Mechanism of Inducible Costimulator (ICOS)-mediated calcium signaling

Le Costimulateur Inductible (ICOS) est un récepteur exprimé à la surface des cellules T CD4 auxiliaires et T CD8 cytotoxiques. Il fut démontré à l’aide de modèles murins de transplantation de moelle osseuse que ICOS joue un rôle important dans l’induction de la maladie du greffon contre l’hôte aigüe (GVHD). ICOS potentialise deux signaux médiés par le récepteur de cellules T (TCR) : l’activation de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K) ainsi que la mobilisation interne de calcium. En conditions in vitro, dans les cellules CD4 et CD8, ICOS réussi à potentialiser le flux de calcium médié par le TCR indépendamment de PI3K. La voie de signalisation de ICOS impliquée dans la GVHD demeure inconnue. Cependant, en utilisant une lignée de souris ‘knock-in’ nommée ICOS-Y181F, dans laquelle le cellules T ont sélectivement perdu la capacité d’activer PI3K par l’entremise d’ICOS, nous avons démontré que les cellules T peuvent utiliser un mécanisme ICOS indépendant de PI3K afin d’induire la GVHD. La mobilisation interne du Ca2+ mène à l’activation de NFAT, un facteur de transcription clé régulant des gènes comme IFN-γ, qui exprime une des cytokines clés impliquées dans la GVHD. Nous émettons comme hypothèse que la capacité pathogénique intacte des cellules T ICOSY181F à induire la GVHD, repose sur la signalisation du Ca2+ indépendante de PI3K. Le but de mon projet est d’identifier les résidus responsables de cette signalisation de Ca2+ médiée par ICOS ainsi que le mécanisme par lequel ce récepteur fonctionne. À l’aide de la mutagénèse dirigée, j’ai généré des mutants d’ICOS et j’ai analysé par cytométrie en flux leur capacité à activer le flux de Ca2+. J’ai ainsi identifié un groupe de lysine sur la queue cytoplasmique d’ICOS situé à proximité de la membrane comme étant essentiel à la fonction de potentialisation du flux de Ca2+. Je fournis également des preuves de l’implication de la kinase Lck, membre de la famille de kinases Src, dans la voie de signalisation de ICOS médiant la potentialisation du flux de Ca2+. Ainsi, ICOS s’associe à Lck et mène à une augmentation de l’activation de PLCγ1, la protéine effectrice clé causant la sortie de Ca2+ de la réserve intracellulaire. En conclusion, notre étude permet de comprendre davantage une des voies de signalisation d’ICOS. L’influx de Ca2+ dans les cellules T implique la voie ICOS-Lck-PLCγ1. Une compréhension plus approfondie de cette voie de signalisation pourrait s’avérer bénéfique afin d’élaborer de nouvelles stratégies menant à la prévention de maladies reliées à ICOS, comme la GVHD.

The Inducible Costimulator (ICOS) is a receptor expressed on activated CD4 helper and CD8 cytotoxic T cells. It was previously shown that ICOS plays an important role in inducing acute graft versus host disease (GVHD) in murine models of allogeneic bone marrow transplantation (BMT). ICOS potentiates TCR-mediated phosphoinositide 3-kinase (PI3K) activation and intracellular calcium mobilization. In both CD4+ and CD8+ T cells, ICOS can potentiate TCR-mediated calcium flux in a PI3K-independent manner in vitro. However, the ICOS signal transduction pathway involved in GVHD remains unknown. Using a knockin strain of mice (termed ICOS-Y181F) in which T cells have selectively lost the ability to activate PI3K, we have recently shown that T cells can utilize PI3K-independent ICOS signaling pathways to induce GVHD. The mobilization of intracellular Ca2+ leads to the activation of NFAT, a key transcription factor regulating genes such as IFN-γ, one of the key T cell cytokines involved in GVHD. Therefore, we hypothesize that the intact pathogenic capacity of ICOS-Y181F T cells to induce GVHD relies on ICOSdependent, PI3K-independent calcium signaling. My goal is to identify the residue(s) responsible for this ICOS-mediated Ca2+ signaling and find the mechanism by which the receptor achieves its function. Through sitedirected mutagenesis and flow cytometric analysis of calcium fluxing capacities of mutant ICOS proteins, I identified a membrane proximal cluster of lysine residues that is essential in inducing ICOS-mediated Ca2+ signaling. I also provide evidence for the involvement of the Src family kinase Lck in ICOS-mediated Ca2+signaling. ICOS associates with Lck molecules, leading to the activation of PLCγ1, the key effector protein causing the release of Ca2+ from the intracellular pool. Taken together, our study is beginning to unravel a complexity in ICOS signaling, and implicates the ICOS-Lck-PLCγ1 axis in T cell calcium signaling and potentially the induction of GVHD. Further understanding of this pathway could prove beneficial in designing new strategies to prevent ICOS-related diseases such as GVHD.