Epigenetic mechanisms of effector y&T cell differentiation : focus on histone modifications and microRNAs

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Imunologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

T cell Maturation and Regulatory T Cell Differentiation:From the Thymus to the Periphery

Immunological tolerance, that is, the failure to mount an immune response to an otherwise immunogenic molecule, is one of the fundamental questions in immunology. The fact that lymphocytes express antigen receptors that are generated randomly and have the potential to recognize any conceivable antigen, adds another puzzle to the physiology of immunological tolerance. The other side of the coin, the general absence of immune responses to self antigens, is ensured by a tight regulation and several selection steps during T and B cell differentiation. One of these processes is the differentiation of regulatory T cells (Treg). While developing in the thymus, T cell clones bearing receptors with high affinity/avidity to antigens present at the time of differentiation may be eliminated by apoptosis or, alternatively, express Foxp3 and become Treg. Treg are key players in the regulation of immunological tolerance since humans and mice with complete loss of function variants of this gene develop fatal autoimmune conditions early in life.(...)

Alternative splicing by hnRNP L as a new modulator of hematopoietic cell differentiation, survival and migration

Les modifications post-transcriptionnelles de l’ARN messager (ARNm), comme l’épissage alternatif, jouent un rôle important dans la régulation du développement embryonnaire, de la fonction cellulaire et de l’immunité. De nouvelles évidences révèlent que l’épissage alternatif serait également impliqué dans la régulation de la maturation et de l’activation des cellules du système hématopoïétique. Le facteur hnRNP L a été identifié comme étant le principal régulateur de l’épissage alternatif du gène codant pour le récepteur CD45 in vitro. Le récepteur CD45 est une tyrosine phosphatase exprimée par toutes les cellules du système hématopoïétique qui contrôle le développement et l’activation des lymphocytes T. Dans un premier temps, nous avons étudié la fonction du facteur hnRNP L dans le développement des lymphocytes T et dans l’épissage de l’ARNm de CD45 in vivo en utilisant des souris dont le gène de hnRNP L a été supprimé spécifiquement dans les cellules T. La délétion de hnRNP L dans les thymocytes résulte en une expression aberrante des différents isoformes de CD45 avec une prédominance de l'isoforme CD45RA qui est généralement absent dans le thymus. Une conséquence de la délétion de hnRNP L est une diminution de la cellularité du thymus causée par un blocage partiel du développement des cellules pré-T au stade DN4. Cette réduction du nombre de cellules dans le thymus n’est pas liée à une hausse de la mort cellulaire. Les thymocytes déficients pour hnRNP L démontrent plutôt une prolifération augmentée comparée aux thymocytes sauvages due à une hyper-activation des kinases Lck, Erk1/2 et Akt. De plus, la délétion de hnRNP L dans le thymus cause une perte des cellules T en périphérie. Les résultats des expériences in vitro suggèrent que cette perte est principalement due à un défaut de migration des thymocytes déficients pour hnRNP L du thymus vers la périphérie en réponse aux chimiokines. L’épissage alternatif de CD45 ne peut expliquer ce phénotype mais l’identification de cibles par RNA-Seq a révélé un rôle de hnRNP L dans la régulation de l’épissage alternatif de facteurs impliqués dans la polymérisation de l’actine. Dans un second temps, nous avons étudié le rôle de hnRNP L dans l’hématopoïèse en utilisant des souris dont la délétion de hnRNP L était spécifique aux cellules hématopoïétiques dans les foies fœtaux et la moelle osseuse. L’ablation de hnRNP L réduit le nombre de cellules progénitrices incluant les cellules progénitrices lymphocytaires (CLPs), myéloïdes (CMPs, GMPs) et mégakaryocytes-érythrocytaires (MEPs) et une perte des cellules hématopoïétiques matures. À l’opposé des cellules progénitrices multipotentes (MPPs) qui sont affectées en absence de hnRNP L, la population de cellules souches hématopoïétiques (HSCs) n’est pas réduite et prolifère plus que les cellules contrôles. Cependant, les HSCs n’exprimant pas hnRNP L sont positives pour l'Annexin V et expriment CD95 ce qui suggère une mort cellulaire prononcée. Comme pour les thymocytes, une analyse par RNA-Seq des foies fœtaux a révélé différents gènes cibles de hnRNP L appartenant aux catégories reliées à la mort cellulaire, la réponse aux dommages à l’ADN et à l’adhésion cellulaire qui peuvent tous expliquer le phénotype des cellules n’exprimant pas le gène hnRNP L. Ces résultats suggèrent que hnRNP L et l’épissage alternatif sont essentiels pour maintenir le potentiel de différenciation des cellules souches hématopoïétiques et leur intégrité fonctionnelle. HnRNP L est aussi crucial pour le développement des cellules T par la régulation de l’épissage de CD45 ainsi que pour leur migration.

