Etude de l'impact de la perte de PTEN sur le développement leucémique des lymphocytes T : modélisation booléenne et analyse du transcriptome à l'échelle de la cellule unique

Study of impact of Pten-loss in leukemic development of T cell : boolean modelling and transcriptomic analysis at single-cell resolution

• Auteur / Autrice : Saran Pankaew
• Direction : Dominique Payet-Bornet, Élisabeth Rémy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 12/10/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Immunologie Marseille-Luminy (1976-....) - Institut de mathématiques de Marseille (I2M) (Marseille, Luminy) (2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Mossadek Talby
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Becker, Yuna Blum
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Loredana Martignetti, Jean-François Peyron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gène PINK1

Réseaux de régulation génétique

Lymphocytes T

Leucémie lymphoïde

Mots clés libres

Analyse des cellules unique

Pten

Réseaux de régulation

Modélisation logique

Signalisation TCR

Single-Cell analysis

Pten

Regulatory network

Logical modeling

TCR signaling

Résumé

Les leucémies lymphoblastiques aiguës à cellules T (LAL-T) sont des proliférations malignes de thymocytes. Dans les LAL-T, le gène PTEN est inactivé de façon récurrente et son altération est fréquemment associée aux LAL-T TCRαβ+; mon laboratoire d'accueil (CIML) a montré que la signalisation TCRαβ est directement impliquée dans la leucémogenèse médiée par PTEN. L'objectif de mon projet de thèse a été de comprendre l'interaction fonctionnelle entre la signalisation TCRαβ et PTEN afin de décrypter les mécanismes moléculaires déterminant le destin des thymocytes PTEN-déficients vers la leucémie ou la mort.Notre premier projet a utilisé des données scRNA-seq pour comparer des thymocytes physiologiques et pathologiques (Pten-del). Nous observons que les thymocytes Pten-del présentent une réduction de l'activité de la voie de signalisation du calcium, ce qui est confirmé *ex vivo* par un test de flux de calcium. Pour comprendre ce mécanisme, j'ai construit un modèle mathématique centré sur les mécanismes contrôlant le flux de calcium, qui inclut PTEN et la signalisation externe du TCR. Ce modèle a identifié les éléments clés de l'inhibition du flux calcique, qui sont confirmés ex vivo dans les thymocytes Pten-del.J’ai débuté une analyse préliminaire de données scRNA-seq multimodales (ARNm, protéines de surface et clonotypes TCR ). Cette analyse devrait contribuer à une meilleure compréhension de la genèse des leucémies des thymocytes Ptendel. Dans l'ensemble, mon travail montre qu'une approche interdisciplinaire, impliquant la modélisation et des technologies de pointe single-cell, peut contribuer à la compréhension de processus biologiques tels que la leucémogenèse.

T-cell acute lymphoblastic leukemias (T-ALL) are malignant proliferations of thymocytes. In T-ALL, PTEN is recurrently inactivated and is frequently associated with TCRαβ+ T-ALL; moreover, my host laboratory (CIML) showed that TCRαβ signaling is directly involved in PTEN-mediated leukemogenesis of thymocytes. The main objective of my thesis project was to better understand the functional interaction between TCRαβ signaling and PTEN in order to decipher mechanisms determining the fate of PTEN-deficient T cells toward leukemia or cell death. Our first project utilized scRNA-seq data to compare physiological and pathological (Cd4-Cre x Pten-fl/fl, called Pten-del) thymocytes. We found that Pten-del thymocytes exhibit a decrease in calcium signaling pathway activity, which is confirmed *ex vivo* by calcium flux assay. To understand this mechanism, I constructed a mathematical model focusing on the mechanisms controlling calcium flux, which includes PTEN and the external TCR signaling. This qualitative model reproduces the dynamics reported in the literature and identified key elements of calcium flux inhibition, which are confirmed experimentally in Pten-del thymocytes. Another preliminary project focuses on PTEN involvement before and during leukemogenesis. We used single-cell multimodal data (mRNA, surface proteins expression and TCR clonotype) to better understand the impact of the thymic selection on the fate of Pten-del thymocytes. Overall, my work shows that an interdisciplinary approach, involving mathematical modeling and cutting-edge single-cell technologies, has contributed to understanding complex biological processes such as leukemogenesis.