Implications du polymorphisme génétique des récepteurs KIR dans la susceptibilité/ résistance aux infections

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Implications des cellules NK sur l’évolution de l’infection et/ou de la maladie

Certaines infections sont éliminées par la réponse innée mais des foyers viraux résiduels à faible titre viral peuvent persister et occasionner des réactivations. Certains virus peuvent également causer des infections persistantes à long terme, associées à un niveau élevé de virus dû à une mauvaise réponse immunologique.
Ainsi, la balance entre la réponse immune fonctionnelle et le titre viral est cruciale dans la détermination de la persistance virale. Les cellules NK peuvent ainsi directement contrôler les infections par certains virus en fonction de leur activation, notamment par la surexpression de protéines induites à la surface des cellules infectées mais peuvent également jouer un rôle direct sur l’évolution de la maladie.

Influence des cellules NK sur l’infection

Il a été montré que la contribution des cellules NK à l’élimination des virus de la famille des Herpesviridae était indispensable. L’infection par le cytomégalovirus humain (HCMV) illustre le mieux le rôle crucial des cellules NK dans le contrôle de ces infections. De nombreux travaux ont montré que les cellules NK contrôlaient le HMCV en stimulant la production d’IFN-β par les cellules infectées, inhibant ainsi la propagation du virus (Iversen AC et al. 2005). Les cellules NK utilisent également leurs mécanismes cytolytiques pour lyser les fibroblastes infectés et produisent de l’IFN-γ (Borysiewicz LK et al. 1985).
Si le rôle indispensable des cellules NK est clair dans les infections à herpesvirus, la manière dont les cellules NK influent sur l’évolution d’autres infections virales n’est pas toujours aussi évidente. Par exemple, dans l’infection par le virus de l’Hépatite C (VHC), il a été mis en évidence que les cellules NK, activées par l’IL-2 ou l’IFN-α, étaient en mesure de lyser les hépatocytes infectés avec un réplicon du VHC. Cette lyse est dépendante des perforines/granzymes ainsi que du récepteur CD81 (Larkin J et al. 2006). Une autre étude a montré que les cellules NK activées par l’IL-2 étaient capables d’inhiber la réplication du VHC dans les hépatocytes infectés. Le mécanisme semble dépendre de la production d’IFN-γ par les cellules NK et l’induction d’IFN-α/β par les hépatocytes (Wang SH et al. 2008). En parallèle, de nombreux mécanismes mis en place par le virus et venant inhiber les fonctions NK ont également été mis en évidence. Entre autre, la protéine E2 du VHC inhibe la sécrétion de cytokines, la cytotoxicité et la dégranulation des cellules NK (Crotta S et al. 2002; Tseng CT et al. 2002).
A l’inverse, le virus peut échapper à la lyse par les cellules NK en inhibant la fonction des ces cellules. Ainsi, une absence d’activation totale des cellules NK est reportée dans certaines infections, induisant des conséquences dramatiques sur l’issue de l’infection. C’est le cas par exemple, de l’infection par le virus Ebola (EBOV). Des travaux ont montré que le nombre de cellules NK diminuait chez les patients infectés par EBOV. De plus il a été observé que EBOV n’entrainait pas d’activation ni de prolifération des cellules NK chez la souris (Warfield KL et al. 2002). Elles demeurent incapables de produire des cytokines ou de lyser les cellules infectées et donc de contrôler l’infection par EBOV. Il est à noter que cette infection est associée à une absence de production d’IFN-I ce qui pourrait expliquer l’absence d’activation des cellules NK (Chang TH et al. 2009).

Influence des cellules NK sur la maladie

Il a été établi que les NK pouvaient apporter une protection précoce contre la propagation du virus de l’immunodéficience humaine de type-1 (VIH-1). Cependant, il semble que les cellules NK aient aussi un rôle immunopathogène au cours de la phase chronique de l’infection. En effet, les cellules NK participeraient également à la déplétion en cellules T-CD4 et ainsi à l’augmentation de la charge virale. Les cellules T-CD4 non infectées expriment le ligand NKp44L à leur surface, induit par un motif spécifique de la protéine d’enveloppe gp41 du VIH-1, les rendant alors sensibles à la lyse médiée par les cellules NK activées qui expriment le récepteur NKp44. Par contre, le VIH-1 induit par le biais de la protéine virale Nef, l’internalisation de ce ligand dans les cellules T-CD4 infectées les protégeant ainsi de la lyse NK (Vieillard V et al. 2005; Fausther-Bovendo H et al. 2009).
Ainsi, les cellules NK jouent un rôle primordial dans le contrôle de certaines infections virales mais peuvent aussi contribuer à l’induction de réponses immunes défectueuses. L’issue de cette réponse dépendra d’abord du type d’activation mais aussi de l’efficacité des fonctions effectrices et des mécanismes de régulation impliqués. Le type de virus jouera nécessairement un rôle important, notamment à travers les mécanismes mis en place pour échapper au contrôle par les cellules NK (voir paragraphe 2.5 pour les mécanismes d’échappement viraux).

