Caractérisation de l'expression des molécules du CMH de classe Ib non classique au sein des exosomes : rôle dans l'activation cellulaire en physiopathologie

Characterization of non-classical MHC class-Ib molecules in exosomes: role in cell activation in pathophysiology

• Auteur / Autrice : Pierre Boulard
• Direction : Valérie Gouilleux, Philippe Gatault
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2023
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Etudes des Pathologies Respiratoires

Mots clés

Mots clés libres

FcRn

Exosome

CD1d

Résumé

Le but de cette thèse est d'étudier l'expression des molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe Ib non classique (FcRn et CD1d) dans les exosomes et d'étudier leur impact potentiel sur l'activation cellulaire dans deux contextes physiopathologiques : le cancer et la transplantation rénale. Les molécules du CMH de classe Ib (CMH-Ib) sont des structures hautement conservées au cours de l'évolution et quasi-monomorphes impliquées dans la présentation, le transport et/ou le recyclage de molécules de différentes natures : protéine, lipide ou métabolite (Hansen T, 2007 Nature Immunology). Notre laboratoire (CEPR, équipe 4) s'intéresse depuis de nombreuses années à la biologie de deux molécules de CMH-Ib : le récepteur Fc néonatal (FcRn) et la molécule CD1d. Bien que ces deux molécules soient les plus proches paralogues au sein de la famille CMH-Ib et qu'elles possèdent des structures similaires (Hansen T, 2007 Nature Immunology), leurs fonctions connues à ce jour sont très différentes. Le FcRn est connu pour sa capacité à transporter des IgG à travers les barrières cellulaires. Pendant la période périnatale, il fournit au nouveau-né une immunité humorale en transportant les IgG maternelles à travers le placenta. Chez l'adulte, le FcRn joue un rôle dans la transcytose, mais également dans le recyclage de ses ligands, les IgG et l'albumine, leur permettant d'échapper au catabolisme et leur conférant une longue durée de vie plasmatique. Il a également été démontré que la concentration cellulaire en FcRn diminue dans les cellules cancéreuses et leur microenvironnement (Rudnik-Jansen I., J of Controlled Release, 2021). Cette perte d'expression permet aux cellules tumorales de bénéficier du catabolisme de l'albumine mais aussi de provoquer une diminution de l'immunosurveillance antitumorale due à l'hypercatabolisme des IgG (Swiercz R., Oncotarget, 2017). Nous avons pu récemment mettre en évidence un lien entre FcRn et éducation du système immunitaire. En effet, des souris déficientes en FcRn présentent un défaut de développement des cellules NK avec des répercussions sur leurs fonctions et notamment leur capacité à produire de l'IFN-γ (Castaneda D. C., Front Immunol, 2018). Finalement, la diminution de l'expression du FcRn est considérée comme un marqueur de mauvais pronostic dans certains cancers en particulier de par son association avec la réponse immunitaire (Dalloneau E., Oncotarget, 2016; Baker K., Immunity, 2013). La molécule CD1d a donc des fonctions différentes du FcRn. Elle a la capacité à transporter et présenter des molécules de nature lipidique, et est ainsi impliquée dans la sélection et l'activation d'une famille particulière de lymphocytes réactives aux lipides, les lymphocytes T Natural Killer (NKT). Les cellules NKT constitue une composante importante et conservée de l'immunité des mammifères, au travers de leur capacité à exercer une myriade de fonctions effectrices et régulatrices. Ainsi, les cellules NKT jouent un rôle important dans l'immunosurveillance des tumeurs et constituent des cibles de choix en immunothérapie (Godfrey DI Immunity 2018). De plus, l'altération du métabolisme lipidique au sein du microenvironnement tumoral peut conduire à une modification de la fonction des cellules NKT de façon CD1d-dépendante (Tiwary S, Front Immunol 2019). Ainsi, les molécules de CMH-Ib constituent des cibles potentielles dans le suivi et/ou le traitement du cancer. De plus, l'autophagie, un mécanisme fortement impliqué dans le développement des lésions de reperfusion en transplantation rénale, participe à la régulation de l'expression du FcRn (Lamamy J., Front Immunol, 2022) et de CD1d (Keller, 2017 Autophagy). Nos travaux préliminaires indiquent une corrélation positive entre l'expression post-transplantation du FcRn au sein du compartiment leucocytaire et les concentrations d'albumine. L'ensemble de ces données suggère un lien entre l'expression du FcRn, l'ischémie/reperfusion et la fonction rénale. De façon intéressante, les cellules tumorales et les greffons rénaux produisent de grandes quantités d'exosomes, de petites vésicules (30-100 nm) déversées dans le compartiment extracellulaire et capables de jouer des rôles importants dans la régulation de la réponse immune (Robbins PD, Nat Rev Immunol 2014). Ces mécanismes de régulation sont associés au fort contenu en molécules de CMH, de co-stimulation ou en microRNA au sein des exosomes. En collaboration avec l'équipe T2i dirigée par le Pr Sébastien Roger, nous avons montré que FcRn est présent dans les exosomes isolés à partir de liquides de perfusion des greffons rénaux. De plus, nos données non publiées montrent une forte expression de CD1d au sein d'exosomes isolés de cellules dendritiques activées par du LPS. Ces données nous incitent à poser la question de la régulation de l'expression des molécules de CMH-Ib par les exosomes et leur potentiel rôle dans la régulation de la réponse immunitaire en transplantation rénale et dans le cancer.

