<p>The homeostasis of naïve T lymphocytes is maintained by several mechanisms involving basal TCR and cytokine signaling, and nutrient factors. One of the common net results of these input signals is the production and stabilization of anti-apoptotic Bcl-2 family members. A second result of these processes is the induction of autophagy, an intracellular, catabolic, lysosomal targeting pathway. Autophagy induction in most systems involves the class III phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K), Vps34, to produce phosphatidylinositol-3-phosphate (PI(3)P). To test this in T lymphocytes, I generated mice specifically lacking Vps34 in T cells (Vps34f/fLck-cre mice). However, Vps34-deficient T lymphocytes have normal levels of basal autophagy, and upregulate autophagy normally in response to cytokine or nutrient withdrawal, or TCR stimulation. Therefore I conclude that Vps34 activity is not required for autophagy induction in T lymphocytes. T lymphocytes lacking Vps34 do have enhanced rates of apoptosis, but this is due to defects in intracellular trafficking, specifically of the Interleukin-7 receptor alpha subunit (IL-7R&#945;). Additionally, multivesicular body (MVB) maturation is impaired in T cells lacking Vps34 such that extracellular ligands are not efficiently targeted to the lysosome. </p><p>Autophagy induction in Vps34-deficient T lymphocytes is still sensitive to pan-PI3K inhibitors, such as wortmannin and 3-methyladenine (3MA). Therefore, I hypothesized that other classes of PI3K are necessary to induce autophagy in T lymphocytes through the production of PI(3)P. Autophagy induction is sensitive to specific class I PI3K (PI3KI) inhibitors, such as PIK75. Additionally, T cells lacking the p85 regulatory subunit of PI3KI also have severe defects in T cell receptor (TCR) mediated autophagy induction. PI3KI activity results in the production of PI(3,4,5)P3, though, and not PI(3)P. Because of this specificity, I hypothesize that additional inositol polyphosphatases (Inpp) are required for autophagy induction downstream of PI3KI activity. Indeed, utilizing both inhibitors of pharmacological inhibition and siRNA-mediated knockdown of two classes of phosphatidylinositol phosphatases, inositol polyphosphate-4-phosphatase (Inpp4) and SH2 containing inositol phosphatase (SHIP), had dramatic impacts on autophagy induction. Furthermore, exogenous addition of PI(3,4)P2, a hypothesized intermediate in this pathway, positively regulates autophagy induction and leads to enhanced progression of autophagy. These observations indicate that PI3KI activity, linked to Inpp activity, are necessary and positive regulators of autophagy through the production of PI(3)P.</p> / Dissertation

Les lymphocytes B et T sont issus de cellules progénitrices lymphoïdes de la moelle osseuse qui se différencient grâce à l’action de facteurs de transcription, cytokines et voies de signalisation, dont l’interleukine-7 (IL-7)/IL-7 récepteur (IL-7R). Le facteur de transcription c-Myc est exprimé par les cellules lymphoïdes et contrôle leur croissance et leur différenciation. Cette régulation transcriptionnelle peut être coordonnée par le complexe c-Myc/Myc-Interacting Zinc finger protein-1 (Miz-1). Le but de ce projet était de comprendre les mécanismes qui impliquent Miz-1 et le complexe c-Myc/Miz-1 dans le développement des lymphocytes B et T. Pour réaliser ce projet, des souris déficientes pour le domaine de transactivation de Miz-1 (Miz-1POZ) et des souris à allèles mutantes pour c-MycV394D, mutation qui empêche l’interaction avec Miz-1, ont été générées. La caractérisation des souris Miz 1POZ a démontré que l’inactivation de Miz-1 perturbe le développement des lymphocytes B et T aux stades précoces de leur différenciation qui dépend de l’IL-7. L’analyse de la cascade de signalisation IL-7/IL-7R a montré que ces cellules surexpriment la protéine inhibitrice SOCS1 qui empêche la phosphorylation de STAT5 et perturbe la régulation à la hausse de la protéine de survie Bcl-2. De plus, Miz-1 se lie directement au promoteur de SOCS1 et contrôle son activité. En plus de contrôler l’axe IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 spécifiquement aux stades précoces du développement afin d’assurer la survie des progéniteurs B et T, Miz-1 régule l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B afin de coordonner les signaux nécessaires pour la différenciation des cellules immatures. La caractérisation des souris c-MycV394D a montré, quant à elle, que les fonctions de