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individual projects – work package 1: inflammation chronique

Projet 1.1. – Décrypter le contrôle métabolique de l’inflammation dépendante des cellules T 

INTRODUCTION 

L’inflammation et l’auto-immunité sont contrôlées en périphérie par des réponses immunitaires adaptatives et innées. Des altération de ces mécanismes peuvent contribuer au développement de maladies inflammatoires et auto-immunes, d’hémopathies malignes et de tumeurs solides. Le métabolisme cellulaire étant le moteur de pratiquement tous les processus biologiques de l’organisme, y compris de l’immunité, un nouveau domaine de recherche appelé « immunométabolisme » a été défini. L’étude du métabolisme des cellules immunitaires dans le but d’interférer avec les réponses néfastes est une approche très prometteuse pour le traitement de maladies à médiation immunitaire. Elle pourrait être à l’origine de la prochaine vague d’immunothérapies innovantes. Ces dernières années, le laboratoire Brenner a significativement contribué à la compréhension de la manière dont le métabolisme contrôle l’immunité (Kurniawan et al. 2020 ; Mak et Grusdat et al. 2017). Une compréhension approfondie des variations du métabolisme en fonction du type ou de la fonction cellulaie ouvrira ainsi de nouvelles voies pour le traitement de divers troubles. 

OBJECTIF ET HYPOTHÈSE 

L’objectif du projet de doctorat proposé est de décoder de nouvelles voies moléculaires et métaboliques dans les cellules T qui contrôlent l’inflammation, et ce ex vivo et in vivo. Ce projet est intégré à un programme plus vaste au sein de notre groupe de recherche. Notre hypothèse est que la réorientation des flux métaboliques dans les cellules T pourrait améliorer les symptômes de maladie.  Nous combinerons des analyses moléculaires et cellulaires profondes avec des approches fondées sur les mégadonnées et des modèles de maladies in vivo fortement liés aux maladies humaines. Une étude transversale avec le lot de travaux 2 (immuno-oncologie) est envisageable. Les candidats intéressés doivent posséder une solide expérience en immunologie et doivent être enthousiastes à l’idée de mener des recherches immunologiques de pointe en combinaison avec des analyses moléculaires et mécanistes. 

METHODES 

Nous utiliserons des modèles murins in vivo d’auto-immunité, d’infections et de cancer. Nous souhaitons mener une étude détaillée de l’immunologie basée sur les cellules T en lien avec des analyses moléculaires et métaboliques. Le projet fera appel à diverses méthodes : le profilage métabolique, le traçage métabolique ciblé, les analyses de type « Seahorse », le séquençage d’ARN, etc. Les résultats de nos études sur la souris seront validés dans des cellules immunitaires humaines. 

Dirk
Brenner

Projet 1.2. – Marqueurs de l’élaboration et de l’éducation de la réponse immunitaire aux protéines alimentaires durant la petite enfance 

INTRODUCTION 

Au cours de la dernière décennie, l’allergie alimentaire (AA) est devenue un problème de santé publique significatif, qui a atteint son point culminant avec une deuxième vague d’« épidémie d’allergies » dépassant ainsi la première épidémie respiratoire. En Europe, plus de 17 millions de personnes sont aujourd’hui affectées par l’AA, qui est définie comme « une réaction chronique indésirable à médiation immunitaire à des protéines alimentaires habituellement inoffensives. » La prise en charge clinique repose sur une éviction stricte des allergènes. Les événements durant la petite enfance, les facteurs environnementaux et le mode de vie jouent un rôle crucial dans le développement des allergies alimentaires. La compréhension de la synergie de ces facteurs dans la dégradation de la tolérance orale est vitale pour jeter les bases des futures stratégies de prévention des allergies alimentaires. 