Déplétion et immunodéficience: implication directe des cellules NK

Le rôle déterminant des cellules NK dans le contrôle de certaines infections virales in vivo a été définitivement établi dans des modèles physiopathologiques murins. Des modèles de souris qui reproduisent certaines immunodéficiences NK humaines ont été mis en place (Fisher A et al.). La déplétion in vivo des cellules NK par injection d’anticorps dirigés contre des marqueurs préférentiellement exprimés sur ces lymphocytes entraine une augmentation significative de la réplication de certains virus, voire la mort des animaux (Biron CA et al. 1999). Réciproquement, le transfert de cellules NK isolées de souris résistantes à l’infection permet de protéger des souris sensibles (Bukowski JF et al. 1985).
Une sensibilité accrue à l’infection par différents virus a également été détectée chez des patients atteints d’immunodéficience affectant les cellules NK. Le cas le plus emblématique reste celui, décrit en 1990, d’une adolescente atteinte d’infections sévères et récidivantes par plusieurs virus de la famille Herpesviridae (Biron CA et al. 1989). Cette jeune fille était totalement dépourvue de cellules CD3-CD56+ou CD16+ mais présentait un compartiment lymphocytaire T et B normal. Une autre patiente, affectée par des carcinomes récidivants du col de l’utérus suite à l’infection par le papillomavirus humain, s’est également avérée déficitaire en cellules NK (Ballas ZK et al. 1990). Ces deux cas font partie des quelques exemples connus de déficit sélectif en cellules NK et viennent confirmer le rôle crucial de ces cellules dans le contrôle des infections virales.
Ainsi, les cellules NK jouent un rôle primordial dans le contrôle des infections virales. Afin de mieux comprendre le fonctionnement d’une cellule NK nous allons développer, dans la partie suivante, les caractéristiques majeures de cette population cellulaire.

Morphologie et phénotype des cellules NK

Chez l’homme, les cellules NK représentent en moyenne 5 à 20% des cellules nucléées du sang périphérique. On les retrouve également au sein des organes lymphoïdes (rate, amygdales, ganglions périphériques) et dans certains tissus (dont le foie, poumon, placenta). Elles possèdent un cytoplasme bien développé contenant des granules cytotoxiques. Les cellules NK sont phénotypiquement caractérisées par l’expression du marqueur de surface CD56 et l’absence du CD3 (Robertson MJ et al. 1990) (Figure 1A). Deux sous-populations majeures de cellules NK sont communément définies selon la densité d’expression des marqueurs de surface CD56 et CD16 (Cooper MA et al. 2001). Elles présentent des distributions et des fonctions différentes:
Les cellules NK CD56dim CD16+ représentent environ 90% des NK dans le sang, la rate et le foie, mais 10% des NK dans les ganglions lymphatiques et les amygdales. Elles possèdent de nombreux granules lytiques les rendant fortement cytotoxiques mais un faible pouvoir prolifératif et produisent peu de cytokines en réponse à une stimulation par des monokines (Cooper MA et al.). Les cellules NK CD56bright CD16dim/-, à l’inverse, représentent environ 10% des NK dans le sang mais 90% des NK dans les ganglions lymphatiques et les amygdales. Elles ont un fort potentiel prolifératif, sont moins cytotoxiques que les NK CD56dim CD16+ mais produisent de grandes quantités de cytokines et chimiokines après activation (Cooper MA et al. 2001).
Il est à noter que des travaux récents sur la différenciation des cellules NK ont montré que les cellules CD56bright sont les précurseurs des CD56dim, mais les mécanismes impliqués dans cette transition restent à éclaircir (Yu et al. 2010; Beziat V et al. 2010).
L’expression CD56bright ou CD56dim corrèle également avec le nombre de récepteurs de surface exprimés, conférant à chaque sous-population leurs propriétés fonctionnelles spécifiques. (Figure 1B).

Les fonctions effectrices des cellules NK

La cytotoxicité

Les cellules NK sont capables de fonctions effectrices directes antivirales et antitumorales. Elles peuvent reconnaître et éliminer, sans immunisation préalable, des cellules tumorales ou des cellules infectées par différents agents pathogènes. Cette fonction est nommée « cytotoxicité naturelle ». Deux mécanismes principaux sont impliqués: (i) l’exocytose de granules cytotoxiques perforine/granzymes (granule-associated enzymes) et (ii) la synthèse de ligands se fixant aux « récepteurs de mort » présents sur la cellule cible. Enfin, les cellules NK peuvent également détruire les cellules cibles par (iii) une activité cytolytique dépendante des anticorps (ADCC).

