Réponse immunitaire humorale : thermorégulation locale dans les centres germinatifs – HOT

Nous utilisons une approche translationnelle associant la mise au point d’outils et de techniques permettant d’induire localement de la chaleur et de la mesurer, l’utilisation de modèles in vitro et précliniques chez la souris, et l’analyse d’échantillons humains de patients souffrant de maladies inflammatoires chroniques. Le projet se déroule suivant les trois axes suivants :

1/ Nous avons analysé les effets de variations thermiques sur les lymphocytes B. Pour analyser si la hausse de température a des effets directs sur la biologie des lymphocytes B, nous avons stimulé des lymphocytes B in vitro à différentes températures, et mesuré la réponse fonctionnelle des lymphocytes B. Nous souhaitons également caractériser les mécanismes moléculaires sous-jacents par analyse transcriptomique. Pour analyser les effets d’une élévation locale de la température sur les lymphocytes B dans un modèle intégré in vivo, nous avons mis au point un nouveau système permettant de chauffer localement les souris à proximité des ganglions lymphatiques, en l’absence d’inflammation.

2/ Afin d’étudier l’impact de la thermogenèse, nous avons analysé des tissus murins et humains pour détecter si le tissu adipeux acquière des propriétés thermogéniques. Nous avons également utilisé un modèle murin incapable de faire de la thermogenèse pour caractériser si la thermogenèse participe à la production de chaleur lors de la fièvre et de l’inflammation locale, et à la réponse immunitaire dans un modèle vaccinal.

3/ Enfin, nous mettons également au point l’imagerie préclinique multimodale des réponses B et de la thermogenèse, en développant notamment des techniques permettant de mesurer la température par thermométrie infrarouge et par thermographie IRM.

Les expériences in vitro ont montré que la hausse de température améliore l’activation et la prolifération des lymphocytes B. L’analyse des données de transcriptomique sont en cours afin de comprendre les mécanismes moléculaires de thermosensibilité dans les lymphocytes B. In vivo, nous avons développé un dispositif expérimental permettant d'augmenter localement la température à proximité des ganglions lymphatiques dans une plage comparable à celle observée lors de l’inflammation, en chauffant des implants métalliques avec un champ magnétique léger produit par une bobine d'induction. Nous utilisons maintenant ce système pour évaluer l'impact de cette augmentation locale de température sur la réponse des lymphocytes B après une immunisation locale. Nous mesurons l’élévation de température par thermométrie infrarouge. Nous avons également développé de la thermométrie par imagerie par spectroscopie par résonance magnétique (SRM) pour mesurer la température absolue et de façon plus résolutive à l’intérieur des souris. Nous avons ainsi pu documenter l’importante hétérogénéité thermique dans le corps des souris. Nous allons maintenant pouvoir mesurer localement la température au cours du développement de réponses humorales, et tester si cette technique, en association avec de l’imagerie permettant de détecter la réponse des lymphocytes B, permet d’identifier des sites d’inflammation. Enfin, nous avons observé que le tissu adipeux autour des centres germinatifs, notamment dans des contextes d’inflammation chronique chez l’Homme, acquière des caractéristiques de graisse thermogénique capable de produire de la chaleur.

Les travaux menés dans le cadre du projet HOT ont conduit à la conclusion que les réponses des cellules B dépendent de la température, du moins in vitro. Identifier les voies moléculaires par lesquelles les cellules B perçoivent et répondent aux changements de température permettra de cibler ces voies pharmacologiquement pour renforcer (dans le contexte de la vaccination) ou inhiber (dans le contexte des inflammations chroniques pathologiques) les réponses des cellules B.

Pour déterminer si les réponses des cellules B sont thermo-régulées in vivo, nous avons dû surmonter plusieurs obstacles techniques. Les nouveaux modèles que nous avons développés pour moduler et mesurer la température chez les souris nous permettront d'explorer l'impact de la chaleur locale sur la réponse humorale dans un contexte de vaccination, dans lequel une fièvre modérée et transitoire et/ou une inflammation locale suit généralement l’administration du vaccin. Si nos résultats in vitro sont confirmés dans nos modèles pré-cliniques, ceci suggèrerait qu’il est préférable de ne pas prescrire la prise de médicaments antipyrétiques en cas de fièvre modérée suite à la vaccination.

