Soutenance de thèse de Benjamin COIFFARD

Le rythme circadien est défini comme un rythme biologique d'une durée d'environ 24 heures. Chez les mammifères, il est généré dans les noyaux supra-chiasmatiques de l'hypothalamus et est représenté au niveau périphérique par des horloges moléculaires dans les tissus, les organes et les cellules. De nombreux systèmes biologiques, y compris le système immunitaire, présentent des oscillations circadiennes sous le contrôle d'horloges moléculaires. Ce travail a porté sur l'étude du rôle du rythme circadien dans la réponse immunitaire de l'hôte à l'infection. Dans la première partie du travail, nous avons étudié l'horloge moléculaire chez les planaires (un organisme ancestral), les macrophages humains et les eubactéries. Chez les planaires, nous avons constaté que l’inhibition de Smed-Tim (un homologue du gène clock humain) diminuait l'expression des gènes antimicrobiens (Smed-morn2 et Smed-Traf6), et conduisait à un retard d'élimination de Staphylococcus aureus. L'étude de l'horloge moléculaire dans les monocytes-macrophages humains a révélé que la capacité phagocytaire de Staphylococcus aureus et la libération des cytokines dépend du temps (diffère selon le moment de l'infection). La suppression du gène horloge principale Bmal1 à l'aide d'un siARN dans les macrophages synchronisés a été associée à une diminution de l'indice phagocytaire et à la suppression de la réponse anti-infectieuse en fonction du temps. De la même manière, nous avons trouvé une quantité accrue de SARS-CoV-2 dans les monocytes infectés à ZT6 avec une libération significativement accrue d'IL-6, IL-1ß et IL-10 par rapport à ZT17. Chez les eubactéries, nous avons identifié RadA comme un homologue du gène KaiC (gène horloge chez les cyanobactéries). L’inhibition de RadA conduit à une perturbation circadienne d'autres gènes oscillants suggérant que RadA peut être un générateur du rythme circadien chez les eubactéries. Dans une seconde partie, nous avons exploré le rythme circadien à l'admission des patients traumatisés sévères en réanimation et comparé les patients ayant développé une septicémie à ceux qui n'en ont pas développé. Le rythme circadien du cortisol sanguin, des cellules immunitaires et des gènes horloge était fortement perturbé. Les patients qui ont développé une septicémie pendant leur séjour aux soins intensifs avaient une augmentation des taux de cortisol, un temps de pic de cortisol retardé, des taux de lymphocytes plus faibles, de neutrophiles plus élevés, et un retard de phase significatif pour les lymphocytes, l'IL10 et le TNF. Dans la dernière partie, nous avons évalué le rythme circadien de la température corporelle centrale en contextes cliniques. Nous avons constaté que la plupart des patients traumatisés graves présentaient un rythme circadien à l'admission alors qu'un tiers avaient des périodes de température inférieures à 24 heures. Les patients traumatisés qui ont développé une septicémie pendant leur séjour aux soins intensifs avaient un MESOR (niveau de température) plus élevé et une exacerbation du rythme de leur température (amplitude plus élevée, rythmes plus marqués, et présence de plusieurs fréquences d'oscillation associées) avant l'apparition de la septicémie. Enfin, nous avons constaté que des niveaux de température plus faibles et une amplitude d'oscillation plus élevée étaient prédictifs de mortalité dans des cohortes de patients souffrant de choc septique et de traumatismes graves. En conclusion, ces travaux apportent des preuves supplémentaires sur le lien entre le rythme circadien et la réponse immunitaire. Nous avons étendu ces connaissances au monde des eubactéries et à la recherche clinique en immunologie. Les rythmes circadiens sont des cibles intéressantes pour les recherches futures sur la surveillance ou le traitement personnalisé basé sur le temps des patients infectés.

Circadian rhythm is defined as a biological rhythm lasting approximately 24 hours. In mammals, it is generated in the suprachiasmatic nuclei of the hypothalamus and is represented at the peripheral level by molecular clocks in tissues, organs, and cells. Many biological systems, including the immune system, exhibit circadian oscillations under the control of molecular clocks. This work focused on the study of the role of circadian rhythm in the host immune response to infection. In the first part of the work, we studied the molecular clock in planarian (an ancestral organism), human macrophages, and eubacteria. In planarian, we found that silencing of Smed-Tim (a homolog for the clock gene in humans) diminished the expression of the antimicrobial genes (Smed-morn2 and Smed-Traf6), and leads to a delay in Staphylococcus aureus elimination. The study of the phagocytic capacity of Staphylococcus aureus and cytokines release of monocytes-macrophages is time-dependent (differed according to the time of infection). The suppression of the main clock gene Bmal1 using a specific siRNA in synchronized macrophages was associated with a decreased phagocytic index and the suppression of the time-dependent response. In the same way, we found an increased amount of SARS-CoV-2 in monocytes infected at ZT6 with a significantly increased release of IL-6, IL-1ß, and IL-10 compared to ZT17. In eubacteria, we identified RadA as a homolog of the gene KaiC (clock gene in cyanobacteria). Silencing of RadA leads to circadian disruption of other oscillating genes suggesting that RadA may be a generator of the circadian rhythm in eubacteria. In a second part, we explored the circadian rhythm at the admission of severe trauma patients in ICU and compared patients who developed sepsis to those who did not. The circadian rhythm of blood cortisol, immune cells, and clock genes was strongly disrupted. Patients who developed sepsis in their ICU stay showed an increase in cortisol levels, a delayed cortisol peak time, lower lymphocytes, higher neutrophils, and significant phase delay for lymphocytes, IL10, and TNF. In the last part, we assess the circadian rhythm of the core body temperature in clinical contexts. We found that most severe trauma patients exhibited temperature circadian rhythm at admission whereas a third had periods of temperature lower than 24 hours. Trauma patients who developed sepsis during their ICU stay had higher MESOR and exacerbation of the temperature rhythm (higher amplitude, stronger rhythms, and presence of several oscillation frequencies) before sepsis occurrence. Finally, we found that lower temperature levels and higher amplitude of oscillation were predictive of mortality in cohorts of septic shock and severe trauma patients. In conclusion, this work provides additional evidence on the link between circadian rhythm and the immune response. We have extended this knowledge to the world of eubacteria and clinical research in immunology. Circadian rhythms are interesting targets for future research in time-based personalized monitoring or treatment of infected patients.