la voie perforine/granzymes

L’exocytose de granules cytotoxiques est un mécanisme commun aux cellules NK et aux LTCs. A la différence des LTCs qui synthétisent les granules seulement après rencontre avec l’antigène spécifique, les cellules NK forment les granules au cours de leur développement, leur permettant ainsi de répondre très rapidement face à une cellule tumorale ou infectée (Colucci F et al. 2003). Les granulations azurophiles, qui sont des lysosomes renfermant des estérases (Granzymes) et une protéine la perforine, sont capables de lyser la membrane cellulaire.
La perforine est une protéine monomérique formant des pores, à l’instar de la protéine C9 du complément avec laquelle elle partage des propriétés structurales et fonctionnelles. Ce sont des travaux réalisés chez des souris déficitaires (KO) qui ont permis de mettre en évidence le rôle crucial de la perforine dans la cytotoxicité. Les souris KO pour la perforine présentent une sensibilité accrue aux tumeurs mais également à différents agents pathogènes (Kagi D et al. 1994). En se fixant à la membrane de la cellule cible et en formant des canaux transmembranaires, la perforine permet le passage des granzymes vers le cytoplasme des cellules cibles, déclenchant ensuite le mécanisme d’apoptose (Cullen SP et al. 2008).
Les granzymes forment un groupe de sérine-protéases composé de 5 membres (granzyme A, B, H, K, M) qui sont aussi libérés lors de l’exocytose des granules (Anthony DA et al. 2010). De nombreux travaux réalisés in vitro se sont surtout focalisés sur l’étude des granzymes A et B. Ces travaux ont montré que l’activité des granzymes semblait être dépendante de la perforine, qui en formant des pores leur permet d’accéder au cytoplasme (Cullen SP et al. 2008). Il est intéressant de noter que la Granzyme K est plutôt associée à un état immature de la cellule NK (CD56bright) alors que les Granzymes A et B sont associées aux CD56dim (Beziat V et al. 2011).
Ainsi, la perforine et les granzymes semblent agir en synergie, les granzymes entrant dans la cellule cible par des pores formés par la perforine.

La voie engageant les « récepteurs de mort »

Les cellules NK expriment des ligands qui se lient à des « récepteurs de mort » présents à la surface des cellules cibles. L’engagement de ces récepteurs induit l’apoptose par activation de voies dépendantes des caspases (Thorburn A et al. 2004). Ces ligands appartiennent à la superfamille du TNF-α (Tumor Necrosis Factor) et sont des protéines membranaires de type II (Baker SJ et al. 1998).
Le système Fas. Le ligand Fas (FasL) se lie au récepteur Fas présent à la surface des cellules cibles, induisant ainsi le recrutement de protéines impliquées dans la transduction du signal apoptotique (Chavez-Galan L et al. 2009). Cette interaction joue un rôle majeur dans la cytotoxicité des NK mais également des LTCs.
Le système TRAIL (Apo-2L). Le ligand TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) peut interagir avec cinq récepteurs (TRAIL-R1, -R2, -R3, -R4, -R5). La voie impliquée dans l’induction de l’apoptose est similaire à celle de Fas. L’expression de TRAIL est dépendante du statut d’activation de la cellule. TRAIL est notamment induit par une activation avec de l’IL-15 (Lum J et al. 2004) Le système TNF-R. Le TNF-α peut se lier aux récepteurs TNF-RI et TNF-RII. TNF-RI est directement impliqué dans l’induction de l’apoptose alors que TNF-RII joue un rôle dans la régulation de l’apoptose via TNF-RI et dans l’activation des voies NF-қB et AP- 1. De par leur affinité différente, TNF-RI est activé plus fortement par la forme soluble du TNF-α, tandis que TNF-RII est stimulé majoritairement par la forme membranaire du TNF-α à travers un contact direct de cellule à cellule (Declercq W et al. 1998).
Actuellement, le rôle et l’importance relative de chacun de ces systèmes dans la lyse directe médiée par les cellules NK n’est pas clairement établi bien que la voie perforine/granzyme semble être prédominante.

L’ADCC

Les cellules NK expriment le récepteur de faible affinité FcγRIII (CD16), qui reconnaît préférentiellement les sous-classes d’immunoglobulines (Ig) IgG1 et IgG3 tandis que IgG2 et IgG4 sont faiblement reconnues, induisant l’attaque cytotoxique des cellules cibles recouvertes d’anticorps (Kipps TJ et al. 1985). Ce mécanisme est appelé cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps (ADCC, Antibody Dependent cell-mediated cytotoxicity). Les cellules NK CD56bright expriment peu ou pas de CD16 et sont donc bien moins efficaces pour l’ADCC que les CD56dim (Nagler A et al. 1989). D’autres populations cellulaires portent le récepteur FcγR et sont capables d’ADCC (Perussia B et al. 1984; Rumpold H et al. 1982). Le rôle biologique de l’ADCC a été mis en évidence dans le rejet de greffe, les maladies auto-immunes, la défense antitumorale, antiparasitaire et antivirale. Par exemple, le Rituximab, un anti-CD20, est couramment utilisé en clinique dans le traitement des lymphoproliférations B (Binyamin L et al. 2008 ; Benichou G et al. 2011).

