Th17 cells – oligodendrocytes interactions in multiple sclerosis : damage, death and adhesion mechanisms

Abstract

La sclérose en plaques (SP) est une maladie neuro-inflammatoire caractérisée par l’invasion de cellules immunitaires périphériques dans le système nerveux central (SNC), entraînant une perte de myéline à des endroits bien délimités appelés « plaques » ou lésions. Les processus neuroinflammatoires sont associés au dommage des neurones et oligodendrocytes (OLs) en SP. Les mécanismes sous-tendant cette dégradation des OLs par les cellules immunitaires en SP sont toutefois encore mal compris. Les lymphocytes T CD4 activés, notamment les sous-types proinflammatoires Th1 et Th17, jouent un rôle clé dans la pathobiologie de la SP et de son modèle murin l’encéphalite auto-immune expérimentale (EAE). Nous avons donc choisi d’investiguer leur contribution à l’endommagement des OLs en neuroinflammation. Pour ce faire, nous avons premièrement caractérisé les interactions entre les lymphocytes Th17 et les OLs matures in vivo à l’aide de l’imagerie intravitale chez la souris EAE (microscopie deux photons) et in vitro en utilisant des cultures primaires humaines. Ceci nous a permis de mettre en évidence que les lymphocytes pro-inflammatoires Th17 adhèrent de façon prolongée aux OLs et leur causent plus de dommage que les lymphocytes anti-inflammatoires Th2. Après avoir établi que le contact avec les lymphocytes Th17 entraîne tout d’abord la perte des prolongements cellulaires puis la mort des OLs, nous avons identifié deux mécanismes à l’origine de ces dommages. En effet, tandis que la sécrétion de glutamate par les lymphocytes Th17 à proximité des OLs entraîne une perte des prolongements cellulaires de ces derniers et une diminution de leur capacité à myéliniser, la sécrétion de granzyme B mène à la mort des OLs. Dans le but de comprendre comment prévenir les dommages causés par les lymphocytes Th17 aux OLs en SP, nous avons par la suite étudié les mécanismes sous-tendant le contact entre les deux types cellulaires. Comme nous avons confirmé que les OLs matures n’expriment pas le MHC II au niveau protéique, nous avons caractérisé l’expression par les OLs de molécules d’adhérence cellulaire (CAMs) qui seraient susceptibles de sous-tendre l’adhérence des lymphocytes Th17. Nous avons découvert que cette interaction est notamment médiée par ALCAM, et que bloquer cette molécule permet de diminuer le dommage aux OLs médié par les Th17 in vitro. A l’inverse, l’expression et/ou la sécrétion d’ICAM-1 par les OLs semble avoir un effet protecteur face aux lymphocytes Th17. En résumé, nous avons distingué de nouveaux mécanismes impliqués dans le dommage aux OLs en neuroinflammation et identifié de nouvelles cibles thérapeutiques prometteuses pour la protection des OLs en SP.

Multiple Sclerosis (MS) is a neuroinflammatory disease characterized by infiltration of immune cells into the central nervous system (CNS), demyelination in multifocal areas called “plaques” or lesions, and damage to neurons and oligodendrocytes (OLs). The mechanisms underlying immune-mediated injury to OLs in MS remains only partially understood. Activated CD4 T cells, in particular pro-inflammatory subsets Th1 and Th17, play an important role in the pathobiology of MS and its animal model experimental autoimmune encephalitis (EAE). We set out to investigate their contribution to immune-mediated oligodendrocytic damage in neuroinflammation. We first characterized the interactions between Th17 cells and mature OLs in vivo using live imaging of EAE mice (two photon microscopy) and in vitro using human primary cell cultures. We found that pro-inflammatory Th17 cells form prolonged contacts with OLs and cause greater harm compared to anti-inflammatory Th2 cells. After demonstrating that contact with Th17 cells leads first to destruction of cell processes and then death of OLs, we identified two mechanisms underlying these deleterious impacts. Indeed, while secretion of glutamate by Th17 cells in contact with OLs is associated with damage to OLs cell processes and impairment of their myelinating capacity, secretion of granzyme B leads to OLs death. To better understand how to prevent Th17-mediated OLs injury in MS, we next studied mechanisms involved in the interaction between these two cell types. As we confirmed that mature OLs do not express MHC II at the protein level, we characterized expression of cell adhesion molecules (CAMs) by OLs that could mediate Th17 cell adhesion. We discovered that ALCAM contributes to OLs and Th17 cells interactions, and that blocking this olecule reduces Th17-mediated OL damage in vitro. Inversely, ICAM-1 expression and/or secretion by OLs seems to have a protective effect in neuroinflammatory conditions. In summary, we have uncovered new mechanisms implicated in OLs njury in neuroinflammation and have identified potential novel therapeutic targets for neuroprotection in MS.