Echappement à l'inactivation du chromosome X des gènes Tlr7 et CXorf21 : mécanismes et conséquences dans la réponse B

Escape from X-chromosome inactivation of the Tlr7 and CXorf21 genes : mechanisms and consequences in the B cell response

• Auteur / Autrice : Charles-Henry Miquel
• Direction : Jean-Charles Guéry, Yosra Messai
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 19/10/2022
• 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 : Joost Van Meerwijk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Charles Guéry, Yosra Messai, Joost Van Meerwijk, Thierry Defrance, Vanja Sisirak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Delpy, Marion Espéli, Anne-Sophie Korganow

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réponse immunitaire

Chromosomes sexuels

Lupus érythémateux aigu disséminé

Mots clés libres

Lupus érythémateux systémique

Différences liées au sexe

TLR7

Chromosome X

Lymphocyte B

TLR7

Systemic lupus erythematosus

Sex bias in autoimmunity

X chromosome

B cells

Résumé

Les femmes répondent aux infections virales plus vigoureusement que les hommes, mais sont également plus sensibles aux maladies auto-immunes. Le récepteur « Toll like » 7 (TLR7), codé sur le chromosome X, joue un rôle clé dans l’immunité innée contre les virus à ARN, mais peut également répondre à des ligands endogènes contenant des ARN simple brin (ARNsb), ce qui peut entraîner le développement de maladies auto-immunes comme le Lupus Erythémateux Systémique (LES) qui touche préférentiellement les femmes.Chez les femelles, un chromosome X subit une inactivation aléatoire (ICX) afin d’égaliser l’expression des gènes liés à l’X entre les deux sexes. Cependant, l’ICX est incomplète et environ 23% des gènes liés à l’X échappent à l’inactivation. Nous avons établi que TLR7 échappe à l’ICX dans les lymphocytes B (LB) de femmes saines et que les LB TLR7 bi-alléliques ont une capacité accrue à se différencier en plasmocytes IgG+.Nous pensons que le double dosage de TLR7 résultant de l’échappement à l’ICX au sein des LB serait un mécanisme conservé au cours de l’évolution chez les mammifères permettant aux femelles de générer des réponses anticorps de meilleures qualités contre les virus à ARNsb, afin d’assurer la survie de leur descendance grâce au transfert vertical d'anticorps protecteurs. Notre hypothèse est que cet avantage évolutif conférant aux femelles une réponse B augmentée vis-à-vis de pathogènes serait également impliqué dans la génération d’auto-anticorps suite à la reconnaissance d’ARNsb du soi par TLR7, expliquant ainsi la plus grande susceptibilité des femmes à développer des maladies auto-immunes telles que le LES. Un autre gène lié à l’X « CXorf21 » a été récemment décrit dans la littérature comme étant un locus de susceptibilité au lupus et relie la signalisation des TLR endolysosomaux, tel que TLR7, à la voie des interférons de type 1.Mon projet de thèse vise à étudier si l’échappement de TLR7 et CXorf21 confère un avantage immunitaire aux femelles contre les virus ARNsb et, a contrario, si ce mécanisme est délétère dans un contexte auto-immun tel que le LES.Dans un premier temps, j’ai démontré que CXorf21 et Tlr7 échappent à l’ICX dans les LB de souris et de donneuses saines. J’ai observé une augmentation de la fréquence des LB bi-alléliques pour Tlr7 et CXorf21 chez les souris NZM Sle1,2,3 comparé aux souris C57BL/6. De plus, suite à l’immunisation de souris par des nanoparticules chargées en ARNsb (Qβ-VLP), mimant une infection par un virus ARNsb, les LB spécifiques Qβ sont enrichis en cellules bi-alléliques pour Tlr7 et CXorf21. Dans ce modèle, j’ai mis en évidence une réorganisation de la chromatine sur le Xi, caractérisée par le rapprochement spatial des loci CXorf21 et Tlr7 en dehors du compartiment de l’ARN Xist. Ainsi, nous proposons un phénomène de relocalisation de ces loci dans des zones accessibles à la transcription favorisant leur échappement à l’ICX ce qui pourrait contribuer à la plus grande susceptibilité des femmes au lupus.Dans un second temps, nous avons généré des modèles génétiques murins permettant de suivre et/ou d’éliminer constitutivement les cellules Tlr7 bi-alléliques au cours d’une réponse B. A l’état basal, les LB Tlr7 bi-alléliques ont une expression protéique augmentée de Tlr7 par rapport aux LB mono-alléliques. De plus, ces cellules se caractérisent par un profil « hyperfonctionnel », associé à un phénotype distinct, et une capacité́ accrue à se différencier en plasmocytes IgG+ in vitro comparé aux cellules mono-alléliques. Enfin, les femelles, chez lesquelles nous forçons l'expression mono-allélique de Tlr7, présentent une diminution significative de la réponse anticorps primaire et secondaire anti-QB-VLP par rapport aux femelles contrôles. Ainsi, nous apportons la preuve d’un lien de causalité entre l’échappement de Tlr7 à l’ICX et le développement de réponses anticorps antivirales de plus forte intensité chez les femelles)

