Soutenance de thèse de TARHINI Sarah
Titre de thèse
Rôles des systèmes immunitaires maternel et cérébral foetal dans la pathogenèse neurodéveloppementale liée au cytomégalovirus congénital
Roles of Fetal Brain and Maternal Immunity in Cytomegalovirus-Related Neurodevelopmental Pathogenesis
Résumé de la thèse
Les infections congénitales par le cytomégalovirus (CMV), touchant 0,2 à 2 % des naissances, constituent l'une des principales causes de troubles neurodéveloppementaux chez l'être humain. Malgré leur importance en santé publique, aucune thérapie préventive ou curative satisfaisante n'existe, et la neuropathogenèse sous-jacente demeure mal comprise. Des travaux menés chez le rongeur et sur des échantillons humains impliquent des altérations immunitaires cérébrales précoces dans ce processus. Pour approfondir ces mécanismes, mon équipe a développé un modèle in utero d'infection à CMV du cerveau de rat en développement reproduisant des caractéristiques neurologiques majeures ainsi que d'autres manifestations postnatales sévères de la maladie congénitale humaine par le CMV. Ce modèle a permis d'identifier des altérations microgliales précoces et une infiltration de cellules immunitaires, ainsi qu'une expression du gène viral r129 (codant pour la chimiokine RCK3) détectable dans les 24 h suivant l'infection, et de montrer que ces perturbations microgliales initiales pourraient jouer un rôle déterminant dans la pathogenèse neurodéveloppementale associée au CMV, offrant une opportunité pour des interventions ciblées.
Au cours de ma thèse, notre premier objectif était de cibler ces événements pathologiques précoces afin de moduler les phénotypes postnataux. Nous avons d'abord découvert que la prise maternelle d'aspirine (acide acétylsalicylique) pendant la grossesse normalisait la surexpression induite par le CMV de sa cible principale, la cyclooxygénase 1 (Cox-1), dans les microglies fœtales, améliorait la survie postnatale et les fonctions neurologiques, et prévenait les crises épileptiques in vivo ainsi que les activités épileptiformes dans des tranches néocorticales ex vivo, par des mécanismes à la fois dépendants et indépendants de Cox-1. Dans une autre étude, nous avons montré qu'un mutant dominant négatif du CMV dépourvu du domaine chimiokine de RCK3 n'entraînait aucun déficit, et que sa co-infection abolissait totalement les atteintes neurodéveloppementales induites par le CMV de type sauvage. Ces résultats établissent une preuve de concept pour des stratégies anti-inflammatoires (notamment à base d'aspirine) et “virus-contre-virus” visant à contrer les effets délétères du CMV.
Sachant l'influence de l'immunité maternelle sur la programmation microgliale fœtale, nous nous sommes ensuite interrogés sur la possibilité que la modulation de l'immunité maternelle, induite par l'activation immunitaire maternelle (MIA) à l'aide de l'acide polyinosinique:polycytidylique (poly I:C), puisse influencer les conséquences de l'infection cérébrale fœtale par le CMV. De fait, une MIA préalable a atténué, plutôt qu'aggravé, les déficits neurologiques induits par le CMV chez la descendance. Le bulk RNA-seq a révélé une suppression des réponses microgliales, caractérisée par une induction réduite des gènes stimulés par l'interféron et des cytokines pro-inflammatoires.
Bien que très probable, le rôle des microglies tolérantes dans la médiation de cet effet protecteur dans notre modèle reste à définir. Si des interventions de préconditionnement visant à « entraîner » le cerveau fœtal contre des agents pathogènes transmis verticalement sont à considérer avec beaucoup de prudence, notre étude démontre que l'activation du système immunitaire maternel peut réguler la réaction du cerveau fœtal, et plus particulièrement la réactivité des microglies fœtales, face à une infection à CMV à venir, et peut prévenir les conséquences neurodéveloppementales postnatales qui y sont associées.
Thesis resume
Congenital cytomegalovirus (CMV) infections, affecting 0.2-2% of live births, represent one leading cause of human neurodevelopmental disorders. Despite its public health significance, no satisfactory preventive or curative therapies are available, and the underlying neuropathogenesis remains poorly understood. Studies in rodents and human samples implicate early brain immune alterations in this process. To further explore these mechanisms, my team developed an in utero rat model of CMV infection of the developing brain that recapitulates key neurologic and other severe postnatal features of human congenital CMV disease. Using this model, they identified early microglial alteration and immune cell infiltration, with expression of the viral r129 gene (encoding the chemokine RCK3) detectable within 24 h post-infection, and showed that the early microglial changes might be pivotal to CMV-associated neurodevelopmental pathogenesis, offering a valuable platform for targeted interventions.
During my PhD, our first aim was to target such early pathological events as a way to modulate the postnatal phenotypes. First, we discovered that maternal aspirin (acetylsalicylic acid) intake during pregnancy normalized CMV-induced overexpression of cyclooxygenase-1 (Cox-1), the primary target of aspirin, in fetal microglia, improved postnatal survival and neurological outcomes, and prevented epileptic seizures in vivo and epileptiform activities in neocortical slices ex vivo, through both Cox-1-dependent and -independent mechanisms. In another study, a dominant-negative CMV mutant lacking RCK3's chemokine domain caused no deficits, and its co-infection fully abrogated wild-type CMV's neurodevelopmental damage. These findings establish proof-of-principle for anti-inflammatory (using aspirin notably) and virus-against-virus strategies to prevent CMV-induced damage.
Recognizing the broader influence of maternal immunity on fetal microglial programming, we then wondered whether the modulation of maternal immunity, using maternal immune activation (MIA) via polyinosinic:polycytidylic acid (poly I:C) paradigm, would influence the consequences of CMV infection of the fetal brain. Not so surprisingly, prior MIA attenuated rather than exacerbated offspring CMV-driven neurological deficits. Bulk RNA sequencing revealed suppressed microglial responses, with reduced induction of interferon-stimulated genes and proinflammatory cytokines.
Although highly probable, the role of tolerant microglia in mediating this protective effect in our double-hit model remains to be defined. While preconditioning interventions that “train” the fetal brain against vertically transmitted pathogens might be considered with caution, our study demonstrates that the activation of the maternal immune system can control the reaction of the fetal brain, and the responsiveness of fetal microglia in particular to a forthcoming CMV infection, and can prevent against the related neurodevelopmental postnatal consequences.