B cell:Glial cell interactions and contribution to CNS- compartmentalized inflammation in multiple sclerosis

Growing evidence suggests that B cells play important roles during disease relapses and possibly also during the progressive stages of multiple sclerosis (MS). A number of studies have implicated antibody-independent roles of B cells in the periphery of patients, including presence of abnormally higher proportions of pro-inflammatory B cells (Beff) compared to anti-inflammatory B cells (Breg), which is thought to induce pro-inflammatory T cell responses. In the inflamed central nervous system (CNS) of MS patients, B cells are abnormally fostered and found in different compartments, including the meningeal immune-cell collections closely linked with subpial cortical injury and progressive disease. However, there remain major gaps in our knowledge of B cell persistence and their potential contributions to CNS-compartmentalized inflammation. The aim of my doctoral thesis is to shed light on cellular mechanisms involving B cell:glial cell cross-talk and how these interactions may propagate local inflammation and injury as well as contribute to progressive disease in MS. In the first part of my thesis (Chapter 2), I demonstrate that human astrocytes support the survival of B cells through soluble factors. These soluble factors derived from pre-stimulated astrocytes not only supported B cell survival but also their activation (increased co-stimulatory molecule expression), which further induced T cell proliferation. I further demonstrate that astrocyte-secreted factors supported survival and activation of MS-relevant B cell subsets derived from relapsing remitting MS (RRMS) and secondary progressive MS (SPMS) patients. In chapter 3, I investigated the bi-directional interaction between B cells and myeloid cells (microglia and macrophages) to determine how these interactions may impact the propagation of CNS-compartmentalized inflammation. First, I show that soluble factors derived from M1-activated microglia supported B cell activation, whereas M2c microglia induced B apoptotic death of MS-relevant B cell subsets. I further demonstrate that soluble factors derived from pro-inflammatory (Beff) B cells (abnormally implicated in the periphery of MS) substantially increased the secretion of the pro-inflammatory cytokines (IL-12, IL-6 & TNF) and diminished IL-10 production by microglia and macrophage. Interestingly, this secretion of pro-inflammatory cytokines by macrophages was dependent on B cell-derived GM-CSF. Lastly, I demonstrate that supernatants derived from distinct B cell subsets (Beff & Breg) were capable of modulating microglia and macrophage phenotype (expression of CD80 & TREM-2), while reciprocally modulating myeloid phagocytosis of myelin.My overall doctoral investigations enhances our understanding of cellular mechanisms that may be associated with progressive disease. My findings indicate that B cells and glial cells have the capacity to interact and that they may contribute to cascades of pro-inflammatory events. In related work to which I have contributed, we demonstrated a selective cytotoxic effect to oligodendrocytes and neurons in response to soluble factors of B cells derived from MS patients but B cells from matching controls. If these interactions occur in vivo they may propagate CNS-compartmentalized inflammation and subpial injury. Taken together, these findings constitute a conceptual advance pointing to novel cellular mechanisms that may contribute to subpial cortical pathology and progressive MS. Future work will aim to elucidate the molecular mechanisms underlying these B cell:glial cell interactions. I am hopeful that my results will eventually help the development of more targeted therapies that can limit or modulate these interaction in a way that is beneficial for progressive MS – a major unmet clinical need.Les études réalisées dans le domaine de la sclérose en plaques (SEP) ont montré le rôle clé des cellules B au cours des poussées, et probablement lors de la phase progressive de la maladie. Plusieurs travaux montrent le rôle des cellules B, dans la pathophysiologie de la maladie indépendamment de la production d'anticorps. Les patients atteints de SEP présenteraient une proportion plus élevée de cellules B pro-inflammatoires (Beff), en comparaison aux cellules B anti-inflammatoires (Breg). De plus, les cellules Beff sont à même d'induire des réponses T pro-inflammatoires. Dans le système nerveux central (SNC) inflammé, les cellules B persistent anormalement au sein du compartiments des agrégats de cellules immunitaires associées aux méninges. Ces derniers sont étroitement liées aux lésions superficielles du cortex, et à la progression de la maladie. Toutefois, nos connaissances restent limitées quant à la persistance des cellules B et leur potentielle contribution à une inflammation compartimentalisée dans le SNC. Le but de ma thèse est d'apporter quelques éclairages sur les mécanismes cellulaires mis en jeu lors des interactions bidirectionnelles entre les cellules B et gliales, et comment ce type d'interactions propagerait l'inflammation locale, induirait la dégénérescence cérébrale et la progression.Dans la première partie de ma thèse (Chapitre 2), j'ai pu démontré que les astrocytes humains permettraient la survie des cellules B via des produits solubles. Les produits solubles dérivés d'astrocytes pré-stimulés ont amélioré la survie des B, et augmenté l'activation des cellules B (expression de molécules de co-stimulation). Ces derniers, ont permis d'induire une meilleure réponse proliférative des cellules T. Dans le même sens, j'ai pu démontrer que ces facteurs solubles augmentaient la survie et l'activation de sous-populations de cellules B caractéristiques de la SEP, de patients exprimant la forme récurrente rémittente et progressive secondaire. Dans le troisième volet de cette thèse, j'ai investigué l'interaction bidirectionnelle entre les cellules B et les microglies/macrophages, et comment ces interactions impacteraient la propagation de l'inflammation compartimentalisée. D'abord, j'ai démontré que les produits solubles des microglies-M1 augmentent l'activation des cellules B, alors que les microglies-M2c induisent la mort cellulaire des différentes sous-populations de B. Par ailleurs, j'ai démontré que les facteurs solubles dérivés des Beff (élevées dans la périphérie de la SEP) ont augmentée de manière considérable la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires (IL-12, IL-6 &TNF) par les microglies et les macrophages, de manière dépendante du GM-CSF produit par les Beff. Ces mêmes facteurs solubles ont induit la diminution de la production d'IL-10 par les cellules myéloïdes. Finalement, j'ai démontré que les surnageants de cellules (Beff & Breg) ont le pouvoir de moduler le phénotype (CD80 & TREM-2) des cellules myéloïdes, et de moduler de manière réciproque la phagocytose de la myéline.Globalement, mes travaux ont permis l'élucidation de mécanismes cellulaires qui pourraient être associés à la SEP progressive. Mes résultats indiquent que les interactions entre cellules B et gliales pourraient contribuer à la cascade d'évènements pro-inflammatoires. J'ai ainsi démontré que les facteurs solubles de cellules B dérivées de SEP induisaient la cytotoxicité des oligodendrocytes et des neurones. Si ces interactions sont initiées in vivo, elles pourraient contribuer à la propagation d'inflammation compartimentalisée dans le SNC, et à la dégénérescence qui mènent aux lésions superficielles corticales. Mes résultats ont contribués a des avancées conceptuelles indiquant l'engagement d'un nouveau mécanisme cellulaire contribuant la progression de la maladie. D'autres travaux axés sur les mécanismes moléculaires apparaissent nécessaires pour générer des thérapies ciblées pour la prise en charge des formes progressive