OBJECTIF ET HYPOTHÈSE 

Examiner le mécanisme des événements survenus durant la petite enfance qui sont fondamentaux pour façonner la réponse immunologique aux antigènes alimentaires, et ce, en étudiant l’allergie et la tolérance alimentaires en tant que modèles de maladie. Au cours des premières années de vie, les profils immunologiques et génomiques profonds, ainsi que les signatures du microbiome, révèlent des schémas de réponse à l’origine de la sensibilisation allergique et de l’allergie alimentaire clinique. 

METHODES 

Des femmes enceintes seront inscrites au sein de l’hôpital participant. Des prélèvements sanguins seront effectués de manière longitudinale (avant la naissance et jusqu’à l’âge de 2 ans) en vue d’analyses détaillées de la réponse immunitaire, du microbiome fonctionnel et de facteurs génétiques liés à la pathogenèse des allergies alimentaires. Une modélisation intégrative des métadonnées cliniques à résolution temporelle, des données de profilage immunologique et des données multi-omiques du microbiome, sera réalisée pour identifier les facteurs d’allergie alimentaire clinique. Cette modélisation, associée aux ensembles de données génomiques permettra la construction de modèles personnalisés, spécifiques à une maladie ou généralisables et donc de faire des prédictions spécifiques à chaque enfant au sujet du phénotype clinique et du résultat clinique potentiel. 

Annette
Kühn
Christiane
Hilger

Projet 1.3. – Fibres alimentaires, marqueurs d’inflammation et microbiote intestinal 

INTRODUCTION 

Le faible apport en fibres alimentaires est un problème diététique et sanitaire. Un apport insuffisant (<25 et 36 g/j, f/h) est fréquent dans de nombreux pays développés dont le Luxembourg (Alkerwi et al., 2012), et est lié à un risque accru de développement de diverses complications cardiométaboliques et à une mortalité plus élevée (McRae et al., 2017), ainsi que de cancer (Kunzmann et al., 2015). La consommation de fibres réduit les taux des lipides sanguins (y compris le cholestérol) et est liée à des réactions anti-inflammatoires, favorisant un microbiote intestinal plus sain avec des effets systémiques positifs. Cependant, il existe peu d’informations permettant de savoir à quel point les effets observés dépendent du bagage génétique de l’hôte (Esworthy et al., 2010). Le séquençage du génome entier permettra une étude détaillée et approfondie des PSN (polymorphisme d’un seul nucléotide) et d’autres mutations liées aux effets de la consommation de fibres. 

OBJECTIF ET HYPOTHESE

Il a été démontré qu’un apport plus élevé en fibres était bénéfique pour la santé, agissant par le biais de voies anti-inflammatoires et immunitaires, qui sont médiées par le microbiote. Toutefois, la mesure avec laquelle le bagage génétique influence les effets observés reste encore peu claire, et pourrait être un point important à prendre en considération pour expliquer les effets sur la santé des habitudes et des interventions alimentaires. L’objectif de ce projet est de détecter les variants génétiques liés aux réponses aux régimes riches en fibres. 

METHODES 

Le projet proposé sera réalisé en s’appuyant sur une étude interventionnelle alimentaire humaine déjà planifiée dans le cadre d’une autre thèse de doctorat au DII (la doctorante Erica Grant, de l’unité de formation doctorale MICROH, se concentre sur les effets sur le microbiote intestinal et sur le système immunitaire d’une intervention à court terme sur les des fibres alimentaires, avec une attention particulière à la consommation de mucus par les bactéries). Le projet actuel de la DTU inclut un aspect innovant et unique, des analyses du génome entier (MeGeno) des volontaires en bonne santé qui participent à l’étude interventionnelle susmentionnée. Les informations génomiques des individus en bonne santé seront analysées en comparaison avec les données obtenues dans l’étude d’intervention. Plus précisément, les génomes analysés (et les variants intéressants retenus) seront réexaminés (puis examinés de plus près par le biais d’analyses de voies telles que KEGG…) et comparés pour déterminer la manière dont différents individus réagiraient à une intervention à court terme sur les fibres alimentaires en ce qui concerne les modifications du microbiote intestinal et les changements inflammatoires (CRP, miARN, cytokines). Un profilage des cellules immunitaires sera également effectué et associé à la génétique de l’hôte. 

