Régulation de la réaction asthmatique par des agents microbiens : quelle place pour les cellules natural killer ?

Asthma is a chronic inflammatory disease of the airways affecting 334 million of people worldwide. Among asthma patients, 5% suffers from severe asthma. Severe asthma represents a major unmet need because, despite heavy treatments, patients still suffer from uncontrolled asthma symptoms, frequent exacerbations and a dramatic decrease in their respiratory capacity. The role of microorganisms in asthma is complex. On one hand, a group of epidemiologic and experimental studies have shown that chronic exposure with bacteria or microbial compounds, particularly during early childhood, would provide protection against allergic asthma. On the other hand, respiratory viruses are responsible for 80% of exacerbations and are associated with an increasing risk of developing asthma in children, whether allergic or not. Natural Killer cells (NK) are lymphocytes involved in innate antiviral immunity. They have cytotoxic functions by lysing different types of cells but also regulatory functions by producing cytokines and activating other immune cells. Their role in asthma and its exacerbations has yet to be identified, although phenotypic changes have been observed in asthmatic patients and it has recently been shown in a mouse model that they are not involved in the development of allergic asthma. The objective of the thesis was to better understand the role of NK cells in asthmatic pathology by focusing on two aspects : virus-induced exacerbation and inhibition by microbial compounds.The hypothesis for the first part was that NK cells from asthma patients may present a dysfunction in their response to microbial agents that could promote the exacerbation of the asthmatic reaction. To do this, we analysed NK cell activation, cytotoxicity and production of cytokines from severe asthmatic patients stimulated with molecules mimicking microbes or a human rhinovirus (HRV), compared to healthy donors. We showed that NK cells from severe asthma patients were less cytotoxic than NK cells from healthy donors in response to stimulation with a Toll-like Receptor 3 or TLR7/8 agonist and HRV. Moreover, when stimulated with IL-12 and IL-15, cytokines produced during viral infections, NK cells from severe asthma patient express less IFN-γ than NK cells from healthy donors. Our results suggest that the activation of NK cells in asthma patients may be insufficient during respiratory infections and may contribute to the worsening of asthma.The hypothesis for the second part was that NK cells may participate to the inhibition of a mouse model of allergic asthma. In C57BL/6 mice sensitized with ovalbumin, instillation of FSL1, agonist of TLR2/6, inhibits the features of experimental asthma. Since this inhibition is associated with changes in the population of NK cells, we analysed their role using mice deficient in NK cells. In the absence of NK cells, mice develop allergic asthma, and inhibition by FSL1 is maintained. Therefore, NK cells do not play a role in the development of experimental allergic asthma or in its inhibition induced by a microbial agent. However, they may be modified by the allergic environment, and thus have a role in viro-induced exacerbations. This crucial question is in line with the work done in the first part of the thesis.In conclusion, our results suggest that the functions of NK cells may be modified in asthmatic pathology, whether allergic or not. Our hypothesis is that the defect in NK cell activation may participate to virus-induced asthma exacerbations. Perspectives of this work are to further characterize NK cells in severe asthma patients and to evaluate the role of NK cells in a mouse model of asthma exacerbation.Cytotoxiques en lysant différents types de cellules et régulent la réponse immunitaire. Leur rôle dans l’asthme et ses exacerbations reste encore à identifier même si des modifications phénotypiques ont été observées chez des patients asthmatiques et qu’il a été récemment montré dans un modèle murin qu’elles n’intervenaient pas dans le développement de l’asthme allergique. L’objectif de la thèse était de mieux comprendre la place des cellules NK dans la pathologie asthmatique en se focalisant sur deux aspects : l’exacerbation viro-induite et l’inhibition par des composants microbiens.L’hypothèse pour la 1ère partie de la thèse était que les cellules NK de patients asthmatiques pouvaient présenter une dysfonction dans leur réponse à des agents microbiens qui pourrait favoriser l’exacerbation de la réaction asthmatique. Pour cela, nous avons analysé l’activation, la cytotoxicité et la production de cytokines de cellules NK provenant de patients asthmatiques sévères stimulées avec des molécules mimant des microorganismes ou un rhinovirus vivant (HRV), en comparaison avec des donneurs sains. Nous avons montré que les cellules NK de patients sévères étaient moins cytotoxiques que les cellules NK de donneurs sains en réponse à la stimulation avec un agoniste de Toll-Like Receptor 3 ou du TLR7/8 et avec HRV. En outre, lorsqu’elles sont stimulées avec de l’IL-12 et de l’IL-15, des cytokines produites pendant l’infection virale, les cellules NK de patients asthmatiques sévères expriment moins d’IFN-γ que les cellules NK de donneurs sains. Nos résultats suggèrent que l’activation des cellules NK de patients asthmatiques pourrait être insuffisante pendant les infections respiratoires et pourraient participer à l’aggravation de l’asthme.L’hypothèse pour la 2ème partie de la thèse était que les cellules NK pourraient participer à l’inhibition de la réaction asthmatique allergique dans un modèle murin. Dans des souris C57BL/6 sensibilisées à l’ovalbumine, l’instillation de FSL1, un agoniste de TLR2/6 inhibe la réaction asthmatique allergique. Cette inhibition étant associée à des modifications de la population des cellules NK, nous avons analysé leur rôle grâce à des souris déficientes en cellules NK. En l’absence de cellules NK, les souris développent un asthme allergique, et l’inhibition par FSL1 est maintenue. Par conséquent, les cellules NK ne jouent pas de rôle dans le développement de l’asthme allergique expérimental, ni dans son inhibition induite par un agent microbien. Cependant, elles pourraient être modifiées par l’environnement allergique, et avoir ainsi un rôle dans les exacerbation viro-induites. Cette question cruciale rejoint le travail réalisé dans la première partie de la thèse.En conclusion, nos résultats suggèrent que les fonctions des cellules NK seraient modifiées dans la pathologie asthmatique, qu’elle soit allergique ou non. Notre hypothèse est que le défaut d’activation des cellules NK participerait aux exacerbations viro-induites de l’asthme. Les perspectives de ces travaux sont de poursuivre la caractérisation des cellules NK chez les patients asthmatiques sévères et d’évaluer le rôle des cellules NK dans un modèle murin d’exacerbation de la réaction asthmatique.L’hypothèse pour la première partie de la thèse était que les cellules NK de patients asthmatiques pouvaient présenter une dysfonction dans leur réponse à des agents microbiens qui pourrait favoriser l’exacerbation de la réaction asthmatique. Pour cela, nous avons analysé l’activation, la cytotoxicité et la production de cytokines de cellules NK provenant de patients asthmatiques sévères stimulées avec des molécules mimant des microorganismes ou un rhinovirus vivant (HRV), en comparaison avec des donneurs sains. Nous avons montré que les cellules NK de patients sévères étaient moins cytotoxiques que les cellules NK de donneurs sains en réponse à la stimulation avec un agoniste de Toll-Like Receptor 3 ou du TLR7/8 et avec HRV [...