Miz-1 dans les cellules B et T semblent indépendantes de c-Myc. Les cellules T des souris Miz-1POZ ont un défaut de différenciation additionnel au niveau de la -sélection, étape où les signaux initiés par le TCR remplacent ceux induits par IL-7 pour assurer la prolifération et la différenciation des thymocytes en stades plus matures. À cette étape du développement, une forme fonctionnelle de Miz-1 semble être requise pour contrôler le niveau d’activation de la voie p53, induite lors du processus de réarrangement V(D)J du TCR. L’expression de gènes pro-apoptotiques PUMA, NOXA, Bax et du régulateur de cycle cellulaire p21CIP1 est régulée à la hausse dans les cellules des souris Miz-1POZ. Ceci provoque un débalancement pro-apoptotique qui empêche la progression du cycle cellulaire des cellules TCR-positives. La survie des cellules peut être rétablie à ce stade de différenciation en assurant une coordination adéquate entre les signaux initiés par l’introduction d’un TCR transgénique et d’un transgène codant pour la protéine Bcl-2. En conclusion, ces études ont montré que Miz-1 intervient à deux niveaux du développement lymphoïde: l’un précoce en contrôlant la signalisation induite par l’IL-7 dans les cellules B et T, en plus de l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B; et l’autre tardif, en coordonnant les signaux de survie issus par le TCR et p53 dans les cellules T. Étant donné que les thymocytes et lymphocytes B immatures sont sujets à plusieurs rondes de prolifération, ces études serviront à mieux comprendre l’implication des régulateurs du cycle cellulaire comme c-Myc et Miz-1 dans la génération des signaux nécessaires à la différenciation non aberrante et à la survie des ces cellules. Enfin, les modèles expérimentaux, souris déficientes ou à allèles mutantes, utilisés pour ce travail permettront de mieux définir les bases moléculaires de la transformation maligne des lymphocytes B et T et de révéler les mécanismes conduisant au lymphome. / Signaling pathways control the differentiation and proliferation of blood cells, like B and T lymphocytes. They converge into regulating the activity of transcription factors that influence ultimately gene expression patterns. The transcription factor c-Myc is a central regulator of cellular proliferation and growth, and its deregulated expression has been demonstrated to be involved in many types of cancers, in particular lymphoma. Recent studies have shown that repression by c-Myc can be mediated by a complex formed with the BTB/POZ domain transcription factor Miz-1 (Myc Interacting Zinc finger protein-1). Given that both c-Myc and Miz-1 proteins are expressed in lymphoid precursors and since c-Myc has been shown to be important for B- and T-cell development, the aim of this thesis was to investigate the role of Miz-1 and the c-Myc/Miz-1 complex in regulating B and T cell survival, commitment and differentiation. To do so, mice expressing a non-functional Miz-1 protein lacking the BTB/POZ domain (Miz-1POZ) and knock-in mice expressing a mutant c-MycV394D allele that no longer interacts with Miz-1 were generated. B- and T-cell development requires the coordinated action of transcription factors and cytokines, in particular interleukin-7 (IL-7). The studies presented in this work demonstrated that mice deficient for the BTB/POZ domain of transcription factor Miz-1 almost entirely lack follicular B cells and T cells, since their progenitors fail to activate the JAK/STAT5 pathway and to up-regulate Bcl-2 upon IL-7 stimulation. Miz-1 exerts a dual role in the IL-7 receptor (IL-7R) pathway by directly repressing the JAK inhibitor SOCS1 and by activating Bcl-2 expression. In B cells, a functional form of Miz-1 is also required for the proper expression of early B cell genes like E2A and EBF. These data suggest that Miz-1 represents a new regulatory element of early B- and T-cell differentiation required for the regulation of the IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 axis by monitoring SOCS1 for survival and by regulating the EBF/Pax-5/Rag-1/2 axis for the proper commitment and differentiation of the B-cell lineage. The regulation exerted by Miz-1 in B and T cells is mostly likely independent of its interacting partner c-Myc, and seems specifically linked to the BTB/POZ domain of Miz-1. Mice deficient for the BTB/POZ domain of Miz-1 have additionally a severe differentiation block at the pre-T cell “-selection” checkpoint. Miz-1 deficient pre-T cells are highly apoptotic and do show cell cycle