Dans une étude parallèle, les échantillons recueillis au cours de l’étude transversale ORISCAV-LUX seront utilisés pour étudier la relation entre l’apport en fibres (p. ex. le quintile le plus élevé vs. le quintile le plus bas, sur la base des questionnaires de fréquence de consommation des aliments), les marqueurs inflammatoires (CRP, miARN, cytokines, etc.) et le bagage génétique afin de vérifier si les résultats de l’étude interventionnelle sont également détectables au sein de cette population. Une analyse génétique plus ciblée, avec des variants choisis en fonction des résultats de l’essai d’intervention est envisagée. Ce projet générera des ensembles de données et des hypothèses essentielles pour comprendre comment l’information génétique peut potentiellement être liée à divers aspects de l’alimentation et du microbiote intestinal, ce qui rend le présent projet de doctorat très innovant et devrait donner lieu à d’autres publications à impact élevé. 

Torsten
Bohn
Hanen
Samouda

Projet 1.4. – Modulation de voies des cytokines pour l’immunothérapie spécifique aux allergies 

INTRODUCTION 

Le TNF-[Symbol], l’IL-1 et l’IL-6 sont bien connus pour jouer un rôle central dans la pathogenèse de multiples maladies inflammatoires. Ils suscitent un regain d’intérêt en tant qu’acteurs importants de la polarisation des cellules T, notamment pour leur capacité à réguler la voie de différenciation des cellules Th2. Il a par exemple été démontré que l’IL-6 exerce un rôle inhibiteur important sur la différenciation des cellules Th2, par le biais d’un mécanisme par lequel les cellules dendritiques contrôlent l’immunité Th2 de manière répressive dominante (Mayer et al., Eur. J. Immunol. 2014). Une altération de la fonction de l’IL-6R a récemment été associée à l’atopie, à l’asthme, à des taux élevés d’IgE et à une inflammation systémique chez deux patients différents présentant des mutations ponctuelles altérant la fonction de l’IL-6R (Spencer et al., J. Exp. Med., 2019). Enfin, et c’est un point important, des données très récentes issues d’une étude clinique réalisée par le Département Infection et immunité du LIH en collaboration avec le Service d’Immuno-Allergologie du CHL au Luxembourg (données non publiées ; https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02931955) et d’un modèle préclinique murin d’immunothérapie allergique (https://doi.org/10.22541/au.159557049.95398835) ont indiqué qu’une augmentation précoce des taux de cytokines inflammatoires était associée au succès de l’immunothérapie. Considérées ensemble ; ces observations suggèrent que de nouvelles approches pour une immunothérapie allergène et une prévention des allergies réussies pourraient être développées sur la base de la modulation des voies des cytokines impliquées. 

OBJECTIF ET HYPOTHESE

Nous étudierons les défauts dans les voies des cytokines inflammatoires dans des modèles murins génétiquement modifiés et nous analyserons les modulations qui en résultent dans l’établissement d’une allergie des voies respiratoires médiée par les cellules TH2 ainsi que l’induction d’une tolérance par un traitement d’immunothérapie spécifique à l’allergène. Nous avons développé ces dernières années un modèle murin hautement caractérisé d’asthme allergique aux allergènes de chat, qui peut être utilisé pour les évaluations précliniques de nouvelles approches immunothérapeutiques. L’adaptation de ce modèle à des souris présentant des défauts dans les cascades de signalisation des cytokines inflammatoires offrira de nombreuses possibilités de caractériser le rôle de la signalisation des cytokines sur le développement ou la résolution d’une allergie. Nous nous attendons à ce que les souris présentant une perte fonctionnelle de ces voies de cytokines développent des symptômes d’allergie accrus, tels qu’une hyperréactivité des voies respiratoires de type allergique, des taux d’IgE plus élevés et une éosinophilie aggravée des voies respiratoires. Un phénotypage immunitaire profond et un profilage génétique des cellules immunitaires clés identifiées dans la voie impliquée fourniront des informations essentielles à la compréhension du mécanisme à l’origine des phénotypes allergiques observés. À l’inverse, nous supposons que l’amplification du signal par le biais de ces cytokines et de leurs récepteurs pourrait atténuer les symptômes de l’allergie et induire une tolérance clinique. 

