Arginine methylation by PRMT1 and PRMT5 regulates B cell activation, germinal center expansion and differentiation into plasma cells

Abstract

L’immunité adaptative se repose sur la capacité des cellules B à générer des anticorps spécifiques contre des antigènes étrangers. Les cellules B se développent dans la moelle osseuse, menant à l’expression d’un anticorps fonctionnel à leur surface. Les cellules B ensuite migrent vers les organes lymphoïdes secondaires, où elles seront exposées à des peptides étrangers. Suite à la rencontre avec un antigène spécifique, les cellules B prolifèrent rapidement et migrent à la frontière du follicule B où elles entreront en contact avec les lymphocytes T, avant de retourner au sein du follicule pour former des centres germinatifs. Dans les centres germinatifs, les cellules B vont effectuer deux étapes de maturation leur permettant de diversifier la fonction des anticorps et d’augmenter leur affinité avec les antigènes : le changement de classe des anticorps et la maturation d’affinité des immunoglobulines. Après ces deux étapes, les cellules B quittent les centres germinatifs en se différenciant soit en (i) cellules B mémoires qui peuvent être rapidement réactivées suite à une deuxième rencontre avec le pathogène soit (ii) en cellules plasma qui sécrètent des anticorps en circulation pour neutraliser et éradiquer le pathogène. Les modifications post-traductionnelles régulent différents aspects de la biologie des cellules B, comme leur développement, leur activation et leur différenciation. Ma thèse investigue le rôle de la méthylation des arginines dans les cellules B au cours de réponses immunitaires dépendantes des lymphocytes T, et en particulier le rôle de deux enzymes : « protein arginine methyltransferase 1 et 5 » (PRMT1 et PRMT5), en utilisant des modèles de souris. Nous avons découvert que Prmt5 était nécessaire pendant le développement des cellules B. Plus précisément, Prmt5 est requis au stade « pro-B » à travers un mécanisme dépendant de p53, puis au stade « pre-B » d’une manière indépendante de p53. De plus, Prmt5 permet l’expansion du centre germinatif en promouvant la prolifération des cellules B et en limitant la différenciation en cellules plasma. Pour expliquer ces fonctions, avons montré que Prmt5 était nécessaire pour l’épissage d’ARN messagers et régulait l’expression de certains gènes dans ces cellules. Nous avons aussi découvert que Prmt1 était un important régulateur négatif de la différenciation, particulièrement suite à une stimulation du récepteur CD40. De plus, nous avons démontré que Prmt1 et Prmt5 agissaient de façon synergique en régulant négativement la différenciation en cellules plasma. En effet, la méthylation des arginines par Prmt1 et Prmt5, à travers différents mécanismes, influencent le destin des cellules B en réprimant leur différenciation en cellules plasma, ce qui les maintient dans le centre germinatif. De cette façon, Prmt1 et Prmt5 promeuvent la réponse humorale et renforcent la maturation d’affinité.

Adaptive immunity relies in part on the ability of B cells to generate specific antibodies against foreign antigens. B cells develop in the bone marrow, and once they express a functional antibody at their surface, they reach secondary lymphoid organs where they will be exposed to foreign poly-peptides. Upon encounter with a cognate antigen, B cells proliferate rapidly, migrate to the border of the B cell follicle to receive T cell help and move back within the B cell follicle to form structures called germinal centers (GC). In GCs, B cells undergo affinity maturation, which increase the affinity of the antibodies, and antibody class switching to diversify their function. B cells exit GCs by differentiating into (i) memory B cells that can rapidly be activated following a second encounter with the pathogen or (ii) plasma cells that secrete antibodies in circulation to neutralize and clear pathogens. Post-translational modifications regulate several aspects of B cell biology such as B cell development, activation and differentiation. My thesis investigates the role of arginine methylation in B cells during T-dependant immune responses, focusing on two enzymes: the protein arginine methyltransferases 1 and 5 (PRMT1 and PRMT5), using mice as models. We have uncovered that Prmt5 is necessary during B cell development. In particular, Prmt5 is required at the pro-B cell stage in a p53-dependant manner and at the pre-B cell stage in a p53-independent fashion. Prmt5 is necessary for the expansion of the GC by promoting B cell proliferation and limiting plasma cell differentiation. These functions could originate, among other mechanisms, from the Prmt5 role in enforcing splicing fidelity and regulating gene expression. We have also discovered that Prmt1 is a major negative regulator of plasma cell differentiation, particularly following CD40 stimulation. Furthermore, we obtained evidence that Prmt1 and Prmt5 function synergistically to negatively regulate plasma cell differentiation. Overall arginine methylation by Prmt1 and Prmt5, via different mechanisms, influences GC B cell fate; by promoting B cells to remain in the GC reaction, at least in part by repressing plasma cell differentiation, thereby supporting antibody responses and enhancing affinity maturation.