Transcriptional regulation of effector CD8+ T cell differentiation and molecular dysfunction during HIV-1 infection

Les cellules T CD8+ jouent un rôle primordial dans le contrôle des infections virales en limitant la dissémination des cellules infectées. Lors de l’infection chronique par le virus HIV, les cellules T CD8+ HIV-spécifiques ne se différencient pas en cellules effectrices fonctionnelles capables de tuer les cellules infectées par le virus ; ces cellules ne sont plus capables de proliférer ou de produire l’ IL-2. Ces cellules expriment PD-1 et l’engagement de PD-1, par son ligand, aboutit a plusieurs de ces déficits fonctionnels des cellules T . Le rôle de PD-1 dans la régulation d'évènements transcriptionnels contrôlant la différentiation et l'obtention des fonction effectrices des cellules T CD8+ reste à démontrer. Id2 joue un rôle central dans la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. Nous avons émis l’hypothèse que le défaut de maturation observé chez les cellules T CD8+ PD-1 high HIV-spécifiques (CD8+PD-1hi) au cours de l’infection chronique par le virus HIV pouvait être lié à la diminution d’expression du régulateur Id2. Nous avons ainsi démontré que l'engagement de PD-1 contribuait à une diminution d'expression de Id2 et de ses cibles transcriptionnelles. La surexpression de Id2 de ces cellules a permis de restaurer l'expression de marqueurs tels que Granzyme B et Bcl-2 et diminuir l’expression du marqueur de maturation de CD27. La famille des cytokines à chaine gamma joue un rôle clef dans la survie et l’homéostasie des cellules T. Dans ce travail, nous avons démontré que l’IL-15 était unique grâce à ses capacités de stimulation de l’expression d’Id2 et ses propriétés favorisant la survie ainsi que la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. l’IL-15 induit la prolifération de toutes les populations de cellules T mémoires provenant de donneurs sains. L’addition de cette cytokine aux sous-populations cellulaires Ttm et Tem a permis leur différenciation en cellules effectrices capables de produire Granzyme B alors que la stimulation par l’IL-15 des cellules Tcm ne favorise pas leur différenciation. Un test de cytotoxicitié par cytométrie en flux nous a permis de confirmer que la stimulation de cellules T CD8+ HIV spécifiques par l’IL-15 favorisait l’expression de Id2 et restaurait les fonctions cytotoxiques des cellules T CD8+ HIV spécifiques. En conclusion, nous avons pour la première fois dans cette thèse défini les mécanismes moléculaires impliqués dans la modulation de l’expression du régulateur transcriptionnel Id2 par l’IL-15. Nous avons également révélé comment l’engagement de PD-1 conduisait a une altération de l’expression et de la fonction d’Id2 et favorisait la diminution des fonctions effectrices des cellules T CD8-HIV spécifiques. Une perspective de traitement avec des agents tels que l’IL-15 ou le bloquage de PD-1, en combinaison avec les traitements conventionnels, pourrait contribuer à une meilleure stimulation des réponses immunes favorisant ainsi la réactivation des cellules T CD8+ et permettant la destruction de cellules T CD4+ infectées de manière latente.

Establishing a Robust In Vitro Embryonic Stem Cell Differentiation Assay to Monitor the Hematopoietic Potential of DELES Clones

