Comprehensive analysis of immune dysregulation of peripheral blood mononuclear cells involved in SLE pathogenesis

Systemic lupus erythematosus (SLE) is a chronic inflammatory autoimmune disease. The disease etiology remains unclear. Alterations of the innate and the adaptive immune system contribute to a loss of tolerance, which promotes the production of autoantibodies leading to tissue damage. The symptoms presented by SLE patients are very heterogenous, making the diagnosis complicated. The treatment of SLE patients mainly relies on immunosuppressive drugs. The aim of this project was to better understand the pathophysiology of SLE with the perspective of identifying novel diagnostic and therapeutic approaches. To do this, we first performed single cell mass cytometry to study the cellular phenotype of peripheral blood mononuclear cells (PBMC), focusing on signaling lymphocytic activation molecule family (SLAMF) receptors, in SLE patients, healthy and autoimmune diseases (sarcoidosis, Sjögren’s syndrome and multiple sclerosis) controls. We identified that the frequency of SLAMF4+ monocytes and SLAMF4+ natural killer (NK) inversely correlated with SLE disease activity, whereas the frequency SLAMF1+ CD4+ terminally differentiated effector memory T (TDEM) cells directly correlated with disease activity. Accordingly, these cell subtypes could be measured to determine SLE disease activity. Furthermore, we found that SLAMF1+ B (SLEB1) cells, SLAMF1+SLAMF3+SLAMF5+SLAMF6+ switch memory B cells (SLESMB) and SLAMF1+SLAMF3+SLAMF5+SLAMF6+ circulating T follicular helper (SLEcTFH) cells were specifically increased in SLE compared to all controls. The combined measurement of SLEB1 cells or SLESMB cells with SLEcTFH cells allowed discriminated SLE patients from autoimmune controls in 90% of the cases. These results suggest that the measurement of these cell subsets in peripheral blood can be used to accurately diagnose SLE. Our data also highlight the importance of SLAMF receptors in the pathophysiology of SLE. In the second part of this project, we investigated the role of NK cells in SLE pathogenesis. We examined the extracellular phenotype of NK cells and observed that SLE NK cells express a higher level of CD38 and do not properly upregulate SLAMF7 upon activation compared to their healthy counterparts. We further investigated the role of these two receptors, engaging them with monoclonal antibodies, daratumumab and elotuzumab respectively. We demonstrated that both antibodies promote cytokine production and cytotoxicity of SLE NK cells. Finally, we evaluated how ligation of CD38 and SLAMF7 influences the interaction between NK cell and plasma cells, two cell populations that express high levels of these two receptors. Using a B-NK cell co-culture system, we showed that daratumumab promotes the specific killing of SLE circulating plasma cells. Therefore, targeting CD38 and SLAMF7 may represent potential therapeutic targets for SLE. In conclusion, in this PhD thesis project, we identified new possible approaches to diagnose and treat SLE. -- Le lupus érythémateux systémique (LES) est une maladie auto-immune inflammatoire chronique. L'étiologie de la maladie reste peu claire. Les altérations du système immunitaire inné et adaptatif contribuent à une perte de tolérance, qui favorise la production d'auto-anticorps conduisant à des lésions tissulaires. Les symptômes présentés par les patients atteints de LES sont hétérogènes, ce qui rend le diagnostic compliqué. Le traitement des patients LES repose principalement sur des médicaments immunosuppresseurs. L'objectif de ce projet est de mieux comprendre la physiopathologie du LES dans la perspective d'identifier de nouvelles approches diagnostiques et thérapeutiques. Pour ce faire, nous avons exploité la cytométrie de masse pour étudier le phénotype de surface des cellules mononucléaires du sang périphérique (PBMC), en nous concentrant sur les récepteurs de la famille des molécules d'activation lymphocytaire de signalisation (SLAMF), chez des patients LES, des contrôles sains et contrôles atteints de maladies auto-immunes. Nous avons identifié que la fréquence des monocytes SLAMF4+ et des cellules natural killer (NK) SLAMF4+ est inversement corrélée à l'activité de la maladie, tandis que la fréquence des cellules T CD4+ mémoires effectrices différenciées terminales SLAMF1+ est positivement corrélée à l'activité de la maladie. En conséquence, ces sous-types cellulaires pourraient servir pour déterminer l'activité de la maladie. En outre, nous avons constaté que les cellules B SLAMF1+ (SLEB1), les cellules B switch memory SLAMF1+SLAMF3+SLAMF5+SLAMF6+ (SLESMB) et les cellules circulantes T follicular helper SLAMF1+SLAMF3+SLAMF5+SLAMF6+ (SLEcTFH) sont spécifiquement augmentées dans le LES par rapport aux contrôles. La mesure combinée des cellules SLEB1/SLESMB avec les cellules SLEcTFH permet de discriminer les patients LES par rapport aux contrôles auto-immuns dans 90% des cas. Ces résultats indiquent que la mesure de ces sous-types cellulaires dans le sang périphérique peut être utilisé pour diagnostiquer le LES et suggèrent une implication des récepteurs SLAMF dans la physiopathologie du LES. Dans la deuxième partie de ce projet, nous avons étudié le rôle des cellules NK dans la pathogenèse du LES. Nous avons examiné le phénotype extracellulaire des cellules NK du LES et observé qu’elles expriment CD38 de manière accrue de CD38 et que SLAMF7 n’est pas régulé adéquatement lors de leur activation. Nous avons étudié le rôle de ces deux récepteurs, en les engageant avec des anticorps monoclonaux, daratumumab et elotuzumab respectivement. La liaison de ces anticorps favorise la production de cytokines et la cytotoxicité des cellules NK du LES. Enfin, nous avons examiné comment la liaison de CD38 et SLAMF7 influence l’interaction entre les cellules NK et les plasmocytes, en utilisant un système de co-culture cellulaire B-NK. Nous avons montré que le daratumumab favorise la destruction spécifique des plasmocytes circulants du LES. Par conséquent, SLAMF7 et CD38 peuvent représenter des cibles thérapeutiques potentielles pour le LES. En conclusion, ce projet de thèse de doctorat a permis d'identifier de nouvelles approches possibles pour diagnostiquer et traiter le LES