Women respond to viral infections more vigorously than men, but are more susceptible to autoimmune diseases. The ''Toll like'' receptor 7 (TLR7), encoded on the X chromosome, plays a key role in innate immunity against RNA viruses, but can also respond to endogenous ligands containing single-stranded RNAs (ssRNAs), which can lead to the development of autoimmune diseases such as Systemic Lupus Erythematosus (SLE) which preferentially affects women.In females, one X chromosome undergoes random inactivation (XCI) in order to equalize the expression of X-linked genes between sexes. However, XCI is incomplete and about 23% of X-linked genes escape knockdown. We have established that TLR7 escapes XCI in B cells (B cells) from healthy women and that bi-allelic TLR7 B cells have an increased ability to differentiate into IgG+ plasma cells.We believe that double dosage of TLR7 resulted from XCI escape within LBs, may be an evolutionarily conserved mechanism in mammals allowing females to generate higher quality antibody responses against ssRNA viruses. In order to ensure the survival of their offspring thanks to the vertical transfer of protective antibodies. Our hypothesis is that this evolutionary advantage, conferring on females an increased B response to pathogens, would also be involved in the generation of autoantibodies following the recognition of self-ssRNA by TLR7, thus explaining the greater susceptibility women to develop autoimmune diseases such as SLE. Another X-linked gene ''CXorf21'' has recently been described in the literature as a lupus susceptibility locus and relies on signaling from endolysosomal TLRs, such as TLR7, to the type 1 interferon pathway.My thesis project aims to study if the escape of TLR7 and CXorf21 presents an immune advantage to females against ssRNA viruses and, conversely, if this mechanism is deleterious in an autoimmune context such as SLE.First, I demonstrated that CXorf21 and Tlr7 escape from XCI in B cell from healthy mice and donors. I observed an enrichment of Tlr7 and CXorf21 bi-allelic B cells in NZM Sle1,2,3 mice compared to C57BL/6 mice. Moreover, following the immunization of mice with nanoparticles loaded with ssRNA (Qβ-VLP), mimicking an infection by an ssRNA virus, the Qβ-specific B cells are enriched in Tlr7/CXorf21 bi-allelic cells. In this model, I highlighted a chromatin reorganization on the Xi, characterized by the spatial rapprochement of the CXorf21 and Tlr7 loci outside the Xist RNA compartment. Thus, we propose a relocalization mechanism of these loci in areas accessible to transcription favoring their escape from ICX, which could contribute to the greater susceptibility of women to lupus.In a second step, we generated mouse genetic models allowing to follow and/or to constitutively eliminate bi-allelic Tlr7 cells during a B cell response. At steady state, Tlr7 bi-allelic B cells have a increased protein expression of Tlr7 compared to mono-allelic B cells. In addition, these cells are characterized by a ''hyperfunctional'' profile, associated with a distinct phenotype, and an increased ability to differentiate into IgG+ plasma cells in vitro compared to mono-allelic cells. Finally, the females in which we force the mono-allelic expression of Tlr7 show a significant decrease in the primary and secondary anti-QB-VLP antibody response compared to the control females. Thus, we provide evidence of a causal link between the escape of Tlr7 to ICX and the development of stronger antiviral antibody responses in females