Afin d’effectuer des études fonctionnelles sur le génome de la souris, notre laboratoire a généré une bibliothèque de clones de cellules souches embryonnaires (ESC) présentant des suppressions chromosomiques chevauchantes aléatoires – la bibliothèque DELES. Cette bibliothèque contient des délétions couvrant environ 25% du génome murin. Dans le laboratoire, nous comptons identifier de nouveaux déterminants du destin des cellules hématopoïétiques en utilisant cet outil. Un crible primaire utilisant la benzidine pour démontrer la présence d'hémoglobine dans des corps embryoïdes (EBS) a permis d’identifier plusieurs clones délétés présentant un phénotype hématopoïétique anormal. Comme cet essai ne vérifie que la présence d'hémoglobine, le but de mon projet est d'établir un essai in vitro de différenciation des ESC permettant de mesurer le potentiel hématopoïétique de clones DELES. Mon hypothèse est que l’essai de différenciation hématopoïétique publié par le Dr Keller peut être importé dans notre laboratoire et utilisé pour étudier l'engagement hématopoïétique des clones DELES. À l’aide d’essais de RT-QPCR et de FACS, j’ai pu contrôler la cinétique de différenciation hématopoïétique en suivant l’expression des gènes hématopoïétiques et des marqueurs de surface comme CD41, c-kit, RUNX1, GATA2, CD45, β-globine 1 et TER-119. Cet essai sera utilisé pour valider le potentiel hématopoïétique des clones DELES candidats identifiés dans le crible principal. Mon projet secondaire vise à utiliser la même stratégie rétro-virale a base de Cre-loxP utilisée pour générer la bibliothèque DELES pour générer une bibliothèque de cellules KBM-7 contenant des suppressions chromosomiques chevauchantes. Mon but ici est de tester si la lignée cellulaire leuémique humaine presque haploïde KBM-7 peut être exploitée en utilisant l'approche DELES pour créer cette bibliothèque. La bibliothèque de clones KBM-7 servira à définir les activités moléculaires de drogues anti-leucémiques potentielless que nous avons identifiées dans le laboratoire parce qu’elles inhibent la croissance cellulaire dans plusieurs échantillons de leucémie myéloïde aiguë dérivés de patients. Elle me permettra également d'identifier les voies de signalisation moléculaires qui, lorsque génétiquement perturbées, peuvent conférer une résistance à ces drogues.

A role for Notch signaling in human corneal epithelial cell differentiation and proliferation

PURPOSE. To identify the role of Notch signaling in the human corneal epithelium. METHODS. Localization of Notch1, Notch2, Delta1, and Jagged1 in the human corneal epithelium was observed with the use of indirect immunofluorescence microscopy. Gene and protein expression of Notch receptors and ligands in human corneal epithelial cells was determined by RT-PCR and Western blot analysis, respectively. The effects of Notch inhibition (by {gamma}-secretase inhibition) and activation (by recombinant Jagged1) on epithelial cell proliferation (Ki67) and differentiation (CK3) were analyzed after Western blotting and immunocytochemistry. RESULTS. Immunofluorescent labeling localized Notch1 and Notch2 to suprabasal epithelial cell layers, whereas Delta1 and Jagged1 were observed throughout the corneal epithelium. Notch1, Notch2, Delta1, and Jagged1 genes and proteins were expressed in human corneal epithelial cells. {gamma}-Secretase inhibition resulted in decreased Notch1 and Notch2 expression, with an accompanying decrease in Ki67 and increased CK3 expression. The activation of Notch by Jagged1 resulted in the upregulation of active forms of Notch1 and 2 proteins (P < 0.05), with a concurrent increase in Ki67 (P < 0.05) and a decrease in CK3 (P < 0.05) expression. Interestingly, {gamma}-secretase inhibition in a three-dimensional, stratified corneal epithelium equivalent had no effect on Ki67 or CK3 expression. In contrast, Jagged1 activation resulted in decreased CK3 expression (P < 0.05), though neither Notch activation nor inhibition affected cell proliferation in the 3D tissue equivalent. CONCLUSIONS. Notch family members and ligands are expressed in the human corneal epithelium and appear to play pivotal roles in corneal epithelial cell differentiation.

TRIM32 regulates skeletal muscle stem cell differentiation and is necessary for normal adult muscle regeneration

Limb girdle muscular dystrophy type 2H (LGMD2H) is an inherited autosomal recessive disease of skeletal muscle caused by a mutation in the TRIM32 gene. Currently its pathogenesis is entirely unclear. Typically the regeneration process of adult skeletal muscle during growth or following injury is controlled by a tissue specific stem cell population termed satellite cells. Given that TRIM32 regulates the fate of mammalian neural progenitor cells through controlling their differentiation, we asked whether TRIM32 could also be essential for the regulation of myogenic stem cells. Here we demonstrate for the first time that TRIM32 is expressed in the skeletal muscle stem cell lineage of adult mice, and that in the absence of TRIM32, myogenic differentiation is disrupted. Moreover, we show that the ubiquitin ligase TRIM32 controls this process through the regulation of c-Myc, a similar mechanism to that previously observed in neural progenitors. Importantly we show that loss of TRIM32 function induces a LGMD2H-like phenotype and strongly affects muscle regeneration in vivo. Our studies implicate that the loss of TRIM32 results in dysfunctional muscle stem cells which could contribute to the development of LGMD2H.

