Study of T cell pathogenicity in central nervous system autoimmunity

La sclérose en plaque est une maladie démyélinisante complexe du système nerveux central (SNC) associant inflammation chronique, perte axonale et atrophie cérébrale. Les lymphocytes T CD4+ et CD8+, présents au sein des lésions démyélinisantes, participent à la démyélinisation et aux lésions axonales. J'ai développé un modèle murin transgénique original dans lequel : i) l'hémagglutinine (HA) du virus Influenza est sélectivement exprimée par les oligodendrocytes en tant qu'antigène du non-soi et ii) les lymphocytes T CD8+ expriment un TCR spécifique d'HA. J'ai directement démontré la capacité in vivo de ces lymphocytes T CD8+ à induire la mort des oligodendrocytes après une reconnaissance directe de l'antigène. J'ai analysé les caractères pathogéniques de la réponse T CD4+ ciblant l'épitope immunodominant de la Myelin Oligodendrocyte Protein (MOG35-55). Dans ce but nous avons utilisé des souris transgéniques C57BL/6 2D2 dont une large proportion des lymphocytes T CD4+ exprime un TCR spécifique de MOG35-55. De manière surprenante, nous avons découvert que les souris issues d'un croisement entre ces souris 2D2 et des souris n'exprimant pas MOG (MOG-/-) développaient une encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) spontanée, alors même que l'antigène cible MOG était absent. Nous avons donc émis l'hypothèse que les lymphocytes T CD4+ des souris 2D2 spécifiques pour l'antigène MOG35-55 reconnaissaient un second antigène du SNC. Nous avons pu mettre en évidence que le peptide MOG35-55 partageait une homologie de séquence avec un segment d'une protéine du cytosquelette exprimée dans les neurones et les axones, Neurofilament-medium (NF-M). Présentés par les molécules du CMH I-Ab, les épitopes issus de NF-M partagent notamment avec MOG35-55 des résidus de contact avec le TCR des lymphocytes T CD4+ 2D2. Etonnamment, le peptide NF-M15-35 induit une réponse hétérogène lorsqu'il est présenté aux lymphocytes des souris 2D2. Enfin, la reconnaissance de MOG et de NF-M par les lymphocytes T CD4+ des souris 2D2 contribue différemment au phénotype et à la sévérité de la maladie. Notre travail suggère qu'une réponse immunitaire clonale ciblant deux auto-antigènes présents dans le même tissu induit une majoration des lésions du SNC. Nous avons nommé cette observation de mimétisme entre deux peptides du soi " auto-immunité cumulative ".Multiple sclerosis (MS) is a complex demyelinating disease associated with chronic inflammation of the central nervous system (CNS), axonal loss, and brain atrophy. The CD4+ and CD8+ T cells that are present in the demyelinating lesions are considered to mediate demyelination and axonal damage. An autoimmune process likely contributes to CNS tissue damage in MS, although direct evidence for this is still lacking. A major focus of my work is to understand the mechanisms by which autoreactive T cells contribute to CNS tissue damage. Although CD8+ T cells mediate effector functions through production of cytokines or by direct cytotoxicity, the mechanisms by which they can cause CNS tissue damage are elusive. In order to assess whether CNS-infiltrating CD8+ T cells could directly induce oligodendrocyte death and demyelination, we developed an original mouse model combining selective expression of influenza hemagglutinin (HA) as a neo-self-Ag in oligodendrocytes with transgenic mice expressing a HA-specific TcR on CD8+ T cells. We demonstrate directly the potential of CD8+ T cells to induce oligodendrocyte death in-vivo, as a likely consequence of direct antigen-recognition. Untill recently, CD4+ T helper cells have been held responsible for MS immunopathogenesis, partly because certain MHC class II alleles clearly predispose for developing MS. We investigated the pathogenic traits of the CD4+ T cell response targeting the immunodominant epitope of myelin oligodendrocyte protein (MOG). To this end we obtained 2D2 TcR-transgenic C57BL/6 mice, which harbor a large population of MOG-specific CD4+ T cells and spontaneously develop optic neuritis and at a lower prevalence, EAE. Strikingly when we crossed these 2D2 mice with MOG-deficient mice (MOG-/-), we discovered that the 2D2 TcR-transgenic mice developed spontaneous EAE regardless of the presence or absence of the target self-antigen MOG. Therefore we hypothesized, that the 2D2 TcR specific for MOG35-55 recognizes a second CNS antigen. Furthermore, we were able to reveal, that MOG35-55 peptide shares sequence homology with a stretch of neurofilament-medium (NF-M), a cytoskeletal protein expressed in neurons and axons. In addition, this epitope derived from NF-M shares 2D2 TcR contact residues with MOG35-55 when presented in the context of I-Ab. Surprisingly, NF-M15-35 peptide showed heteroclitic response when presented to 2D2 T cells. To test the in-vivo relevance of this observation, we transfer in vitro differentiated Th1 cells from 2D2-Rag2-/- mice in C57BL/6, MOG-/-, and MOG-/- x NF-M-/- mice. We observed no clinical sign of disease in MOG-/- x NF-M-/- mice, while MOG-/- mice developed slowly progressive disease with delayed onset, as compared to C57BL/6 mice, which developed early classical EAE, suggesting that recognition of MOG and NF-M by the 2D2 CD4+ T cells contribute to disease phenotype and severity. We refer to this novel observation of self-mimicry, as 'Cumulative autoimmunity' where an autoimmune response targets two self-autoantigens in the same tissue, resulting in enhanced CNS tissue damage