defects. This concurs with enhanced expression of p53-target genes such as p21CIP1, Bax, PUMA and Noxa, most likely induced by the DNA double-strand breaks generated during the V(D)J recombination of the TCR. Only the co-expression of rearranged TCR and Bcl-2 fully rescued Miz-1-deficient cell numbers and enabled them to differentiate into TCR+ cells. These data suggest that Miz-1 is required for both the regulation of the p53 response and proper expression of the pre-TCR to support the proliferative burst of pre-T cells. In conclusion, the studies presented in this thesis revealed the so far unknown implication of Miz-1 in B- and T-cell development. More specifically, Miz-1 exerts early regulatory functions by monitoring the IL-7/IL-7R signaling in B and T cells. It regulates later stages of differentiation by controlling the EBF/Pax-5/Rag-1/2 in B cells and the TCR expression and the p53 response in T cells. These studies and the generated mice model (conditional knock-out and knock-in) will help characterize the implications of transcription factors that have been causally implicated in the altered genetic programming found in hematopoietic malignancies due to their capacities to regulate cell cycle. Ultimately the characterization of Miz-1 and c-Myc functions in B and T cells will help better understand the mechanisms responsible for the emergence of leukemia and lymphoma.

Les lymphocytes B et T sont issus de cellules progénitrices lymphoïdes de la moelle osseuse qui se différencient grâce à l’action de facteurs de transcription, cytokines et voies de signalisation, dont l’interleukine-7 (IL-7)/IL-7 récepteur (IL-7R). Le facteur de transcription c-Myc est exprimé par les cellules lymphoïdes et contrôle leur croissance et leur différenciation. Cette régulation transcriptionnelle peut être coordonnée par le complexe c-Myc/Myc-Interacting Zinc finger protein-1 (Miz-1). Le but de ce projet était de comprendre les mécanismes qui impliquent Miz-1 et le complexe c-Myc/Miz-1 dans le développement des lymphocytes B et T. Pour réaliser ce projet, des souris déficientes pour le domaine de transactivation de Miz-1 (Miz-1POZ) et des souris à allèles mutantes pour c-MycV394D, mutation qui empêche l’interaction avec Miz-1, ont été générées. La caractérisation des souris Miz 1POZ a démontré que l’inactivation de Miz-1 perturbe le développement des lymphocytes B et T aux stades précoces de leur différenciation qui dépend de l’IL-7. L’analyse de la cascade de signalisation IL-7/IL-7R a montré que ces cellules surexpriment la protéine inhibitrice SOCS1 qui empêche la phosphorylation de STAT5 et perturbe la régulation à la hausse de la protéine de survie Bcl-2. De plus, Miz-1 se lie directement au promoteur de SOCS1 et contrôle son activité. En plus de contrôler l’axe IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 spécifiquement aux stades précoces du développement afin d’assurer la survie des progéniteurs B et T, Miz-1 régule l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B afin de coordonner les signaux nécessaires pour la différenciation des cellules immatures. La caractérisation des souris c-MycV394D a montré, quant à elle, que les fonctions de Miz-1 dans les cellules B et T semblent indépendantes de c-Myc. Les cellules T des souris Miz-1POZ ont un défaut de différenciation additionnel au niveau de la -sélection, étape où les signaux initiés par le TCR remplacent ceux induits par IL-7 pour assurer la prolifération et la différenciation des thymocytes en stades plus matures. À cette étape du développement, une forme fonctionnelle de Miz-1 semble être requise pour contrôler le niveau d’activation de la voie p53, induite lors du processus de réarrangement V(D)J du TCR. L’expression de gènes pro-apoptotiques PUMA, NOXA, Bax et du régulateur de cycle cellulaire p21CIP1 est régulée à la hausse dans les cellules des souris Miz-1POZ. Ceci provoque un débalancement pro-apoptotique qui empêche la progression du cycle cellulaire des cellules TCR-positives. La survie des cellules peut être rétablie à ce stade de différenciation en assurant une coordination adéquate entre les signaux initiés par l’introduction d’un TCR transgénique et d’un transgène codant pour la protéine Bcl-2. En conclusion, ces études ont montré que Miz-1 intervient à deux niveaux du développement lymphoïde: l’un précoce en contrôlant la signalisation induite par l’IL-7 dans les cellules B et T, en plus de l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B; et l’autre tardif, en coordonnant les