Regulation of dendritic cell migration : study on the CXCR4 chemokine receptor and the Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper protein dependent mechanisms
Régulation de la migration des cellules dendritiques : étude des mécanismes dépendant du récepteur de chimiokine CXCR4 et de la protéine Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper.
Résumé
Understanding the mechanisms by which dendritic cells (DC) regulate immunity is essential. DC reside in peripheral tissues, including the skin. Within their tissue of residence, immature DC alternate non-oriented migration phases with antigen capture (AG) phases. In this context, migration is in competition for actin stocks with AG capture processes, such as macropinocytosis. Once activated in response to danger signals, macropinocytosis is inhibited and DC become able to migrate rapidly and in a chemokine-dependent way (e.g. toward CXCL12/CCL21) to lymphoid organs (LO). During my thesis, I characterized the contribution of the Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ) protein and the chemokine receptor CXCR4 to the control of DC migration, the mechanisms associated with this control and the pathophysiological consequences of a deregulation of the expression or function of these factors. I have used two mouse models: 1- A model of Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper Protein (GILZ) deletion in DC (GILZko). The previous work of my team has shown that the level of GILZ expression in DC controls their macropinocytosis. 2- A murine model of gain of function for the chemokine receptor of CXCL12: CXCR4. Therefore, I wondered if the GILZko DC and the CXCR4 gain of function DC (CXCR4+/1013) showed an alteration in their in vivo migration capacity. In FITC painting experiments, I demonstrated that GILZko DC and CXCR4+/1013 DC migrate less efficiently than Control DC (CTRL) to the LO. This observation is associated with a constitutive defect in the number of migrating DC in LO in CXCR4+/1013 mice, but not in GILZko mice. To better characterize the impact of GILZ deletion, I studied the migration speed and the ability of GILZko DC to respond to chemokine gradients in vitro. I demonstrated that immature GILZko DC migrate slower than their controls, in direct correlation with increased macropinocytosis. In addition, GILZko DC respond less well to CXCL12 (immature DC) and CCL21 (activated DC) chemokines than CTRL DC. As cytosolic calcium entry into DC is a central process in the regulation of chemotaxis and cell motricity, I the investigated the role of GILZ in controlling the cytosolic calcium entry into these cells. I have shown, for the first time in DC, that GILZ deletion reduces cytosolic calcium concentration and influx. This phenotype is reproducible in CTRL DC by pharmacological inhibition of a glucocorticoid-induced kinase. Finally, the analysis of the consequences of reduced migration from skin DC to LO in our models revealed a worsening of skin inflammation in models of delayed hypersensitivity or chronic inflammation. In conclusion, my work provides new insights on a key process in the establishment of tolerance and immune responses. It demonstrates on the one hand the importance of desensitization of CXCR4 in cutaneous DC to allow them to leave the skin, and on the other hand the involvement of GILZ in regulating the speed and direction of DC migration, according to a mechanism that might depend on the control of calcium responses. Thus, the decrease in GILZ expression in DC, particularly during inflammation, might inhibit their calcium-dependent function. The increased expression of GILZ in DC is known to promote the accumulation of regulatory T cells at the expense of effector T cells. My work suggests that decreasing GILZ expression in DC may not be sufficient to make them efficient in activating T cells in vivo.
Comprendre par quels mécanismes les cellules dendritiques (DC) régulent l’immunité est essentiel. Les DC résident dans les tissus périphériques et notamment la peau. Au sein de leur tissu de résidence, les DC immatures alternent des phases de migration non orientée avec des phases de capture des antigènes (AG). Dans ce contexte, la migration est en compétition pour les stocks d’actine avec les processus de capture des AG, comme la macropinocytose. Une fois activées en réponse à des signaux de danger, la macropinocytose est inhibée et les DC deviennent capables de migrer rapidement et de manière orientée, dépendante de chimiokines (e.g. CXCL12/CCL21), vers les organes lymphoïdes (OL). Au cours de ma thèse, j’ai caractérisé la contribution la protéine Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ) et du récepteur de chimiokine CXCR4 au contrôle de la migration des DC, les mécanismes associés et les conséquences physiopathologiques d’une dérégulation de l’expression ou de la fonction de ces facteurs. J’ai utilisé deux modèles murins : 1- Un modèle de délétion de la protéine Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper (GILZ) dans les DC (GILZko). Les travaux de mon équipe avaient précédemment démontré que le niveau d’expression de GILZ dans les DC contrôle leur macropinocytose. 2- Un modèle murin de gain de fonction du chimiorécepteur à CXCL12 : CXCR4. Ainsi, j’ai cherché à savoir si les DC GILZko et les DC CXCR4 gain de fonction (CXCR4+/1013) présentaient une altération de leur capacité de migration in vivo. Dans des expériences de FITC painting j’ai démontré que les DC GILZko et CXCR4+/1013 migrent moins efficacement que les DC contrôles (CTRL) aux OL. Cette observation est associée à un défaut constitutif du nombre de DC migrantes dans les OL des souris CXCR4+/1013 mais pas ceux des souris GILZko. Pour mieux caractériser l’impact de la délétion de GILZ, j’ai étudié d’une part la vitesse de migration et d’autre part la capacité à répondre aux gradients de chimiokines des DC GILZko. J’ai démontré que les DC GILZko immatures migrent moins vite que leurs contrôles, en corrélation directe avec une macropinocytose accrue. De plus, les DC GILZko répondent moins bien aux chimiokines CXCL12 (DC immatures) et CCL21 (DC activées) que les DC CTRL. L’entrée calcique cytosolique dans les DC étant un processus central pour la chimiotaxie et la motricité des cellules, j’ai ensuite étudié le rôle de GILZ dans le contrôle de l’influx calcique cytosolique de ces cellules. J’ai montré, pour la première fois dans les DC, que la délétion de GILZ réduit les concentration et influx calciques cytosoliques, selon un mécanisme pharmacologiquement reproductible dans les DC CTRL par l’inhibition d’une kinase induite par les glucocorticoïdes. Finalement, l’analyse des conséquences de la réduction de la migration des DC vers les OL dans nos modèles a révélé une aggravation de l’inflammation cutanée dans des modèles d’hypersensibilité retardée ou d’inflammation chronique. En conclusion, mes travaux apportent de nouvelles connaissances sur un processus clé dans la mise en place de la tolérance et des réponses immunitaires. Ils démontrent d’une part l’importance de la désensibilisation de CXCR4 dans les DC cutanée pour leur permettre de quitter la peau et d’autre part l’implication de GILZ dans la régulation de la vitesse et de l’orientation de la migration des DC, selon un mécanisme qui pourrait dépendre du contrôle des flux calciques. Ainsi, la diminution de l’expression de GILZ dans les DC, notamment aux cours d’inflammation, pourrait inhiber leur fonction dépendante du calcium. L’expression accrue de GILZ dans les DC est connue pour favoriser l’accumulation de lymphocytes T régulateurs au détriment des effecteurs. Mes travaux tendent à montrer que faire diminuer l’expression de GILZ dans les DC pourrait ne pas suffire à les rendre efficaces pour activer les lymphocytes T in vivo.
Origine : Version validée par le jury (STAR)