Immunogénétique et développement des lymphocytes T CD4-CD8- immunorégulateurs chez la souris

Abstract

Le système immunitaire a pour rôle essentiel de nous défendre contre les pathogènes, tout en demeurant tolérant au soi. Lorsque la tolérance au soi est rompue, le système immunitaire attaque les antigènes du soi, menant au développement de maladies auto-immunes comme le diabète de type 1. Afin de maintenir une bonne tolérance, et d’ainsi prévenir l’auto-immunité, plusieurs types de cellules T régulatrices sont générées et patrouillent le corps. Parmi ces cellules T, les cellules CD4-CD8-TCRβ+ T (DN T) retrouvées dans les organes lymphoïde périphériques sont particulièrement intéressants considérant leurs uniques fonctions immunorégulatrices antigène-spécifiques. Effectivement, les cellules DN T jouent un rôle important dans l’induction de la tolérance immune, et découvrir de nouvelles façons de moduler leur nombre pourrait aider à prévenir l’auto-immunité. Le but de cette thèse est donc de mieux comprendre les mécanismes régulant l’homéostasie des cellules DN T in vivo, et de définir leur voie de développement.

Premièrement, la souris NOD, un modèle de diabète auto-immun spontané, possède un faible nombre de cellules DN T en comparaison à des souris résistantes au diabète auto-immun. Il s’agissait donc d’un modèle de choix pour des études immunogénétiques visant à l’identification des variations génétiques régulant la proportion de cellules DN T. Via l’exploitation de la souris NOD, nous avons déterminé que des locus modulant la proportion de cellules DN T sont inclus dans des locus de susceptibilité au diabète, dont Idd2 et Idd13. Nous avons montré que des variations génétiques présentes dans ces deux locus influencent individuellement la proportion de cellules DN T, et que leur combinaison peu avoir un effet additif sur la proportion des cellules DN T. Ces variations génétiques étaient également associées à une diminution de l’incidence de diabète, suggérant que la modulation de la proportion de cellules DN T est associée à la résistance au diabète auto-immun.

Deuxièmement, nous nous sommes intéressés à l’identification de la voie de développement des cellules DN T. Grâce à l’utilisation de modèles de souris rapporteuses, nous avons déterminé que la majorité des cellules DN T proviennent directement du thymus et y possèdent un précurseur immature CD4+CD8+ (DP). Nous avons aussi montré que les cellules DN T sont sélectionnées par un fort signal TCR dans le thymus, un processus connu sous le terme de « sélection agoniste » et associé au développement de cellules T immunorégulatrices. En opposition à d’autres types de cellules T, il est intriguant de noter que les cellules DN T peuvent se développer en absence de molécules du CMH. Ces propriétés uniques pourraient influencer la fonction et la spécificité des cellules DN T.

En conclusion, les résultats de cette thèse montrent que les cellules DN T sont régulées par des locus associés à la résistance au diabète et se présentent avec des aspects de différentiation uniques en comparaison aux autres types de cellules T. Ensemble, nos découvertes mènent à une meilleure compréhension de l’homéostasie et du développement des cellules DN T et pourraient contribuer au développement de futures approches immuno-thérapeutiques.

The immune system has the crucial role of defending us against pathogens, while remaining tolerant to self. When self-tolerance is broken, the immune system attacks self-antigens resulting in autoimmune diseases such as type 1 diabetes. To maintain self-tolerance and thereby prevent the development of autoimmunity, several regulatory T cell subsets are generated and patrol our different tissues. Of these, CD4-CD8-TCRβ+ T (DN T) cells found in the peripheral lymphoid organs are particularly interesting due to their unique antigen-specific immunoregulatory functions. Indeed, DN T cells play an important role in the induction of immune tolerance in various pathological settings. Finding new means to modulate the number of DN T cells could help prevent autoimmunity. As such, a better knowledge of the factors modulating DN T cell number is a first necessary step. This thesis is therefore aimed at understanding the mechanisms that regulate DN T cell homeostasis in vivo, as well as defining their developmental pathway.

Firstly, the NOD mouse strain, which spontaneously develops autoimmune diabetes, was shown to exhibit a low number of DN T cells relative to diabetes-resistant strains. It was thus a model of choice to perform immunogenetic studies for identifying genetic variants determining the proportion of DN T cells. By exploiting NOD mice, we determined that some loci contributing to the modulation of DN T cells overlap with diabetes susceptibility loci, including Idd2 and Idd13. We showed that genetic variants in each of these two loci influenced DN T cell proportion, and that their combination can has an additive effect in defining the number and proportion of DN T cells. Interestingly, the diabetes-resistant genetic variants at both the Idd2 and Idd13 loci were also associated with a decrease in diabetes incidence in NOD mice Idd2 and/or Idd13 congenic strains. This suggests that the regulation of DN T cell proportion is associated with autoimmune diabetes resistance.

Secondly, we aimed to determine the differentiation pathway of DN T cells. Using various reporter mouse models, we find that the majority of DN T cells originate directly from the thymus, specifically by transiting through the immature CD4+CD8+ (DP) thymocyte stage. We also show that DN T cells are selected by strong TCR signals in the thymus, a process refered to as agonist selection and associated with the development of other immunoregulatory T cells. Intringuingly, we also observed that, as opposed to other T cell subsets, DN T cells can develop in absence of MHC molecules. These unique properties may influence DN T cell regulatory function and specificity.

In summary, the results presented in this thesis show that DN T cells are regulated by diabetes-associated genetic loci and display unique differentiation properties relative to other T cell subsets. Together our findings provide a better understanding of the homeostasis and differentiation of immunoregulatory DN T cells, which is essential for the development of future immune therapy approaches.