Maladies monogéniques liées à NF-kB : du déficit immunitaire à l'auto-immunité

NF-kB related disorders : from immunodeficiency to autoimmunity

• Auteur / Autrice : Quentin Riller
• Direction : Pierre Quartier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Maladies Génétiques (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Georgin-Lavialle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Puel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Dejardin, Jean Feuillard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteur de transcription NF-kappa B

Réponse immunitaire

Maladies monogéniques

Mots clés libres

Maladie monogénique

NF-KB

RELA

CHUK

IKK

Déficit immunitaire

Autoimmunité

Lupus

Single-Cell

Inborn error of immunity

NF-KB

RELA

CHUK

IKK

Immune deficiency

Autoimmunity

Lupus

Single-Cell

Résumé

La voie de signalisation NF-kB;, séparée en deux voie, canonique et non canonique, est centrale dans le développement des lymphocytes et le contrôle de la réponse immunitaire innée et adaptative, de l'inflammation, de la prolifération cellulaire et de la mort cellulaire. NF-kB; est une famille de facteurs de transcription composée de cinq protéines : p65 (RELA), p105/p50 (NFKB1), c-Rel (REL), p100/p52 (NFKB2) et RELB (RELB). Ces cinq monomères s'associent entre eux pour former des dimères ayant une activité transcriptionnelle ou répressive en fonction des associations. Schématiquement, la voie canonique (composés de dimères p65/p50, p65/p65, c-Rel/p50 majoritairement), est présente dans un état inhibé dans le cytosol et s'active très rapidement après la stimulation d'un grand nombre de récepteurs dont le récepteur du TNF ou les récepteurs antigéniques, entre autres, et active un grand nombre de gènes. A contrario, la voie non-canonique, qui aboutit à la translocation nucléaire d'un hétérodimère de RELB/p52, nécessite un temps long pour s'activer lier au fait qu'elle requiert une néo-synthèse protéique après activation d'un nombre restreint de récepteurs et aboutit à la transcription d'un nombre limité de gènes. Les I-kappa B kinases sont centrales dans l'activation des deux voies : IKKbeta; est essentielle à la voie canonique et IKKalpha;, essentielle à la voie non canonique. Ces kinases sont responsables de la phosphorylation d'inhibiteurs de la translocation nucléaire des facteurs de transcription NF-kB; ce qui entraine leur dégradation par le protéasome. Ces deux voies sont finement régulées, notamment par des systèmes de boucle de rétrocontrôle négatif. Les erreurs innées de l'immunité ou déficits immunitaire primitifs sont des maladies rares qui ont permis, par leur étude approfondie, d'établir les protéines de la voie NF-kB; essentielles au bon fonctionnement du système immunitaire chez l'homme. Quelques variant homozygotes de IKKalpha; ont été rapportés dans la littérature comme associés à des maladies monogéniques dont un variant associé à un déficit immunitaire combiné dont le caractère perte de fonction est avérée. Dans ce travail, nous avons réalisé la caractérisation fonctionnelle d'un variant hétérozygote du gène CHUK codant la protéine kinase IKKalpha; chez une patiente présentant un déficit immunitaire combiné syndromique. Nous avons mis en évidence un défaut complet d'activation de la voie non-canonique in vitro dans les cellules primaires de la patiente et reproduit le défaut d'activation dans un modèle d'expression ectopique. Nous avons pu mettre en évidence que le variant exerçait une activité de dominance négative. Enfin nous avons pu reconstituer les cellules de la patiente avec avec l'allèle wt ce qui a permis de rétablir partiellement le phénotype normal d'activation de la voie non-canonique. Un deuxième travail de cette thèse a consisté en l'étude de variants hétérozygotes de RELA chez des patients présentant un lupus érythémateux systémique juvénile ou un phénotype auto-inflammatoires parfois à mutation identique. Les études in vitro ont montré que ces variants étaient exprimés mais qu'ils étaient perte de fonction vis-à-vis de leur activité transcriptionnelle NF-kB;, sans effet dominant négatif. Cela s'associait à un excès de mort cellulaire induit par le TNFalpha; des cellules primaires (fibroblastes) de patients quel que soit le phénotype clinique. Il semble ainsi que ces variants n'ont pas de conséquences différentes sur l'activation de la voie NF-kB. En revanche, les phénotypes cliniques sont très variables ce qui suggère des facteurs additionnels important dans l'apparition de la maladie chez les patients porteurs de mutants perte de fonction de RELA.

The NF-kB signaling pathway is crucial for lymphocyte development, innate and adaptive immune response, inflammation, cell proliferation, and regulation of cell death. It is divided into the so-called canonical and non-canonical pathways. NF-kB is a family of transcription factors composed of five proteins: p65 (RELA), p105/p50 (NFKB1), c-Rel (REL), p100/p52 (NFKB2) and RELB (RELB). These five monomers associate with each other to constitute dimers with transcriptional or repressive activity (depending on the association). In the canonical NF-kB pathway, p65/p50, p65/p65, c-Rel/p50 dimers are maintained, through an interaction with nuclear translocation inhibitors of NF-kB (IkBs), in the cytoplasm at steady state. Upon stimulation of many receptors, including TNF and antigenic receptors, the canonical pathway activates within minutes and leads to the transcription of numerous genes. In contrast, because of a protein synthesis dependence, the non-canonical pathway is slowly activated by a restricted number of receptors, and is culminating in the nuclear translocation of RELB/p52. I-kappa-B-kinases are central for activating both pathways: IKKbeta; is essential to the canonical pathway, while IKKalpha; is essential to the non-canonical pathway. These kinases are responsible for the phosphorylation of IkBs, leading to their proteasomal degradation. The activation of the NF-kB pathway is also tightly regulated by negative loops. Inborn errors of immunity constitute a unique opportunity to study the fundamental roles of each pathway component in human immunity. The first part of this work focused on a heterozygous private variant in the gene CHUK coding the protein IKKalpha; in a patient with a combined immunodeficiency. In human, few homozygous mutations of CHUK have been reported and shown to impact the non-canonical NF-kB pathway, but there is no description of mono-allelic mutation. In this work, we showed that the patient's cells had a complete activation defect in the non-canonical NF-kB pathway. This was reproduced in an ectopic expression model. We also showed that this heterozygous variant was exerting a dominant negative effect. Finally, the reconstitution of the patient's cells with CHUK wt by lentiviral infection leads to the partial normalization of the non-canonical NF-kB activation. The second part of this Ph.D project focused on the characterization of heterozygous variants of RELA in patients with juvenile systemic lupus erythematosus or auto-inflammation manifestations, including in patients with identical RELA mutations. We showed in vitro that these variants (non-sense and missense) were expressed, able to interact with known partners and to translocate into the nucleus, but that they were loss-of-function in terms of NF-kB transcriptional activity without dominant negative effect. This was associated with an increased programmed cell death upon TNFalpha stimulation of the patient's fibroblasts, as previously described. All these variants exhibit the same molecular and functional consequences despite very different clinical presentations, even in patients with the same mutation in the same gene. This is suggesting that additional factors are probably involved in the onset of the disease.