Soutenance de thèse de Camille WAGNER

Dans l’intestin, l’initiation de la réponse immunitaire prend place dans les plaques de Peyer (PP). Les PP sont des regroupements de follicules de lymphocytes B (LB) formant des dômes, séparés par des régions inter-folliculaires (IFR) riches en lymphocytes T (LT). Les follicules contiennent des centres germinatifs (GC) chroniquement activés d’où proviennent les plasmocytes sécréteurs d’immunoglobulines A (IgA) disséminés dans l’intestin. L’épithélium associé au follicule (FAE) surplombe le dôme sous-épithélial (SED), enrichi en cellules dendritiques dérivées de monocytes exprimant le lysozyme (LysoDC). Les LysoDC excellent dans la phagocytose des antigènes in vivo et peuvent activer les LT naïfs in vitro. Cependant, le rôle exact des LysoDC lors d’une stimulation in vivo demeure indéterminé. A l’âge adulte, les LysoDC peuvent être divisées en quatre populations suivant l’expression des marqueurs embigin (Emb), JAM-A et CD24 : LysoDC triples négatives (TN), simples positives (SP, Emb+), doubles positives (DP, Emb+Jam-A+) et triples positives (TP, Emb+Jam-A+CD24+). Grâce à l’analyse du séquençage des ARNm en cellule unique, nous avons déterminé que les LysoDC suivent deux voies de différentiation à partir des LysoDC SP : (i) la maturation en LysoDC TP sous-épithéliales via l’état intermédiaire DP, avec l’acquisition progressive d’une signature transcriptionnelle typique des cellules dendritiques ; (ii) la différentiation en LysoDC TN folliculaires sans acquisition de cette signature. La première voie se caractérise aussi par une maturation des LysoDC corrélée à leur rapprochement avec le FAE. Après stimulation in vivo, les LysoDC TP matures migrent à la périphérie de l’IFR où elles interagissent fortement avec les LT prolifératives. En absence de microbiote ou après traitement antibiotique, les LysoDC montrent une maturation altérée, avec un plus grand nombre de LysoDC TP matures aux dépens essentiellement des DP, ce qui semble indiquer que le microbiote freine la maturation des LysoDC. Ces observations nous ont poussé à étudier la maturation des LysoDC et la réponse immunitaire au sevrage, au cours duquel le changement de diète entraîne une modification profonde du microbiote. Après le sevrage, nous avons confirmé l’expansion des bactéries filamenteuses segmentées (SFB) au niveau des PP. Les LysoDC sous-épithéliales sont alors majoritairement matures, les états immatures et intermédiaires n’apparaissant que plus tard lors de la transition vers l’âge adulte. Les LysoDC exercent juste après sevrage une forte activité d’échantillonnage de la lumière intestinale et interagissent également avec des cellules prolifératives dans le SED, dont des LB en cours d’activation. Après cette activation dans le SED, les LB migrent dans le follicule, puis forment les premiers regroupements de cellules au sein des futurs GC d’où émergent les premiers plasmocytes sécréteurs d’IgA une semaine après sevrage. L’activation des LB dépend du microbiote, mais les SFB ne sont pas indispensables. En conclusion, lors de ma thèse j’ai étudié les LysoDC à deux étapes de la vie : chez l’adulte et au sevrage. Mon premier projet a élucidé les voies de différentiation des LysoDC, liées à leur localisation, leur capacité de migration et leur fonction de présentation aux LT ; mon deuxième projet a permis de caractériser l’activation spatio-temporelle des cellules immunitaires des PP après le sevrage.

In the gut, the initiation of the immune response takes place in Peyer's patches (PP). PPs are clusters of dome-shaped B cell follicles separated by inter-follicular regions (IFRs) rich in T cells. Follicles contain chronically activated germinal centers (GC) from which arise the immunoglobulin A (IgA) secreting plasma cells seeding the gut. The sub-epithelial dome (SED), topped by the follicle-associated epithelium (FAE), is enriched in monocyte-derived dendritic cells expressing lysozyme (LysoDC). LysoDC are highly phagocytic in vivo and can activate naive T cells in vitro. However, the exact role of LysoDC during in vivo stimulation remains unclear. In adults, based on the 3 markers embigin (Emb), JAM-A and CD24, LysoDC can be divided into 4 populations: triple negative (TN) LysoDC, single positive (SP, Emb+), double positive (DP, Emb+Jam-A+) and triple positive (TP, Emb+Jam-A+CD24+). By single-cell RNA sequencing analysis, we have determined that LysoDC follow two main differentiation pathways starting from SP LysoDC: (i) maturation to sub-epithelial TP LysoDC through the intermediate DP state, with a gradual acquisition of a dendritic cell gene signature; (ii) differentiation to follicular TN without this signature. In the first pathway, LysoDC mature while getting closer to the FAE. Upon in vivo stimulation, mature TP LysoDC migrate to the IFR periphery where they strongly interact with proliferative T cells. In the absence of microbiota or after broad antibiotic treatment, LysoDC have an altered maturation, with a higher frequency of mature TP LysoDC at the expense of mainly DP. These observations prompted us to study the maturation of LysoDC and the immune response at weaning, during which the change in diet leads to a profound change of the microbiota. Upon weaning, we observed the expansion of Segmented Filamentous Bacteria (SFB) above PP. At that time, sub-epithelial LysoDC are predominantly mature, immature and intermediate states only appearing later in the transition to adulthood. After weaning, LysoDC highly sample the gut lumen and interact with proliferative cells in the SED, including early-activated B cells. After activation in the SED, B cells migrate into the follicle, then form the first GC clusters from which emerge IgA-secreting plasma cells after one week. PP B cell activation relies on the microbiota, but SFB are not crucial. In conclusion, during my thesis I studied LysoDC in two settings: in adulthood and upon weaning. My first project elucidated LysoDC differentiation pathways, linked to their location, migratory capacity and T cells priming ability; my second project allowed characterizing the spatiotemporal activation of PP immune cells upon weaning.