The aim of this thesis is to study the expression of non-classical major histocompatibility complex (MHC) class Ib molecules (FcRn and CD1d) in exosomes and to investigate their potential impact on cellular activation in two pathophysiological contexts: cancer and renal transplantation. MHC class Ib (MHC-Ib) molecules are highly evolutionarily conserved and quasi-monomorphic structures involved in the presentation, transport and/or recycling of molecules of different natures: protein, lipid or metabolite (Hansen T, 2007 Nature Immunology). Our laboratory (CEPR, team 4) has for many years been interested in the biology of two MHC-Ib molecules: the neonatal Fc receptor (FcRn) and the CD1d molecule. Although these two molecules are the closest paralogs within the MHC-Ib family and have similar structures (Hansen T, 2007 Nature Immunology), their known functions to date are very different. FcRn is known for its ability to transport IgG across cell barriers. During the perinatal period, it provides the newborn with humoral immunity by transporting maternal IgG across the placenta. In adults, FcRn plays a role in transcytosis, but also in the recycling of its ligands, IgG and albumin, enabling them to escape catabolism and conferring them a long plasma life. It has also been shown that the cellular concentration of FcRn decreases in cancer cells and their microenvironment (Rudnik-Jansen I., J of Controlled Release, 2021). This loss of expression enables tumor cells to benefit from albumin catabolism, but also causes a decrease in antitumor immunosurveillance due to IgG hypercatabolism (Swiercz R., Oncotarget, 2017). We were recently able to demonstrate a link between FcRn and immune system education. Indeed, FcRn-deficient mice show a defect in NK cell development with repercussions on their functions and in particular their ability to produce IFN-γ (Castaneda D. C., Front Immunol, 2018). Finally, decreased FcRn expression is considered a poor prognostic marker in cancers particularly due to its association with the immune response (Dalloneau E., Oncotarget, 2016; Baker K., Immunity, 2013). The CD1d molecule therefore has different functions to FcRn. It has the capacity to transport and present molecules of a lipidic nature, and is thus involved in the selection and activation of a particular family of lipid-reactive lymphocytes, the Natural Killer T (NKT) lymphocytes. NKT cells are an important and conserved component of mammalian immunity, through their ability to perform a myriad of effector and regulatory functions. Thus, NKT cells play an important role in tumor immunosurveillance and are prime targets for immunotherapy (Godfrey DI Immunity 2018). Furthermore, altered lipid metabolism within the tumor microenvironment can lead to altered NKT cell function in a CD1d-dependent manner (Tiwary S, Front Immunol 2019). Thus, MHC-Ib molecules are potential targets in cancer monitoring and/or treatment. Moreover, autophagy, a mechanism strongly implicated in the development of reperfusion injury in renal transplantation, participates in the regulation of FcRn (Lamamy J., Front Immunol, 2022) and CD1d (Keller, 2017 Autophagy) expression. Our preliminary work indicates a positive correlation between post-transplant FcRn expression within the leukocyte compartment and albumin concentrations. Taken together, these data suggest a link between FcRn expression, ischemia/reperfusion and renal function. Interestingly, tumor cells and kidney grafts produce large quantities of exosomes, small vesicles (30-100 nm) dumped into the extracellular compartment and capable of playing important roles in regulating the immune response (Robbins PD, Nat Rev Immunol 2014). These regulatory mechanisms are associated with the high content of MHC, co-stimulatory or microRNA molecules within exosomes. In collaboration with the T2i team led by Prof. Sébastien Roger, we have shown that FcRn is present in exosomes isolated from renal graft perfusion fluids. In addition, our unpublished data show strong CD1d expression in exosomes isolated from LPS-activated dendritic cells. These data prompt us to raise the question of the regulation of MHC-Ib molecule expression by exosomes and their potential role in regulating the immune response in kidney transplantation and cancer.