La production de cytokines

La production de cytokines et chimiokines par les cellules NK permet de réguler les réponses immunes, la migration et la survie des cellules. En ce sens, les cellules NK ne sont pas simplement des cellules tueuses de l’immunité innée mais également des cellules permettant la régulation des réponses inflammatoires et la mise en place des réponses immunes adaptatives (Fauci AS et al. 2005)
• Les cytokines: Une fois activées, les cellules NK produisent majoritairement de l’IFN-γ mais aussi du TNF-α, TGF-β (Transforming growth factor), GM-CSF (Granulocyte Macrophage Colony Stimulating Factor), IL-3, -5, -8, -10 et -13 (Cooper MA et al. 2001). Les types et les quantités de cytokines produites dépendent des conditions de stimulation, des cytokines présentes dans l’environnement et de l’état d’activation des cellules NK. La production d’IFN-γ se fait majoritairement après stimulation par de l’IL-12 et IL-18. Son action oriente la réponse immunitaire vers une réponse de type Th1, active les cellules présentatrices de l’antigène (CPA) et augmente l’expression des molécules de CMH de classe I (Wallach D et al. 1982). De plus, l’IFN-γ active les macrophages afin d’éliminer les pathogènes intracellulaires et a des effets anti-prolifératifs sur les cellules infectées, malignes ou transformées (Filipe-Santos O et al. 2006; Maher S et al. 2007). L’association de l’IL-12 et l’IL-15 favorise une production importante d’IL-10 tandis que l’IL-15 associée à l’IL-18 induit la production de GM-CSF, TGF-β et de l’IL-13 (Cooper MA et al. 2001). Le GM-CSF est important pour la maturation des cellules dendritiques et des macrophages ainsi que pour la prolifération des polynucléaires (Tarr PE et al. 1996). Le TGF-β et l’IL-10 sont deux cytokines produites tardivement, qui jouent un rôle important dans l’immunomodulation de la réponse inflammatoire (Horwitz DA et al. 1999 ; Mehrotra PT et al. 1998). Contrairement à l’IL-2, l’IL-12 et l’IL-15 qui apportent des signaux positifs aux cellules NK, l’IL-4 et l’IL-13 inhibent l’expression et la fonction des cellules NK (Cooper MA et al. 2001). La présence de cibles peut également déclencher la production de cytokines.
• Les chimiokines: La fonction principale des chimiokines est d’attirer les autres populations cellulaires sur le site de l’inflammation. Quatre sous-familles de chimiokines ont été définies selon des considérations structurales et génétiques: les CXC-, CC-, C- et CX3C-chimiokines. Parmi les chimiokines produites par les NK se trouvent CCL2/MCP-1, CCL3/Mip-1α, CCL4/MIP-1β, CCL5/RANTES, CCL8/MCP-2, CCL22/MDC, CXCL8/IL-8 et CXCL10/IP-10 (Maghazachi AA et al. 2002). Leur production est rapide et précède celle des cytokines (Lum J et al. 2004). Elle est déclenchée par l’IL-12/IL-18, IL-12/IL-15 ou par les cellules cibles.

Les récepteurs NK et leur mode d’activation: intégration de signaux négatifs et positifs

On distingue classiquement deux familles de récepteurs NK : les récepteurs inhibiteurs et les récepteurs activateurs (cf Annexe Tableau des récepteurs des cellules NK). Cette dualité doit plutôt être perçue sous forme de complémentarité dans le sens où les réponses NK sont contrôlées par une balance entre les signaux inhibiteurs et activateurs transmis par les différentes familles de récepteurs (Vivier E et al. 2011).