Impaired dendritic cell differentiation and maturation in the absence of C3

Human monocytes can be differentiated into immature dendritic cells (DCs) in the presence of serum and cytokines. One of the main functions of immature DCs is to capture and process antigens. Following maturation, they differentiate into antigen presenting cells. The role of complement in the differentiation process from monocytes towards immature DCs remains elusive. Here we demonstrate that complement 3 (C3) has a regulatory impact on the expression of specific DC surface molecules and DC-derived cytokine production during DC differentiation. We isolated human adherent peripheral blood mononuclear cells, which were cultured in the presence of GM-CSF plus IL-4 in medium supplemented with normal human serum or C3 deficient serum. The lack of C3 during DC differentiation negatively impacted the expression of C-type lectin receptor DC-SIGN, the antigen presenting molecules HLA-DR and CD1a, and the costimulatory molecules CD80 and CD86. Further, the spontaneous production of IL-6 and IL-12 was reduced in the absence of C3. Moreover, the maturation of immature DCs in response to LPS challenge was impaired in the absence of C3 as evidenced by reduced MHC-II, co-stimulatory molecule expression as well as modulated IL-12 and TNF-alpha production. Collectively, our results provide evidence for a novel role of C3 as a critical cofactor in human DC differentiation and maturation. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Retinoic acid inhibits dendritic cell differentiation driven by interleukin-4

All-trans-retinoic acid (atRA) appears to affect Th1-Th2 differentiation and its effects on immune responses might also be mediated by dendritic cell (DC). Nonetheless, studies have been showing contradictory results since was observed either induction or inhibition of DC differentiation. Our aim was to investigate atRA action on human monocyte derived DC differentiation. For this purpose we tested pharmacological and physiological doses of atRA with or without cytokines. Cell phenotypes were analyzed by flow cytometry and function was investigated by phagocytosis and respiratory burst. DC, positive control group, was differentiated with GM-CSF and IL-4 and maturated with TNF-alpha. We demonstrated that atRA effects depend on the dose used as pharmacological doses inhibited expression of all phenotypic markers tested while a physiological dose caused cell differentiation. However, atRA combined or not with cytokines did not promote DC differentiation. In fact, atRA was detrimental on IL-4 property as a DC inductor. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Involvement of Eukaryotic Translation Initiation Factor 5A (eIF5A) in Skeletal Muscle Stem Cell Differentiation

The eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) contains a special amino acid residue named hypusine that is required for its activity, being produced by a post-translational modification using spermidine as substrate. Stem cells from rat skeletal muscles (satellite cells) were submitted to differentiation and an increase of eIF5A gene expression was observed. Higher content of eIF5A protein was found in satellite cells on differentiation in comparison to non-differentiated satellite cells and skeletal muscle. The treatment with NI-guanyl- 1,7-diaminoheptane (GC7), a hypusination inhibitor, reversibly abolished the differentiation process. In association with the differentiation blockage, an increase of glucose consumption and lactate production and a decrease of glucose and palmitic acid oxidation were observed. A reduction in cell proliferation and protein synthesis was also observed. L-Arginine, a spermidine precursor and partial suppressor of muscle dystrophic phenotype, partially abolished the GC7 inhibitory effect on satellite cell differentiation. These results reveal a new physiological role for eIF5A and contribute to elucidate the molecular mechanisms involved in muscle regeneration.

Immunohistochemical features of a papillary squamous cell carcinoma of the endometrium with transitional cell differentiation

An 84-year-old woman underwent hysterectomy due to a friable endometrial mass infiltrating almost half way through the myometrial wall. The tumor consisted of papillary structures with thin fibrovascular cores covered by several layers of pleomorphic cells. The deeply located neoplastic cells were ovoid with a pale eosinophilic cytoplasm resembling urothelial cells. A diagnosis of papillary squamous cell carcinoma of the endometrium with transitional cell differentiation was made. Although she recovered well after surgery, she died one year later because of disseminated disease. In an attempt to obtain new insights into the physiopathology of this very rare tumor, an immunohistochemical panel with 32 markers was performed. The neoplastic cells were positive for cytokeratin 5, vimentin, p63, p21, VEGF, Ki67, BAG1, and bcl-2. The expression of BAG-1 and bcl-2 may suggest that anti-apoptotic stimuli are preponderant in this neoplasm.