Interleukine-22 : Analyse fonctionnelle chez le poisson zèbre

Interleukin-22 : Functional analysis in zebrafish

• Auteur / Autrice : Soraya Rabahi
• Direction : Pedro Hernandez Cerda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 08/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et biologie du développement
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Anne Félix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pedro Hernandez Cerda, Shai Bel, Gilles Claude Vanwalleghem, Claire Wyart, Danijela Vignjevic
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Shai Bel, Gilles Claude Vanwalleghem

Mots clés

Mots clés libres

Cytokine

Epithelial cells

Instestin

Poisson zèbre

Développement

Cytokine

Epithelial cells

Instestine

Zebrafish

Development

Résumé

Les cytokines favorisent la défense et l'homéostasie de l'intestin. Parmi les cytokines clés de l'intestin, l'interleukine-22 (IL-22) est produite par les cellules immunitaires et cible principalement les cellules épithéliales. l'IL-22 protège l'intestin contre les agents pathogènes en induisant l'expression de peptides antimicrobiens et en favorisant la réparation des tissus. Une dysrégulation de cette cytokine peut conduire à des maladies inflammatoire de l'intestin et au cancer. Au cours du développement, le tube digestif post-embryonnaire est colonisé par des micro-organismes commensaux qui favorisent la maturation de l'intestin et de son système immunitaire. Cependant, il est encore incertain si et comment l'IL-22 joue un rôle dans le développement et la maturation de l’intestin au cours de cette période critique. Le poisson-zèbre nous permet de visualiser et de manipuler les processus physiologiques in vivo dès le début du développement en raison de son développement externe et de sa transparence.Au cours de ma thèse de doctorat, j'ai cherché à décrypter la fonction de l'IL-22 dans le développement de l'intestin. Mes données montrent que l'il22 est exprimée dans les cellules épithéliales intestinales des larves avant que les lymphocytes exprimant l'IL-22 n'apparaissent dans l'intestin. J'ai identifié les cellules entéroendocrines (EEC), un sous-type de cellules épithéliales intestinales, comme la principale source d'il22 chez les larves. De plus, j'ai révélé la conservation de la voie de signalisation de l'IL-22, sa régulation transcriptionnelle par la détection des microbes et sa fonction antibactérienne dans l'intestin. Mes données les plus récentes suggèrent que l'expression d’il22 peut également être induite par l'activation de Trpa1, un récepteur connu pour reconnaître les métabolites du tryptophane chez le poissons-zèbre et la souris. Enfin, j'ai découvert un nouveau rôle de l'IL-22 dans la modulation de la motilité intestinale chez les poissons-zèbres. Mécaniquement, une dysbiose a été observée chez les il22 mutants, ainsi que des défauts potentiels dans la production de métabolites dérivés des bactéries dans l'intestin. De plus, un dysfonctionnement a été constaté dans la fonction des EEC, caractérisé par une expression hormonale dysrégulée. Il a été intéressant de constater que le mutant exprime des niveaux plus bas de 5-HT, une hormone importante régulant la motilité intestinale chez les mammifères et les poissons-zèbres. Nous avons démontré que l'administration de celle-ci est capable de rétablir la motilité intestinale, ce qui signifie que 5-HT est suffisante pour restaurer une motilité intestinale correcte. Enfin, j'ai découvert la conservation du défaut de motilité intestinale chez les souris en bas âge, ce qui suggère la conservation de cette nouvelle fonction de l'IL-22 chez les mammifères tôt au cours du développement. Dans l'ensemble, ce projet contribue à une meilleure compréhension de la manière dont les cytokines orchestrent le développement et la maturation de l'intestin au cours des premières étapes de la vie.

Cytokines promote gut defense and homeostasis. Among key gut cytokines, interleukin-22 (IL-22) is produced by immune cells and primarily targets epithelial cells. IL-22 protects the gut from pathogens by inducing anti-microbial peptides expression and promoting tissue repair. Dysregulation of this cytokine can lead to inflammatory bowel disease and cancer. During development, the post-embryonic gut is colonized by commensal microorganisms that promote maturation of the gut and its immune system. Nevertheless, whether and how cytokines such as IL-22 play a role in gut organ development and maturation during this critical time window remains unclear. The zebrafish allows us to visualize and manipulate physiological processes in vivo since early development due to its external development and transparency.During my PhD, I wanted to decipher the function of il22 in the developing gut. My data show that il22 is expressed in larval gut epithelial cells before il22-expressing lymphocytes appear in the gut. I identified enteroendocrine cells (EECs), a gut epithelial cell subtype, as the main source of il22 in larvae. Furthermore, I revealed conservation of the IL-22 signaling pathway, its transcriptional regulation by microbe sensing, and its antibacterial function in the gut. My latest data suggest that il22 expression can also be induced by the activation of Trpa1, a receptor known to recognize tryptophan metabolites in zebrafish and mice. Finally, I found a novel role of IL-22 in modulating gut motility in zebrafish. Mechanistically, dysbiosis was observed in il22-/-, along with potential defects in the production of bacteria-derived metabolites in the gut. Surprisingly, we found that the microbiota from wild-type larvae was able to restore the gut motility impairment of il22-/-, highlighting the important role of the microbiota in il22-mediated regulation of this process. Furthermore, an impairment was found in EECs function, which are known to be sensitive and respond to microbial cues. The dysregulation of EECs was characterized by abnormal hormone expression, specifically reduced levels of serotonin (5-HT), a critical hormone regulating gut motility in both zebrafish and mammals. External administration of 5-HT successfully rescued the gut motility phenotype of il22-/-, indicating that 5-HT is sufficient to restore proper gut motility. Finally, I found conservation of the gut motility defect in early life mice, suggesting the conservation of this novel IL-22 function in mammals. Altogether, this project contributes to a better understanding of how cytokines orchestrate gut development and maturation during the early stages of vertebrate life.