Les récepteurs inhibiteurs

La cytotoxicité naturelle des cellules NK a été étudiée initialement vis-à-vis de lignées tumorales. Des travaux précurseurs ont démontré que la cytotoxicité naturelle était liée à l’expression du CMH de classe I par les cellules tumorales introduisant la théorie du « soi manquant » (missing self) (Ljunggren HG et al. 1990). Les cellules NK lysent les cellules tumorales qui n’expriment pas le CMH de classe I alors que les mêmes lignées qui l’expriment ne sont pas lysées. Dans les années 1990, la découverte de récepteurs inhibiteurs reconnaissant les molécules du CMH de classe I, a permis d’expliquer la théorie du « soi manquant ». Les récepteurs inhibiteurs appartiennent à deux grandes familles moléculaires de glycoprotéines membranaires : la superfamille des immunoglobulines qui comprend les KIR-L (killer cell immunoglubulin-like receptors-Long), et les LIR/ILT (Leucocyte Immunoglobulin-like Receptor/Immunoglobulin-like Transcript) et la superfamille des lectines de type C qui comprend les complexes CD94/NKG2A et CD94/NKG2B.
• La superfamille des immunoglobulines (Ig):
Les KIRs (killer cell immunoglubulin-like receptors).
Chez l’homme, les gènes KIRs codent pour des glycoprotéines qui se lient aux molécules du CMH de classe I (Wagtmann N et al. 1995). Jusqu’à présent, 15 gènes KIRs et 2 pseudogènes ont été décrits. Ils sont regroupés sous le « cluster de différenciation » 158 (CD158), sur le chromosome 19 en position 19q13.4, dans le « leucocyte Receptor Cluster » (LCR) (Kulkarni S et al. 2008). Les récepteurs KIRs sont essentiellement exprimés sur les NK CD56dim et faiblement sur les CD56bright mais aussi sur des sous-populations de lymphocytes T-γδ et T-CD8 (Battistini L et al. 1997 ; Anfossi N et al. 2004). Les gènes KIRs sont répartis dans deux haplotypes A et B. L’haplotype A est invariant et contient essentiellement des gènes KIRs inhibiteurs alors que l’haplotype B est variable et contient de nombreux gènes KIRs activateurs (Martin AM et al. 2004). Une nomenclature internationale regroupe ces gènes en fonction du nombre de domaine Ig extracellulaire et de la longueur du domaine intra-cytoplasmique. Ainsi, KIR2D et KIR3D ont respectivement 2 et 3 domaines Ig et KIRxDL ou KIRxDS désignent les KIRs qui ont respectivement un Long (L=Long) ou un court (S=Short) domaine intra-cytoplasmique (Wagtmann N et al. 1995; Colonna M et al. 1995). Les KIR-L sont inhibiteurs grâce à la présence de deux ITIM (Immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif) dans leur domaine intra-cytoplasmique. Les KIR-S qui ont des fonctions activatrices seront donc présentés en détail dans le paragraphe 1.2.2. se référant aux récepteurs activateurs. Le gène KIR2DL4 représente une exception car à l’inverse des autres récepteurs KIR2D, il est exprimé sur toutes les cellules NK et reconnaitrait une molécule HLA de classe I non classique (Human Leukocytes Antigen), le HLA-G (Le Page ME et al. 2014.). De plus ce récepteur possède à la fois des capacités inhibitrices et activatrices grâce à un acide-aminé présent dans le domaine transmembranaire qui interagit aussi bien avec les motifs ITIM que les motifs ITAM (Immunoreceptor tyrosine-based activation motif) (Rajagopalan S et al. 2012) (Figure 2).
Sept gènes KIRs inhibiteurs (KIR-L) ont été identifiés : KIR2DL1, -2DL2, -2DL3, – 2DL5, -3DL1, -3DL2 et 3-DL3. Les KIR-L possèdent des spécificités différentes pour leur ligands HLA-I (Kulkarni S et al. 2008). Les récepteurs KIR2DL1, -2DL2 et -2DL3 reconnaissent les ligands HLA-C. (Figure 3). Deux groupes de ligands HLA-C sont définis en fonction de la nature de l’acide-aminé présent en position 80 de l’allèle HLA-C. Ainsi, KIR2DL1 reconnaît les allèles HLA-C du groupe 2 (Lysine en position 80 de l’allèle HLA-C), et KIR2DL2, -2DL3 reconnaissent les allèles HLA-C du groupe 1 (Asparagine en position 80 de l’allèle HLA-C) (Winter CC et al. 1997). Des travaux réalisés in vitro ont montré que les récepteurs KIR2DL2 et -2DL3 se lient avec une affinité plus faible aux HLA-C1 que le récepteur KIR2DL1 aux HLA-C2 (Moesta AK et al. 2008). KIR3DL1 reconnait les allèles HLA-B du groupe Bw4 et quelques HLA-A. Il présente une plus forte affinité pour les HLA-Bw4-80I (Isoleucine en position 80) que pour HLA-Bw4-80T (tryptophane en position 80). KIR3DL2, qui s’exprime sous la forme d’un homodimère contrairement aux autres qui sont sous la forme de monomères, reconnaît certains allèles du HLA-A. Les ligands de KIR2DL5 et KIR3DL3 ne sont actuellement pas identifiés (Kulkarni S et al. 2008) (Figure 3).
• La superfamille des lectines de type C:
CD94/NKG2A, -B: Les récepteurs de la famille des lectines de type C de type NKG2 regroupent des protéines transmembranaires de type II et sont représentés sur les NK par les hétérodimères CD94/NKG2 (Brooks A et al. 1997). Actuellement, 4 gènes fortement homologues et deux variants transcriptionnels de la famille NKG2 ont été décrits : NKG2A (et son variant NKG2B), NKG2C, NKG2E (et son variant NKG2H) et NKG2F (Houchins JP et al. 1991). Ces gènes sont localisés avec le CD94 sur le chromosome 12 au niveau du complexe NK (NKC, NK Complex) (Sobanov Y et al. 1999). Parmi eux, seuls NKG2A et son épissage alternatif NKG2B sont des récepteurs inhibiteurs. Les gènes et variants activateurs seront présentés dans le paragraphe 1.2.2. se rapportant aux récepteurs activateurs.
CD94/NKG2A est exprimé sur toutes les cellules CD56bright et sur une partie des NK CD56dim mais également sur des sous-populations de lymphocytes T-CD8. Il peut transmettre un signal inhibiteur via un domaine ITIM présent dans son domaine intracellulaire. CD94/NKG2A reconnaît HLA-E, une molécule du CMH de classe I non conventionnelle (CMH-Ib) et peu polymorphe (Braud VM et al. 1998). La molécule HLA-E est dépendante des peptides signaux des autres molécules HLA (HLA classiques et HLA-G).
CD94/NKG2B est une forme épissée de NKG2A qui a été beaucoup moins étudiée. Des travaux ont montré que NKG2B pouvait s’associer avec CD94-T4, un transcrit alternatif de CD94. Ce dimère, qui peut s’exprimer à la membrane de cellules transformées transmet un signal inhibiteur et son ligand est également le HLA-E (Lieto LD et al. 2006).
CD161 (NKR-P1A): Le récepteur CD161 est codé par un gène situé sur le chromosome 12. Il est exprimé sur les cellules NK immatures et les lymphocytes T dans le foie fœtal (Lanier LL et al. 1994). Des sous-populations de lymphocytes T expriment aussi ce récepteur, et particulièrement les cellules invariantes iNKT spécifiques du CD1d pour lesquelles il agit comme récepteur activateur (Exley M et al. 1997). Au contraire, des études in vitro ont montré que l’engagement de ce récepteur à la surface des cellules NK induisait une inhibition de la cytotoxicité NK (Lanier LL et al. 1994).
Ainsi, la reconnaissance par ces récepteurs inhibiteurs des molécules du CMH de classe I sur une cellule cible, permet d’inhiber la cytotoxicité NK en contrôlant ainsi la survie des cellules du soi qui expriment constitutivement des molécules du CMH-I.

