Examining how PSMB11 orchestrates T cell development

Abstract

Les lymphocytes T CD8 jouent un rôle majeur dans l’immunosurveillance de l’organisme contre les pathogènes de même que les cellules pré-cancéreuses. Afin d’induire une réponse cytotoxique efficace contre ces événements anormaux, les lymphocytes T CD8 doivent exprimer à leur surface un récepteur des cellules T (TCR) qualifié et capable de reconnaître les molécules étrangères. Cette qualification s’effectue au sein du thymus, qui représente l’unique organe se spécialisant dans l’éducation des lymphocytes T CD4 et CD8. Dans le cortex thymique, les thymocytes exprimant un TCR fonctionnel sont sélectionnés positivement par les cellules épithéliales corticales thymiques (cTECs). Ceux-ci transitent ensuite vers la médulla thymique où les thymocytes autoréactifs sont éliminés afin de prévenir l’autoimmunité. PSMB11 est une sous-unité catalytique du thymoprotéasome, qui est exprimé de façon exclusive par les cTECs, des cellules spécialisées dans la production et la présentation des peptides associés au CMH de classe I (MIPs). Ainsi, une déficience en PSMB11 altère sévèrement le développement des thymocytes CD8. Étant donné que les thymoprotéasomes présentent une faible activité chymotrypsique, leur rôle présumé est de produire des peptides ayant une faible affinité pour le CMH de classe I pour ainsi assurer la sélection positive des thymocytes CD8 exprimant un TCR de faible affinité. À ce jour, aucune étude n’a toutefois réussi à élucider le rôle fondamental de PSMB11 dans la sélection positive. Puisque les protéasomes peuvent être impliqués dans plusieurs processus cellulaires, nous avons vérifié si PSMB11 1) orchestre des activités peptide-indépendantes dans les cTECs, et 2) son impact sur le développement des thymocytes. Nous avons montré que les cTECs de souris Psmb11-/- présentent une expression différentielle de gènes impliqués dans l’adhésion cellule-cellule ainsi que dans la signalisation des cytokines, deux processus étroitement liés à la sélection positive. Nous avons également observé des niveaux élevés de CXCR4 à la surface des thymocytes 8SM des souris Psmb11–/–, suggérant que les thymocytes CD8 sont retenus plus longtemps dans le cortex comparativement aux souris WT. Des gènes pro-inflammatoires sont aussi surexprimés dans les cTECs déficientes en PSMB11, menant à la détection d’une augmentation du stress dans les thymocytes. Enfin, nous avons montré que PSMB11 altère l’expression de Cd83 et Prss16, deux gènes ayant un rôle essentiel dans le développement des lymphocytes T CD4. En conclusion, notre étude dévoile un tout nouveau rôle de PSMB11 dans le développement des lymphocytes CD4 et CD8, soit l’orchestration de la transcription des gènes au sein des cTECs.

CD8 T cells are central to the body’s immunosurveillance against pathogens and pre- cancerous cells. To achieve a cytotoxic response to abnormal events, CD8 T cells must bear a competent T cell receptor (TCR). The thymus is unique for “educating” developing CD4 and CD8 T cells to recognize foreign material. In the thymic cortex, thymocytes displaying functional TCRs are positively-selected by cortical thymic epithelial cells (cTECs). Upon arrival to the medulla, T cells which recognize self-antigens presented by medullary thymic epithelial cells (mTECs) receive the “death sentence” to prevent autoimmunity. PSMB11 is a catalytic subunit of the thymoproteasome expressed exclusively in cTECs, which mediates the generation of major histocompatibility complex class I-associated peptides (MIPs). In consequence, PSMB11-deficiency severely impairs the development of CD8 thymocytes. Since thymoproteasomes display a low chymotrypsin activity, it was inferred that they produce peptides with low MHC class I affinity, and by similarity, that they produce low TCR affinity. However, indirect studies failed to elucidate the fundamental role of PSMB11 in positive selection. Proteasomes regulate essentially all cellular processes, therefore we investigated 1) if PSMB11 orchestrates peptide-independent processes in cTECs, and 2) the impact on thymocyte development. We found that cTECs in Psmb11-/- mice show differential expression of genes involved in cell-cell adhesion and cytokine signaling, which are at the core of positive selection. Elevated levels of CXCR4 at the cell surface of 8SM thymocytes in Psmb11–/– mice suggest that CD8 thymocytes have a longer retention time in the cortex compared to the WT. Pro- inflammatory genes were upregulated in cTECs lacking PSMB11, which might underlie the increased stress detected in medullary thymocytes. Finally, we found that PSMB11 alters the expression of Cd83 and Prss16, genes which have an essential role in CD4 T cell development. In conclusion, our study describes novel peptide-independent means of PSMB11 to regulate CD4 and CD8 thymocyte development, by orchestrating the transcriptome in cTECs.