Fait intéressant, nos données in vitro suggèrent que la diminution de la température a également un impact sur les réponses des lymphocytes B. Il serait important d'étudier l'impact des températures froides sur les réponses des lymphocytes B (et sur le système immunitaire en général) dans des pathologies associées au froid, par exemple lors du choc septique.

Enfin, il serait également intéressant de tester l’impact de la thermogenèse sur la réponse immunitaire se développant localement dans des modèles d’inflammation chronique dans lesquelles une réponse locale des lymphocytes B est nocive, comme la maladie de Crohn ou l’athérosclérose (pathologies dans lesquelles nous avons observé la présence de graisse potentiellement thermogénique). Le projet HOT pourrait ainsi ouvrir la voie au développement de nouveaux outils diagnostiques pour la détection de foyers d’inflammation active basés sur l’imagerie de la thermogenèse, ou même de nouvelles approches thérapeutiques visant à activer ou désactiver la thermogenèse localement aux sites d’inflammation chronique.

La fièvre est une réponse essentielle de l’inflammation. L’augmentation globale de la température corporelle peut avoir des effets directs sur les pathogènes, et agir également de façon plus indirecte en stimulant la réponse immunitaire visant à éliminer le pathogène. Outre l’augmentation globale de température, des augmentations focales de températures sont aussi observées au niveau des sites inflammés, un phénomène connu depuis l’Antiquité. Pourtant, les mécanismes permettant d’augmenter localement la température, ainsi que les effets de cette thermogenèse locale sur la réponse immunitaire, notamment la réponse B, restent mal connus.
Notre hypothèse de travail est que lors d’une réponse immunitaire, de la chaleur est produite localement dans et autour des centres germinatifs (GC) non seulement par vasodilatation des vaisseaux sanguins mais également par de la thermogenèse induite par des signaux inflammatoires dans les adipocytes et d’autres cellules — comme nos résultats préliminaires dans des modèles animaux et des échantillons humains le suggèrent. L’augmentation locale de température par thermogenèse favoriserait le développement de la réponse immunitaire humorale dans les GC. Ce mécanisme pourrait jouer un rôle dans les GC lors de réponses immunitaires aiguës, mais aussi aux sites d’inflammation chronique où des GC ectopiques de développent. Si notre hypothèse est correcte, la thermogenèse pourrait être utilisée comme un marqueur de tissus/foyers où une réponse immunitaire est en cours, et la régulation thermique comme un outil thérapeutique pour augmenter ou diminuer la réponse immunitaire locale.
Dans ce projet, nous allons donc étudier si la biologie des lymphocytes B est régulée par la température. Nous analyserons également comment la thermogenèse est induite localement, et à quel point elle modifie l’activation de la réponse immunitaire humorale. Dans ce but, nous utiliserons une approche translationnelle associant la mise au point d’outils et de techniques permettant d’induire localement de la chaleur et de la mesurer, l’utilisation de modèles in vitro et précliniques chez la souris, et l’analyse d’échantillons humains de patients souffrant de maladies inflammatoires chroniques. Nous mettrons également au point l’imagerie préclinique multimodale des réponses B et de la thermogenèse, ce qui pourra servir à détecter des foyers d’inflammation active chez les patients dans de futurs essais cliniques.
Ce projet novateur peut conduire à deux découvertes scientifiques majeures : 1) que les réponses humorales sont sensibles à la température et 2) que la thermogenèse locale module la réponse immunitaire induite dans les sites d’inflammation aiguë et chronique. HOT pourrait donc conduire à l’identification de voies thermosensibles insoupçonnées qui pourraient être ciblées pour stimuler ou diminuer la réponse humorale. HOT pourrait aussi ouvrir la voie au développement de nouveaux outils diagnostiques pour la détection de foyers d’inflammation active basés sur l’imagerie de la thermogenèse, et de nouvelles thérapies visant à augmenter ou diminuer la thermogenèse locale aux sites d’inflammation chronique.
HOT va être dirigé par Marie Le Borgne, une jeune chercheuse experte en immunologie, et sera réalisé dans l’équipe 1 du LVTS-U1148, qui a une grande expertise dans l’étude des réponses humorales et l’immunologie cardio-vasculaire. Nous avons déjà obtenu un ensemble de données préliminaires qui témoignent de la faisabilité du projet. Ces résultats illustrent également le fait que la nouvelle thématique du projet HOT complète parfaitement la recherche déjà menée au LVTS. L’expérience acquise et les résultats générés grâce à ce financement permettront à Marie Le Borgne de candidater pour des financements ERC et de progresser dans sa carrière académique.