Les récepteurs activateurs

Les mécanismes et récepteurs de l’inhibition ayant été identifiés, il restait à mettre en évidence ceux liés à l’activation. En effet, certaines cibles cellulaires (notamment les érythrocytes) n’expriment pas les molécules du CMH-I et ne sont cependant pas lysées par les cellules NK. Cela suppose qu’en plus de la levée de l’inhibition, un signal activateur soit nécessaire. Plusieurs familles de récepteurs activateurs ont alors été mises en évidence.
• La superfamille des immunoglobulines (Ig):
Les KIR-S (Killer Immunoglobulin-like Receptors-short): Les KIR-S sont les pendants activateurs des KIR-L. Contrairement aux KIR-L, ils ont un court domaine intracytoplasmique et ne possèdent pas de motifs ITIM. Leur potentiel activateur vient d’un résidu chargé positivement au niveau du domaine transmembranaire qui leur permet de s’associer à DAP12, une protéine porteuse d’un motif ITAM (Lanier LL et al. 1998). Les KIR-S identifiés sont : KIR2DS1, -2DS2, – 2DS3, -2DS4, -2DS5 et -3DS1. Comme sa contrepartie inhibitrice, KIR2DS1 reconnaît les allèles HLA-C du groupe 2. Les KIRs inhibiteurs reconnaissent cependant HLA-C avec une plus grande affinité pour leurs ligands que les KIRs activateurs (Vales-Gomez M et al. 1998). Un allèle HLA-C, HLA-Cw*04 a été identifié comme ligand de KIR2DS4 mais les ligands de KIR2DS2, -2DS5, -2DS3 et -3DS1 restent à ce jour non identifiés (Carrington M et al. 2003 NCBI).
CD16a: Le récepteur CD16a est codé par un gène se trouvant sur le chromosome 1. Il est exprimé sur tous les CD56dim, une fraction des CD56bright et une faible proportion de lymphocytes T-γδ, mais aussi sur les monocytes et macrophages. Il possède de nombreuses homologies avec le CD16b qui lui n’est exprimé que sur les neutrophiles. Comme nous l’avons vu précédemment, le récepteur CD16 est un récepteur de faible affinité aux IgG qui est impliqué dans l’ADCC. Pour transduire un signal activateur, le CD16 s’associe aux chaînes FcεRIγ ou CD3ζ qui contiennent des motifs ITAM (Vivier E et al. 1991).
DNAM-1: Ce récepteur est codé par un gène situé sur le chromosome 18. Il est exprimé sur la majorité des cellules T, des cellules NK, des monocytes/macrophages et des cellules dendritiques (Shibuya A et al. 1996). C’est une molécule d’adhésion impliquée dans l’induction de la cytotoxicité des cellules NK. Ses ligands sont le récepteur du poliovirus (PVR, CD155) et la nectine-2 (CD112) qui peuvent être exprimés par différents types de tumeurs (Bottino C et al. 2003).
• La famille des NCR (Natural Cytotoxicity Receptors):
Les récepteurs de la cytotoxicité naturelle (NCR) représentent une famille de molécules récemment décrites à la surface des cellules NK humaines incluant NKp30, NKp44 et NKp46 (Kruse PH et al. 2014). NKp46 est codé par un gène du chromosome 19 et les gènes codant les récepteurs NKp30 et NKp44 sont situés sur le chromosome 6. NKp30 et NKp46 sont exprimés de manière constitutive sur toutes les cellules NK d’un individu sain alors que NKp44 n’est exprimé qu’après activation. Il existe une corrélation entre le niveau d’expression des NCRs et le potentiel cytolytique des cellules NK, ces derniers pouvant agir en synergie les uns avec les autres. Les ligands de ces récepteurs restent encore mal connus. Des travaux ont montré que ces NCRs peuvent reconnaître des éléments issus de pathogènes. Ainsi, par exemple, NKp46 reconnait l’hémagglutinine (HA) du virus Influenza et les virus de la famille des poxvirus, NKp44 reconnaît celle du virus Sendai ainsi que la protéine constituant l’enveloppe des virus de la Dengue et West Nile et NKp30 reconnaît la protéine pp65 du HCMV (Mandelboim O et al. 2001; Jarahian M et al. 2011; Hershkovitz O et al. 2009 ; Arnon TI et al.
2001). Cependant, l’identification des ligands cellulaires de ces NCRs reste actuellement incomplète. Celui pour NKp46 n’a toujours pas été identifié alors que des cellules cibles non infectées sont clairement lysées par le biais de ce récepteur. Pour NKp30, deux ligands cellulaires ont été décrits, BAT3 et B7H6 (Brandt C et al. 2009). Ce dernier est exprimé exclusivement sur les cellules tumorales. Récemment, Baychelier et al. ont identifié un ligand, NKp44L, représentant un nouvel isoforme de la protéine MLL5 (mixed-lineage leukemia 5), exprimée à la surface de nombreuses cellules stressées (Baychelier F et al. 2013).

