The development of immunotherapies against viral infections and cancer requires a better understanding of the key parameters that control T cell-mediated immune responses, such as TCR-ligand binding avidity. The overall aim of this thesis was to improve our knowledge regarding the contribution of TCR binding avidity in mediating the functional potency and maintaining the long-term memory of antigen-specific CD8 T cells. We first performed a comprehensive study of TCR-pMHC binding avidity (i.e. off-rates) combined with various functional assays on large libraries of tumor- and virus-specific CD8 T cell clones from melanoma patients and healthy donors. We demonstrated that TCR-pMHC off-rates accurately predicted the functional potential of antigen-specific CD8 T cells. Our data also confirmed the superior binding avidities of virus-specific compared with tumor–specific T cell clonotypes. The TCR-pMHC off-rate is a more stable and robust biomarker of CD8 T cell potency than frequently used functional assays that depend on multiple parameters, including T cell activation state. Together, our data show that the TCR-pMHC binding avidity is a reliable biophysical parameter for patient monitoring during immunotherapy. In the second part of this thesis, we investigated whether TCR-ligand avidity is a determining factor for the clonal selection and evolution of antigen-specific T cells over time. We studied TCRαβ clonotype composition and persistence over a period of 15 years combined with TCR-pMHC binding avidity analyses on large repertoires of cytomegalovirus (CMV)- and Epstein-Barr virus (EBV)- specific CD8 T cell clones from healthy donors. Within CMV-specific T cell repertoires, we observed the progressive contraction of clonotypes of higher TCR-pMHC avidity and lower CD8 binding dependency during chronic antigen exposure. Strikingly, we identified a unique transcriptional signature preferentially expressed by high-avidity T cell clonotypes, including elevated expression of the inhibitory receptor LILRB1. Enhanced proliferative capacity was also observed upon LILRB1 blockade. This was not the case for the EBV-specific T cell clonal composition and distribution that, once established, displayed an unprecedented stability for at least 15 years, independently of TCR-pMHC avidity. Our findings reveal an overall long-term avidity decline of CMV- but not EBV-specific T cell clonal repertoires, highlighting the differing role played by TCR-ligand avidity over the course of these two latent herpesvirus infections. We propose that the mechanisms regulating the long-term outcome of CMV- and EBV-specific memory CD8 T cell responses in humans are distinct.
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Le développement des immunothérapies ciblant les infections virales et les cancers requiert une meilleure compréhension des paramètres-clés qui contrôlent les réponses cellulaires T, tel que l’avidité des TCRs pour leur ligand. L’objectif global de cette thèse était d’améliorer nos connaissances sur la contribution de l’avidité du TCR à la médiation des fonctions cellulaires et au maintien de la mémoire à long terme des cellules T CD8. Nous avons initialement mené une étude analytique sur l’avidité du TCR combinée à divers essais fonctionnels sur des lymphocytes T CD8 dirigés contre des antigènes viraux et tumoraux chez des donneurs sains et des patients atteints de mélanome. Nous avons démontré que l’avidité du TCR prédisait avec précision les fonctions cellulaires des cellules T CD8. Nos résultats confirment également que les cellules T CD8 spécifiques pour les antigènes viraux sont de plus haute avidité que celles spécifiques pour les antigènes tumoraux. De plus, l’avidité du TCR est un biomarqueur de la capacité fonctionnelle des cellules T, qui est plus stable et robuste que les tests fonctionnels habituellement utilisés. Dans l’ensemble, nos résultats montrent que l’avidité du TCR est un paramètre biophysique fiable pour le suivi des patients traités par immunothérapie. Par la suite, nous avons évalué si l’avidité du TCR était un facteur déterminant pour la sélection clonale des cellules T CD8 au cours du temps. Sur une période de 15 ans, nous avons étudié la composition et la persistance des répertoires clonotypiques dirigés contre le cytomégalovirus (CMV) et l’Epstein-Barr virus (EBV) ainsi que l’avidité du TCR chez des donneurs sains. Dans le cas de la réponse lymphocytaire T contre le CMV, nous avons observé la contraction progressive des clonotypes de plus haute avidité et peu dépendants de l’interaction avec le corécepteur CD8, au cours du temps. Nous avons identifié une signature transcriptionnelle distincte chez les clonotypes de plus haute avidité, avec notamment de l’expression élevée du récepteur inhibiteur LILRB1. Une augmentation de la capacité proliférative des cellules T a également été observée lors du blocage de LILRB1. Cela n’était pas le cas des répertoires des cellules T CD8 dirigées contre l’EBV qui, une fois établis, sont maintenus de façon stable pendant au moins 15 ans, indépendamment de l’avidité du TCR. Nos résultats révèlent un déclin global à long terme de l'avidité des répertoires clonaux de lymphocytes T spécifiques du CMV, mais non de l'EBV, soulignant le rôle différent joué par l'avidité des TCRs au cours des infections latentes induites par ces deux virus. Nous suggérons que des mécanismes distincts régulent l’évolution à long terme des réponses lymphocytaires mémoires T CD8 spécifiques du CMV et de l’EBV chez l'homme.