METHODES 

Notre équipe a déjà établi le modèle murin de sensibilisation allergique, ainsi que toutes les techniques permettant la caractérisation fine des animaux par des lectures complémentaires (hyperréactivité des voies aériennes, éosinophilie, profils d’Ig, phénotypage profond des cellules du poumon, de la rate ou des ganglions lymphatiques par cytométrie de flux ou de masse, et tests de fonctionnalité ex vivo). Nous avons l’intention d’isoler des cellules effectrices, des cellules T et des cellules Treg à de souris témoins et de souris souffrant d’une allergie aggravée en vue de séquençages de cellule unique et d’analyses génomiques, transcriptomiques et épigénomiques. Une partie du travail sera consacrée au développement de pipelines bioinformatiques afin de traiter les mégadonnées recueillies dans le cadre du projet et d’associer les résultats du modèle préclinique aux données génomiques humaines provenant de cohortes de patients existantes. 

Markus
Ollert
Cathy
Leonard

Projet 1.5. – Immunogénomique : identification de modifications génétiques à l’origine de dysfonctionnements immunitaires chez des patients individuels 

INTRODUCTION 

Le séquençage de nouvelle génération a révolutionné l’ensemble du domaine de la recherche génomique fondamentale et translationnelle (Boycott et al., 2013). Avec une couverture suffisante, la technologie actuelle de séquençage avec des approches computationnelles de construction de consensus en matière de correction d’erreurs a permis une caractérisation précise et rapide des mutations ou des variants génétiques de l’ensemble du génome humain (Salk et al., 2018). D’énormes progrès ont déjà été réalisés dans l’identification de variants génétiques responsables/vecteurs d’une variété de maladies, y compris le cancer (Garraway et al., 2013), les maladies rares (Chen et al., 2014) et les maladies à médiation immunitaire de divers organes (Christodoulou et al., 2013). Il reste cependant à relever le défi de l’identification des variants responsables de maladie avec une incidence fonctionnelle sur l’homéostasie parmi la longue liste de potentiels variants candidats. 

OBJECTIF ET HYPOTHESE

Notre hypothèse est que de nombreuses maladies complexes non transmissibles sont au moins partiellement causées par des mutations ou des variations génétiques de gènes connus pour jouer un rôle dans les fonctions et voies immunitaires pertinentes. L’objectif du projet est d’identifier les variants génétiques responsables des phénotypes de maladie, tant subtils que manifestes, chez les patients et les participants en bonne santé consentants et recrutés dans les cohortes dans le cadre de la DTU. 

METHODES 

Nous utiliserons des approches de séquençage du génome entier de l’exome entier pour caractériser en profondeur le paysage génétique de chaque patient ou participant en bonne santé et consentant recruté dans des cohortes spécifiques de l’actuelle DTU. Ensuite, nous restreindrons les variants identifiés au moyen des approches de séquençage de nouvelle génération aux gènes de diverses voies immunologiques pertinentes connues (p. ex. à partir de la base de données KEGG). Nous limiterons en outre ces variants aux gènes provenant d’une base de données d’immunomodulation annotée manuellement et en cours de développement par le groupe partenaire, ainsi qu’aux protéines interagissant avec ces voies immunologiques connues. Les connaissances disponibles dans la littérature, les voies et réseaux liés à la fonction immunitaire et l’expertise dans le domaine de l’immunologie nous permettra de considérablement réduire la liste des candidats. Les effets fonctionnels des nouveaux variants candidats présélectionnés sur le système immunitaire seront étudiés de manière plus approfondie dans les projets correspondants. 

Reinhard
Schneider
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