Transcription regulation by Baf180 of RORγt+ cells differentiation and intestinal homeostasis

Régulation de la transcription par Baf180 impactant la différenciation des cellules RORgt+ et de l'homéostasie intestinale

• Auteur / Autrice : Solène Albert
• Direction : Hong Tang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 10/11/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur of Shanghai. Chinese Academy of Sciences
• Jury : Président / Présidente : Huji Xu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Huji Xu, Ju Qui, Rachel Golub, Youcun Qian, Haikun Wang
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Huji Xu, Ju Qui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Citrobacter rodentium

Maladies inflammatoires chroniques de l'intestin

Homéostasie

Mots clés libres

Inflammation

Th17

Cellules RORgt

Baf180

Microbiota

Citobacter rodentium

Inflammation

Th17

RORgt cells

Baf180

Microbiota

Citobacter rodentium

Résumé

Les maladies inflammatoires de l'intestin (MICI) et leur prévalence croissante constituent un enjeu majeur de santé publique. Le CDC estime que 450 000 personnes en Chine sont actuellement touchées, ce nombre devant dépasser 1,5 million d'ici 2025. Les MICI sont le résultat d'un dérèglement de la barrière immunitaire qui entraîne une inflammation intestinale excessive. Afin de surmonter ce problème de santé, une meilleure compréhension de l'interface entre les micro-organismes symbiotiques/pathogènes et le système immunitaire inné est essentielle. En 2017, les recherches de Xiaomeng He et al. ont identifié Baf180 comme un remodeleur de la chromatine nécessaire pour maintenir l'homéostasie de la réponse immunitaire innée intestinale. Ils ont montré que lors d'une infection bactérienne, Baf180 est fortement exprimé dans l'intestin par les cellules épithéliales, en plus des cellules immunitaires telles que les cellules RORgt. Les cellules RORgt (cellules Th17 et ILC3) ont déjà été identifiées comme jouant un rôle clé dans les MICI, cependant, leurs mécanismes de régulation restent mal décrits dans la littérature. La présente recherche visait à identifier le rôle de Baf180 dans RORgt et à décrire comment RORgt contrôle le maintien de l'immunité muqueuse de l'homéostasie intestinale. Dans cette thèse, le modèle de souris RORgt-deltaBaf180 a été développé, validé et caractérisé. Dans les cas d'inflammation induite par Citrobacter rodentium, il a été observé que les souris RORgt-deltaBaf180 développent une réaction immunitaire incontrôlée. Ce phénotype pathogène a entraîné les résultats clés suivants dans les échantillons de souris : perte de poids allant jusqu'à 30 %, élimination retardée des agents pathogènes, symptômes de diarrhée importants, splénomégalie deux fois plus grande que les échantillons de type sauvage (WT), infiltration plus forte de cellules inflammatoires dans le muqueuse, destruction élevée de la muqueuse, raccourcissement important de l'intestin grêle et du côlon, raccourcissement important des villosités et absence de réparation tissulaire efficace. Associée à ce phénotype, la quasi-disparition de la population RORgt a également été observée. Cela a entraîné des changements considérables dans la réaction immunitaire globale : une diminution de la population de Treg et une augmentation des ILC1, ILC2, des cellules dendritiques, des neutrophiles, des Th2, des macrophages et des Th1 (par ordre croissant). En étudiant les profils d'expression des cytokines, une production élevée d'IFNg par Th17 dans le modèle RORgt-deltaBaf180 a été trouvée, ce qui induit la plasticité potentielle de Th17 vers Th1. L'abondance des cellules immunitaires susmentionnées dont le nombre a augmenté dans la muqueuse intestinale a été confirmée par une forte expression de cytokines pro-inflammatoires comme l'IL-18. Grâce à la combinaison de l'analyse en masse et unicellulaire de la chromatine accessible à la transposase avec le séquençage à haut débit (ATACseq) et l'analyse du séquençage de l'acide ribonucléique (RNAseq), plusieurs profils transcriptionnels de gènes impactés par Baf180 ont été identifiés. Leur régulation positive a conduit au blocage de la différenciation Th17 en faveur du développement Th1 par un mécanisme de plasticité. L'orchestration de la réponse immunitaire par Th17 a été perturbée, entraînant le phénotype pathogène décrit précédemment. Avec ces expériences de séquençage, nous avons montré que Baf180 avait un impact via la voie NOD-like. En conclusion, on peut en déduire que Baf180 impacte le développement de Th17 en réprimant l'activation des gènes en faveur de la différenciation Th1. Une réponse Th1 inappropriée entraîne une perte de tolérance et le développement de maladies auto-immunes. A partir de ces résultats, Baf180 peut être considéré comme une cible thérapeutique potentielle contre les MICI.

Inflammatory bowel disease (IBD) and its increasing prevalence is a major public health matter. The CDC estimates that 450,000 people in China are currently affected, with this number expected to exceed 1,5 million by 2025. IBD is the result of deregulation of the immune barrier which leads to excessive intestinal inflammation. In order to overcome this health issue, a better understanding of the interface between symbiotic/pathogenic microorganisms and the innate immune system is essential. In 2017, Xiaomeng He et al.'s research identified Baf180 as a chromatin remodeler required to maintain homeostasis of the intestinal innate immune response. They showed that during a bacterial infection, Baf180 is highly expressed in the midgut by epithelial cells, in addition to immune cells such as RORgt cells. RORgt cells (Th17 and ILC3 cells) have previously been identified as playing a key role in IBD, however, their regulatory mechanisms remain poorly described in the literature. The present research sought to identify the role of Baf180 in RORgt and to describe how RORgt controls the maintenance of gut homeostasis mucosal immunity. In this PhD, the RORgt-deltaBaf180 mice model was developed, validated, and characterized. In cases of Citrobacter rodentium-induced inflammation, it was observed that RORgt-deltaBaf180 mice develop an uncontrolled immune reaction. This pathogenic phenotype resulted in the following key outcomes in the mice samples: weight loss of up to 30%, delayed pathogen clearance, important diarrhea symptoms, splenomegaly twice as large as wild-type (WT) samples, stronger infiltration of inflammatory cells in the mucosa, high mucosa destruction, significant shortening of the small intestine and colon, significant shortening of the villi, and a lack of efficient tissue repair. Associated with this phenotype, the near disappearance of the RORgt population wasalso observed. This resulted in considerable changes to the global immune reaction: a decrease in the Treg population, and an increase in ILC1, ILC2, dendritic cells, neutrophils, Th2, macrophages, and Th1 (in ascending order). By studying the cytokine expression profiles, a high IFNg production by Th17 in the RORgt-deltaBaf180 model was found, which induced the potential plasticity of Th17 toward Th1. The abundance of the aforementioned immune cells whose numbers increased in the intestinal mucosa was confirmed by a high expression of pro-inflammatory cytokines such as IL-18. Through the combination of bulk and single-cell Assay for Transposase Accessible Chromatin with high throughput sequencing (ATACseq) and RiboNucleic Acid sequencing (RNAseq) analysis, several transcriptional profiles of genes impacted by Baf180 were identified. Their upregulation led to the blocking of Th17 differentiation in favor of Th1 development by a plasticity mechanism. The orchestration of the immune response by Th17 was disturbed, resulting in the previously described pathogenic phenotype. With these sequencing experiments, we shown that Baf180 have an impact via the NOD-like pathway. In conclusion, it can be inferred that Baf180 impacts Th17 development by repressing the activation of genes in favour of Th1 differentiation. Inappropriate Th1 response results in loss of tolerance and the development of autoimmune disorders. From these results, Baf180 can be considered as a potential therapeutic target against IBD.