Modèles animaux

Expérimentation chez la souris

• Chikungunya: Le modèle récemment décrit par Gardner et al. montre que les souris C57BL6 adultes (six semaines) sont susceptibles au CHIKV (Gardner et al. 2010) Chez la souris nouveau-née et de moins de 14 jours, l’injection sous-cutanée entraîne un tableau de léthargie avec difficulté à la marche, faiblesse des pattes arrière et perte de poids (Ziegler SA et al. 2008). Comme chez l’homme, des virémies élevées sont observées, de l’ordre de 106 à 108 PFU (Particule Forming Unit) /ml de sang. L’inflammation par la souche réunionnaise de CHIKV est plus importante que celle obtenue avec la souche asiatique avec des virémies identiques (Gardner et al. 2010). La sévérité est généralement corrélée à l’importance de la virémie et à la dissémination au SNC (Couderc et al. 2008). Le modèle C57BL/6 a permis de nombreuses avancées en ce qui  concerne les manifestations arthralgiques du CHIKV mais l’efficacité et la protection ont encore besoin d’être explorées dans des modèles de souris qui reproduisent les symptômes aigus de l’infection, et notamment la réplication virale initiale. De plus, les modèles souris ne sont pas les plus efficaces pour étudier l’efficacité d’un vaccin (Ziegler SA, 2008).
• Dengue: Les souris sont peu susceptibles à l’infection par la dengue et ne sont donc pas un bon modèle d’étude. De nouveaux modèles de souris ont été développés afin de rendre les souris plus susceptibles mais aucune n’est capable de reproduire les réponses immunes anti-DENV. Les différentes approches sont : les modèles de souris immunocompétentes, des modèles de souris avec un syndrome SCID (Severe combined immunodeficient), des modèles de souris humanisées et enfin des modèles de souris déficientes en interférons. Ces différents modèles ont néanmoins contribué à comprendre certains mécanismes de la pathogénèse DEN (Mota J et al. 2011).

Expérimentation chez les primates non humains

• Chikungunya: Plus proches et plus représentatifs de la maladie humaine, les primates sont sensibles à l’infection par le CHIKV (Binn et al. Harrison 1967; Paul et al. 1968). Ces travaux ont permis d’étudier la transmission et la physiopathologie du CHIKV mais aussi de tester des molécules à visée thérapeutique ainsi que des vaccins (Harrison et al. 1967, Edelmann et al. 2000).
Récemment, Labadie et al. ont développé un modèle de macaques (Macaca fascicularis) infectés par une souche réunionnaise de CHIKV, qui a permis de préciser les caractéristiques virales, cliniques et pathologiques de la maladie (Labadie et al. 2010). Ainsi, comme chez l’homme, une virémie pouvant dépasser 1010 copies /ml a été observée, avec une négativation au bout de 10 jours, témoignant d’une réponse immunitaire efficiente. Sur le plan clinique, on retrouve une fièvre supérieure à 39°C à J1-J2, un rash morbilliforme une semaine après l’inoculation ainsi que des atteintes muqueuses comme les gingivorragies. Les autres atteintes telles que les arthralgies, céphalées ou myalgies sont difficiles à évaluer chez l’animal. Au pic de la virémie, tous les animaux présentaient une monocytopénie, une lymphopénie, une thrombopénie et une granulocytose. L’importance de la virémie et l’intensité des signes cliniques s’avèrent clairement dépendantes de la dose d’inoculation. Ce modèle a également permis de mettre en évidence l’importance des macrophages dans la physiopathologie du CHIKV. Les macrophages semblent en effet être des acteurs clés dans la nécrose musculaire et un réservoir possible pour la persistance du virus.
• Dengue: Les modèles primates non humains ne développent pas de dengue hémorragique mais seulement des infections peu sévères. L’induction d’une infection type dengue a longtemps échoué dans d’autres modèles animaux et les primates non humains ont donc pendant longtemps été le seul modèle animal valable. Ces modèles ne permettent pas vraiment d’explorer les mécanismes moléculaires de la pathogénèse DENV mais ils ont été beaucoup utilisés pour les tests vaccinaux car ils sont capables de développer des anticorps neutralisants en réponse à l’infection (Weaver KA et al. 2010).

