Régulation épigénétique de la programmation des lymphocytes T CD4 par SETDB1

Epigenetic regulation of CD4 T cell programmation by SETDB1

• Auteur / Autrice : Bénédicte Binet
• Direction : Olivier Joffre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 23/10/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Physiopathologie de Toulouse-Purpan (Toulouse ; 2002-2020)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules T auxiliaires

Épigénétique

Mots clés libres

SETDB1

Lymphocytes T CD4

Épigénétique

Différenciation

T helper

Rétrovirus endogènes

CD4 T cells

Epigenetic

Differentiation

T helper

Endogenous retroviruses

Résumé

Chez les mammifères, les lymphocytes T CD4 sont essentiels à la défense de l’organisme contre des infections par des pathogènes ou le développement de tumeurs. Après activation, les lymphocytes T CD4 naïfs ont la capacité de se différencier en divers lymphocytes T helper (Th1, Th2, Th17…) en fonction des signaux reçus. Le choix du lignage permet d’adapter le phénotype et la fonction des cellules au type de danger détecté. Le processus de différenciation des lymphocytes T helper implique l’établissement de programmes d’expression des gènes distincts. La dynamique et la stabilité de ces programmes sont notamment régulées par l’activité d’éléments cis-régulateurs. Le but de ma thèse était de comprendre les mécanismes épigénétiques qui contrôlent la programmation des lymphocytes T CD4. Dans cet objectif, nous avons étudié le rôle de la H3K9 méthyl-transférase SETDB1 dans la différenciation des lymphocytes T CD4 en Th1 et Th2, deux lignages T helper fortement antagonistes. Nous avons découvert que SETDB1 réprime de manière critique le programme d’expression des gènes Th1. En effet, en l’absence d’expression de Setdb1, la différenciation Th1 est exacerbée. De plus, lorsqu’elles sont exposées à un signal pro-Th1, les cellules Th2 franchissent les barrières de lignage et se transdifférencient en Th1. De manière surprenante, SETDB1 ne cible pas directement les enhancers Th1. Au contraire, l’enzyme dépose de manière type cellulaire spécifique la marque répressive H3K9me3 au niveau d’un set restreint de rétrovirus endogènes (ERVs). Des analyses bio-informatiques ont indiqué que les rétrotransposons ciblés sont fortement associés à des gènes impliqués dans les processus immunitaires. La suite de ces analyses a indiqué que ces ERVs flanquent et répriment l’activité d’éléments cis-régulateurs des gènes Th1, ou agissent eux même comme des enhancers du lignage. En conclusion, la déposition de H3K9me3 par SETDB1 garantit l’intégrité des lymphocytes T helper en réprimant un panel d’ERVs qui ont été exaptés en modules cis-régulateurs pour façonner et contrôler le réseau de gènes Th1.

CD4 T lymphocytes play a central role in the defense of mammal organisms against infections by pathogens and the development of tumors. Upon activation, naïve CD4 T cells differentiate into distinct helper cell subsets depending on environmental cues. T helper cells are key players of the immune system as they finely orchestrate immune responses in a danger-adapted manner. The process of T helper differentiation relies on the establishment of complex and lineage-specific gene expression programs. The dynamics and stability of these programs are regulated at the chromatin level through epigenetic control of cis-regulatory elements. My thesis objective was to investigate the epigenetic pathways involved in the regulation of enhancer activity in CD4 T cells. In this purpose, we studied the role of the H3K9 specific methyltransferase SETDB1 in the differentiation of Th1 and Th2 cells, which are strongly antagonistic. We report that SETDB1 critically represses the Th1 gene expression program. Indeed, Setdb1-deficient naïve T cells show exacerbated Th1 priming. Moreover, when exposed to a Th1-instructive signal, SETDB1-deficient Th2 cells cross lineage boundaries and transdifferentiate into Th1 cells. Surprisingly, SETDB1 does not directly target Th1 enhancers to heterochromatin. Instead, SETDB1 deposits the repressive H3K9me3 mark at a restricted and cell type specific set of endogenous retroviruses, strongly associated with genes involved in immune processes. Further bioinformatic analyses indicated that these retrotransposons flank and repress Th1 gene cis-regulatory elements or behave themselves as Th1 gene enhancers. Thus, H3K9me3 deposition by SETDB1 ensures T cell lineage integrity by repressing a repertoire of ERVs that have been exapted into cis-regulatory modules to shape and control the Th1 gene network.