Étude de la migration thymique : vers une reconstitution optimale du compartiment T

Study of thymic migration : towards optimal reconstitution of the T

• Auteur / Autrice : Victoria Michaels Lopez
• Direction : Sophie Ezine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 23/10/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Sonia Berrih-Aknin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Ezine, Sonia Berrih-Aknin, Rima Haddad, Charles Durand, Magali Irla, Delphine Sauce
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rima Haddad, Charles Durand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interleukine 6

Lymphocytes T

Hématopoïèse

Mots clés libres

Hématopoïèse

Progéniteurs lymphoïdes

Développement T

Thymocytes

Hematopoiesis

Lymphoid progenitors

T cell developement

Thymocytes

Résumé

Notre équipe s’intéresse à la différenciation des cellules souches hématopoïétiques (CSH) vers la lignée des lymphocytes T. Contrairement aux autres lignées sanguines, qui se développent dans la MO, les progéniteurs des lymphocytes T doivent terminer leur différenciation dans le thymus. Ma thèse a un double objectif: 1) caractériser les progéniteurs candidats à la reconstitution T pour établir leur contribution à celle-ci et 2) identifier les stades initiaux de la reconstitution T. Nous avons mis en évidence que seul le progéniteur multipotent au stade 3 (MPP3 : Lin- Sca1+ c-Kit+ VCAM1- Flt3+) et le progéniteur commun lymphoïde (CLP : Lin- Sca1lo c-Kitlo IL7Ra+ Flt3-) circulent dans le sang. De plus, nos résultats montrent que les gènes impliqués dans l’engagement T et dans la migration thymique sont uniquement exprimées par la population MPP3 circulante. Cette population est la plus compétente pour générer des précurseurs T (pré-T). Au contraire, les CLPs sont plus efficaces pour la production de différents types de cellules B de la rate. Par la suite, mon projet a consisté à déterminer la proportion de progéniteurs contribuant à la reconstitution T. En effet, le thymus peut être colonisé par différents progéniteurs (LMPP, Lymphoid-primed Multipotent Progenitors, et CLP), mais leur contribution dans la différenciation T reste inconnue et est sujet à controverse. Nous avons utilisé une stratégie innovante pour suivre les progéniteurs avec une séquence d’ADN ou Code Barre (CB) intégrée dans le génome par un vecteur viral. Les résultats préliminaires indiquent qu'une forte fréquence de CBs en provenance de la population LMPP est retrouvée dans le compartiment T thymique. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés à élucider le premier stade de différenciation T dans le thymus et l’identité cellulaire et moléculaire des premiers migrants thymiques pour comprendre le délai de génération de ce compartiment. La population thymique la plus immature (TN1 : Lin- CD44+ CD25+) présente différentes sous-population selon l’expression de c-Kit et de CD24 chacune de ces différentes populations TN1 pourrait participer à cette reconstitution T. Leur analyse moléculaire montre deux lignées cellulaire selon l’expression de Pu1, dans les TN1 c-Kit+, et de Cd3e, dans la sous-population TN1e (CD24- c-Kit-). En parallèle, pour éclaircir le processus d’engagement des cellules T, ces sous-populations de TN1 ont été étudiées dans différentes conditions de reconstitution : une reconstitution endogène suite à une irradiation sub-létale et une exogène après greffe de MO. Nos résultats permettent de préciser les caractéristiques, propres aux progéniteurs thymiques au stade TN1, qui leur confèrent des compétences à se différencier et à proliférer plus efficacement. Après irradiation ou greffe de MO, le compartiment TN1 est constitué de cellules à faible capacité proliférative. Le thymus en état de reconstitution génère tout d’abord des cellules présentatrice d’antigène (APC) puis les cellules T. Ces deux points suggèrent que les cellules à faible capacité proliférative seront plus aptes à générer des cellules APC plutôt que des cellules T. Il reste à déterminer quel environnement thymique permet le maintien des cellules à faible capacité proliférative, notamment, par rapport à l’expression de Delta-4, de l’IL7 et du ligand c-Kit. Cela va permettre l'identification de facteurs favorisant leur induction et leur expansion. Il nous semble aussi intéressant d’étudier la contribution de la population à faible capacité proliférative, TN1 CD24- c-Kit-, dans la différenciation T.

Within the hematopoietic system, hematopoietic stem cells (HSCs) are the only cells with the functional capacity to give rise to all blood lineages and to self-renew for life. These properties and the ability of HSCs to engraft conditioned recipients permitted to apply these cells in regenerative medicine. Like all blood lineages, T cells develop from bone marrow HSC. However, T lineage development requires many weeks, three separate anatomical sites (bone marrow, blood and thymus), many environments and the loss of multiple alternative lineage potentials. Many questions remain to be clarified during this process: do all progenitors have an intrinsic feature of T cell development ? How does this intrinsic potential express ? How the bloodstream contributes to the T cell development ? Which BM progenitor contributes to T cell reconstitution ? What are the characteristics of T cell reconstitution ? We have shown that only the multipotent progenitor in stage 3 (MPP3: Lin- Sca1+ c-Kit+ VCAM1- Flt3+) and a subset of the common lymphoid progenitor (CLP Flt3-: Lin- Sca1lo c-Kitlo IL7Ra+ Flt3-) circulate in the blood. Moreover, our results show that T cell engagement and thymic migration genes are modulated in the circulation, especially up-regulated in the MPP3 circulating subset. This population present a T cell intrinsic potential and is the most competent to generate precursors T (pre-T). On the contrary, CLPs subsets are more efficient for the production of different B cells. Lymphoid primed multipotent progenitor (LMPP, MPP Flt3+) and CLP subsets' respective contributions to the T cell pathway are still being hotly debated. Multiple progenitors in BM have been shown to possess T lineage potential when placed in the thymus. However, it is unlikely that all of them contribute physiologically to thymopoiesis. It was claimed that CLPs are the earliest lymphoid committed progenitor from which B and T lineage cells arise. However, the concept that the CLP is the progenitor population through which all T lymphocytes are derived has been challenged. More specifically, which BM progenitor contribute to the T cell reconstitution ? In order to answer this question, we used an innovative strategy to follow the progenitors with a DNA sequence or Barcode (BC) integrated into the genome by a viral vector. Preliminary results indicate that a high frequency of BCs from the LMPP population is found in the T cell lineage. Finally, we characterized the first stage of T cell differentiation in the thymus by a cellular and molecular asses. We show that the most immature thymic population (TN1: Lin- CD44+ CD25+), at the molecular level, contain two separate lineages, detected by Pu1 (TN1a and b) or CD3e (TN1e) gene expression. In order to clarify the process of T-cell involvement, these TN1 subsets have been studied under different reconstitution conditions: endogenous reconstruction following sub-lethal irradiation and exogenous after bone marrow (BM) graft. In these conditions, the TN1 compartment presents cells with low proliferative capacity and that antigen presenting cells (APC) are the first mature population and thus T cells are generated in second place. These two points suggest that cells with low proliferative capacity will be more apt to generate APC cells rather than T cells. It remains to be determined which thymic environment permits the maintenance of cells with a low proliferative capacity, in particular, with respect to the expression of Delta-4, IL7 and the c-Kit ligand. This will allow the identification of factors favoring their induction and their expansion. It also seems interesting to study the contribution of the population with low proliferative capacity, TN1 CD24- c-Kit-, in the T cell differentiation.