Fonctions normales et pathologiques de la protéine de signalisation des lymphocytes T, THEMIS, dans les lymphocytes T CD4+

Normal and pathological functions of the T cell signaling protein, THEMIS, in CD4+ T cells

• Auteur / Autrice : Cui Yang
• Direction : Renaud Lesourne, Hélène Daniels
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 05/10/2021
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Toulousain des Maladies Infectieuses et Inflammatoires (Toulouse ; 2021-....)
• Jury : Président / Présidente : Roland Liblau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Renaud Lesourne, Hélène Daniels, Roland Liblau, Rose Zamoyska, Cécile Delarasse, Lennart Mars, Abdelhadi Saoudi, Romain Roncagalli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rose Zamoyska, Cécile Delarasse, Lennart Mars

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles animaux

Réponse immunitaire

Antigène CD4

Mots clés libres

THEMIS

Récepteur d’antigène des lymphocytes T

Lymphocytes T CD4+

Signalisation du TCR

Encéphalomyélite Auto-immune Expérimentale

THEMIS

T cell antigen receptor

CD4+ T cells

TCR signaling

Experimental autoimmune encephalomyelitis

Résumé

Les lymphocytes T (LT) CD4+ (aussi appelés LT helper ou LTh) jouent un rôle central dans le déclenchement et le contrôle des réponses immunitaires adaptatives. Les LT CD4+ dits naïfs peuvent se différencier en différentes sous-populations de LT effecteurs ayant des fonctions immunitaires spécifiques, qui contribuent à orchestrer la défense de l'hôte contre diverses classes d'agents pathogènes. Ce processus de différentiation dépend de l'intégration de plusieurs signaux déclenchés par le récepteur d’antigène des LT (TCR), qui reconnait des peptides du Soi ou étrangers associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH), et par un ensemble de récepteurs aux cytokines plus ou moins stimulés selon les cytokines présentes dans le milieu extracellulaire. En plus de signaux contrôlant la différentiation des LT effecteurs, des signaux supplémentaires sont importants pour contrôler l'amplitude des réponses effectrices des LT et établir un équilibre optimal entre une bonne efficacité des réponses immunitaires et la prévention de réponses potentiellement pathologiques. THEMIS est une protéine de la lignée des LT qui joue un rôle essentiel lors de leur sélection positive dans le thymus. THEMIS a été identifiée comme une protéine de signalisation du TCR mais sa fonction dans ce contexte est encore controversée. Son rôle dans les LT périphériques, en particulier dans les LT CD4+, reste mal caractérisé. L'objectif de cette étude a été d'étudier le rôle de THEMIS dans les réponses normales et pathologiques des lymphocytes T CD4+. En utilisant un modèle murin sélectivement déficient pour THEMIS après l'étape de sélection positive dans le thymus (souris lateCD2-Cre themisflox/flox; nommées themis-TKO), nous avons observé que le déficit en THEMIS a des conséquences opposées sur les réponses des LT CD4+ lors de la stimulation du TCR in vitro et après immunisation avec des antigènes étrangers et/ou du Soi in vivo. In vitro, le déficit en THEMIS entraîne une augmentation sélective de la production d’IFN dans les LTh1 due à une augmentation spécifique de la phosphorylation des MAP kinases ERK1/2 suite à la stimulation du TCR. En revanche, l'absence de THEMIS n'a pas d’effet sur les signaux pro-Th1 déclenchés par les récepteurs à l’IL-12 et à l’IFN. In vivo, la déficience en THEMIS entraîne une diminution de la production d’IFN par les LT CD4+ spécifiques d'antigènes exogènes associée à des niveaux d'expression plus faible du facteur de transcription pro-Th1 T-bet. En outre, la susceptibilité au développement de l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), le modèle murin classique de sclérose en plaques, est diminuée chez les souris themis-TKO. Les LT CD4+ déficients en THEMIS sont caractérisés par un potentiel encéphalitogénique atténué, de faibles niveaux d’expression du facteur de transcription T-bet et du récepteur CXCR3 ainsi qu’une moindre capacité à produire de l’IFN. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que THEMIS exerce des effets inhibiteurs sur la signalisation du TCR et les réponses des lymphocytes T CD4+ in vitro ; effets contrebalancés in vivo par des signaux indépendants du TCR qui amplifient les réponses Th1 normales et neuro-inflammatoires. En conclusion, ce travail de thèse apporte un nouvel éclairage sur les fonctions de THEMIS sur la signalisation du TCR et identifie des effets potentiellement pathologiques de THEMIS dans les maladies auto-immunes affectant le système nerveux central.

CD4+ T cells or T helper (Th) cells play a pivotal role in triggering and shaping adaptive immune responses. Naïve CD4+ T cells may differentiate into multiple effector subsets with distinct lineages and specific immune functions which help to orchestrate host defense against various classes of pathogens. The mechanism that controls cell fate decision depends on the integration of multiple signals triggered by the T cell antigen receptor (TCR), which recognize Self or foreign peptide associated with the molecules of the Major Histocompatibility Complex (MHC), and by an array of cytokines receptors which are stimulated according to the cytokines present in the extracellular environment. In addition to those cell fate decision signals, additional signals are important to control the magnitude of T cell effector responses and set the balance between effective and pathologic immune responses. THEMIS is a T cell lineage protein that plays an essential role during the positive selection of T cells in the thymus. THEMIS has been characterized as a TCR signaling protein, but whether it operates as an inhibitor or enhancer of TCR signals has been controversial. Its function in peripheral T cells, especially in peripheral CD4+ T cells, remains poorly characterized. The objective of this study was to investigate the role of THEMIS in normal and pathological CD4+ T cell responses. By using a mouse model which is selectively deficient for THEMIS after the stage of positive selection (lateCD2-Cre themisflox/flox mice; named themis-TKO), we observed that THEMIS deficiency has opposite consequences on CD4+ T cell responses upon TCR stimulation in vitro and following immunization with foreign- and self-antigens in vivo. In vitro, THEMIS deficiency leads to a selective increase of interferon-gamma production in Th1 polarized CD4+ T cells. The absence of THEMIS did not affect pro-Th1 signals mediated by IL-12 and IFN receptors but results in a specific increase of the phosphorylation of ERK1/2 MAP kinases following TCR stimulation which is responsible for the increased production of Th1 cytokines observed in THEMIS deficient CD4+ T cells. In vivo, immunization of themis-TKO with a foreign antigen leads to decreased production of IFN by antigen-specific CD4+ T cells associated with a lower expression level of the transcription factor T-bet. Also, susceptibility to the development of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE), the murine model of Multiple Sclerosis, is decreased in themis-TKO mice. This is associated with an attenuated encephalitogenic potential of themis-TKO CD4+ T cells, which express lower levels of the pro-Th1 transcription factor T-bet and of the chemokine receptor CXCR3 and produce reduced amounts of interferon-gamma. Altogether, these results suggest that THEMIS exerts inhibitory effects on TCR-mediated signaling and CD4+ T cell responses in vitro, which are overcome in vivo by TCR-independent signals that promote normal and neuro-inflammatory Th1 responses. In conclusion, this thesis work presents insights that may explain the previous discrepancy associated with the function of THEMIS on TCR signaling and identifies a deleterious effect of THEMIS on the regulation of Central Nervous System autoimmunity.