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Table des matières

1. Cellules NK et immunité antivirale : modifications phénotypiques et fonctionnelles des cellules NK au cours des infections virales
1.1. Activation précoce des cellules NK
1.2. Modalités de l’activation des cellules NK
1.3. Implications des cellules NK sur l’évolution de l’infection et/ou la maladie
1.3.1. Influence des cellules NK sur l’infection
1.3.2. Influence des cellules NK sur la maladie
1.4. Déplétion et immunodéficience: implication directe des cellules NK
2. Qu’est-ce qu’une cellules Natural Killer ?
2.1. Définition morphologique, phénotypique et fonctionnelle
2.1.1. Morphologie et phénotype des cellules NK
2.1.2. Les fonctions effectrices des cellules NK
2.1.2.1. La cytotoxicité…
2.1.2.2. La production de cytokines
2.2. Les récepteurs NK et leur mode d’activation : intégration de signaux négatifs et positifs
2.2.1. Les récepteurs inhibiteurs
2.2.2. Les récepteurs activateurs
2.2.3. Les autres récepteurs
2.3. Régulation du seuil d’activation des cellules NK
2.4. Implications du polymorphisme génétique des récepteurs KIR dans la susceptibilité/ résistance aux infections
2.5. Les interactions NK/DCs
2.5.1. Les cellules NK induisent la maturation des DCs
2.5.2. Lyse des DCs par les cellules NK
2.5.3. Les DCs activent les cellules NK
2.5.4. Exemples d’interactions NK/DCs dans le contrôle d’infections virales
2.6. Échappement viral à la reconnaissance par les cellules NK
3. Le Chikungunya et la Dengue : unité et divergences de deux arbovirus
3.1.1. Taxonomie et classification
3.1.2. Structure, organisation des génomes et cycles de réplication
3.2. Vecteurs et réservoirs
3.2.1. Vecteurs
3.2.2. Réservoirs
3.3. Historique des épidémies
3.4. La maladie
3.4.1. Les manifestations cliniques
3.4.2. Le diagnostic biologique
3.4.3. Traitements et pistes vaccinales
3.4.3.1. Traitements
3.4.3.2. Pistes vaccinales
3.4.4. Mesures de prévention
3.5. Physiopathologie des infections
3.5.1. Physiopathologie du Chikungunya
3.5.2. Physiopathologie de la Dengue
3.6. Les modèles animaux
3.6.1. Expérimentation chez la souris
3.6.2. Expérimentation chez les primates non humains
Objectifs
Résultats
Projet 1A:Caractérisation phénotypique et fonctionnelle des cellules NK chez des patients infectés par le CHIKV au cour de l’épidémie de 2007 à Libreville, Gabon
Article 1 : « Unconventional Repertoire profile is imprinted during acute Chikungunya infection for natural killer cells polarization toward cytotoxicity »
Projet 1B: Etude longitudinale des cellules NK et des lymphocytes T chez des patients infectés par le CHIKV, DENV-2 ou coinfectés par les deux virus au cours de l’épidémie de 2010 à Franceville au Gabon – Article 2 : « Longitudinal Study of NK and T cell population in CHIKV, DENV-2 and CHIKV/DENV-2 co-infected patients »
Projet 2: Etude génétique de l’association des récepteurs KIR avec les molécules HLA de Classe-I chez des patients infectés par le CHIKV ou DENV-2
Article 3 : « Association of HLA Class-I and Inhibitory KIR Genotypes in Gabonese Patients infected by Chikungunya or Dengue type-2 viruses »
Projet 3: Etude in vitro des cellules dendritiques infectées par le DENV-2 ainsi que des interactions entre les cellules NK et les cellules dendritiques après infection
Article 4 : « Natural Killer/ dendritic cell cross-talk during Dengue virus serotype-2 infection ».
Projet 4 : Etude des coinfections CHIKV/DENV-2 dans un modèle expérimental chez le macaque Rhésus
Discussion
Conclusions générales/ perspectives
Références

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