’expression : DC et macrophages (in vivo/in vitro). Geijtenbeek et al., Cell, 2000 DC-SIGN : histoire et principales caractéristiques Domaine de liaison aux carbohydrates (CRD) Répétitions de domaines Ig identiques Domaine cytoplasmique Motif YXXL Motif LL Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  43. 1. tethering 2. arrest LFA-1 inactif LT DC DC LFA-1 actif DC-SIGN ICAM-2 ICAM-1 HIV infection en trans gp120 infection en cis ICAM-1 LFA-1 actif CCR5 CD4 DC-SIGN DC-SIGN... As a pathogen binding receptor In trafficking and T cell priming endothelium Dendritic cell LFA-3 pCMH DC-SIGN CD2 TCR Naive T lymphocyte ACTIVATION Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  44. DC-SIGN-expressing cells bind CMV on their surface B A 100 DC-SIGN expression parental THP-1 80 DC-SIGN+ THP-1 MD-DC 60 anti-CMV gB (MFI) 2 parental THP-1 40 20 252 0 THP-1 DC-SIGN 0 50 200 12.5 3.125 low pH CMV concentrations (PFU/cell) 107 MD-DC DC-SIGN+ cell anti-DC-SIGN CMV particle Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  45. DC « trans-infection » principle DC-SIGN DC DC treatment anti-DC-SIGN or control medium EDTA mannan + AD169-GFP DC DC DC DC DC washes Cell contact with MRC5 Flux cytometry analyses DC-SIGN PE Master 2 Immunologie - 03/10/2007 GFP

  46. DCSIGN-dependent trans-infection of CMV permissive cells 30 25 20 % GFP+ MRC5 cells 15 MD-DC 10 5 0 - + CMV - - E G T A pre-treatment mannan anti DC-SIGN control mAb 70 DC-SIGN+ 60 50 parental 40 % GFP+ MRC5 cells THP-1 cells 30 20 10 0 - + CMV - - E G T A pre-treatment mannan anti DC-SIGN control mAb Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  47. DC-SIGN mediates CMV trans-infection but does not allow transmission of other herpesviruses A B cell-free viruses herpesvirus-pulsed DC-SIGN+ THP-1 120 40 100 30 80 IEA-EA+ cells (×103) IEA-EA+ cells (×103) 60 20 40 10 20 0 0 VZV VZV HSV-1 HSV-1 AD169 Towne AD169 TB40/E Towne TB40/E medium anti-DC-SIGN control mAb Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  48. DC-SIGN potentiates CMV trans-infection of MRC-5 cells A B THP-1 cells MD-DC 40 30 25 30 20 % GFP+ MRC5 cells % GFP+ MRC5 cells 15 20 10 10 5 0 0 0.1 0.01 0.001 0.1 0.01 0.001 MOI MOI cell-free virus cell-free virus parental THP-1 MD-DC DC-SIGN+ THP-1 +anti-DC-SIGN +anti-DC-SIGN +control mAb +control mAb Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  49. DC-SIGN allows CMV to retain long term infectivity 60 50 40 cell-free virus % GFP+ MRC5 cells 30 parental THP-1 20 DC-SIGN+ THP-1 10 +anti-DC-SIGN 0 0 2 4 6 8 Time after pulse (days) Master 2 Immunologie - 03/10/2007

  50. Requirement of DC-SIGN cytoplasmic domain for CMV transmission A B C membrane bound CMV DC-SIGN expression 50 100 140 37°C 40 120 80 4°C 100 anti-DC-SIGN (MFI) anti-CMV gB (MFI) 60 30 80 % GFP+ MRC5 cells 40 60 20 40 20 20 0 0 10 wt 20 35 wt 20 35 THP-1 THP-1 0 THP-1 DC-SIGN THP-1 DC-SIGN wt 20 35 THP-1 THP-1 DC-SIGN wt 20 35 YXXL YXXL LL Master 2 Immunologie - 03/10/2007

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