signaux de survie issus par le TCR et p53 dans les cellules T. Étant donné que les thymocytes et lymphocytes B immatures sont sujets à plusieurs rondes de prolifération, ces études serviront à mieux comprendre l’implication des régulateurs du cycle cellulaire comme c-Myc et Miz-1 dans la génération des signaux nécessaires à la différenciation non aberrante et à la survie des ces cellules. Enfin, les modèles expérimentaux, souris déficientes ou à allèles mutantes, utilisés pour ce travail permettront de mieux définir les bases moléculaires de la transformation maligne des lymphocytes B et T et de révéler les mécanismes conduisant au lymphome. / Signaling pathways control the differentiation and proliferation of blood cells, like B and T lymphocytes. They converge into regulating the activity of transcription factors that influence ultimately gene expression patterns. The transcription factor c-Myc is a central regulator of cellular proliferation and growth, and its deregulated expression has been demonstrated to be involved in many types of cancers, in particular lymphoma. Recent studies have shown that repression by c-Myc can be mediated by a complex formed with the BTB/POZ domain transcription factor Miz-1 (Myc Interacting Zinc finger protein-1). Given that both c-Myc and Miz-1 proteins are expressed in lymphoid precursors and since c-Myc has been shown to be important for B- and T-cell development, the aim of this thesis was to investigate the role of Miz-1 and the c-Myc/Miz-1 complex in regulating B and T cell survival, commitment and differentiation. To do so, mice expressing a non-functional Miz-1 protein lacking the BTB/POZ domain (Miz-1POZ) and knock-in mice expressing a mutant c-MycV394D allele that no longer interacts with Miz-1 were generated. B- and T-cell development requires the coordinated action of transcription factors and cytokines, in particular interleukin-7 (IL-7). The studies presented in this work demonstrated that mice deficient for the BTB/POZ domain of transcription factor Miz-1 almost entirely lack follicular B cells and T cells, since their progenitors fail to activate the JAK/STAT5 pathway and to up-regulate Bcl-2 upon IL-7 stimulation. Miz-1 exerts a dual role in the IL-7 receptor (IL-7R) pathway by directly repressing the JAK inhibitor SOCS1 and by activating Bcl-2 expression. In B cells, a functional form of Miz-1 is also required for the proper expression of early B cell genes like E2A and EBF. These data suggest that Miz-1 represents a new regulatory element of early B- and T-cell differentiation required for the regulation of the IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 axis by monitoring SOCS1 for survival and by regulating the EBF/Pax-5/Rag-1/2 axis for the proper commitment and differentiation of the B-cell lineage. The regulation exerted by Miz-1 in B and T cells is mostly likely independent of its interacting partner c-Myc, and seems specifically linked to the BTB/POZ domain of Miz-1. Mice deficient for the BTB/POZ domain of Miz-1 have additionally a severe differentiation block at the pre-T cell “-selection” checkpoint. Miz-1 deficient pre-T cells are highly apoptotic and do show cell cycle defects. This concurs with enhanced expression of p53-target genes such as p21CIP1, Bax, PUMA and Noxa, most likely induced by the DNA double-strand breaks generated during the V(D)J recombination of the TCR. Only the co-expression of rearranged TCR and Bcl-2 fully rescued Miz-1-deficient cell numbers and enabled them to differentiate into TCR+ cells. These data suggest that Miz-1 is required for both the regulation of the p53 response and proper expression of the pre-TCR to support the proliferative burst of pre-T cells. In conclusion, the studies presented in this thesis revealed the so far unknown implication of Miz-1 in B- and T-cell development. More specifically, Miz-1 exerts early regulatory functions by monitoring the IL-7/IL-7R signaling in B and T cells. It regulates later stages of differentiation by controlling the EBF/Pax-5/Rag-1/2 in B cells and the TCR expression and the p53 response in T cells. These studies and the generated mice model (conditional knock-out and knock-in) will help characterize the implications of transcription factors that have been causally implicated in the altered genetic programming found in hematopoietic malignancies due to their capacities to regulate cell cycle. Ultimately the characterization of Miz-1 and c-Myc functions in B and T cells will help better understand the mechanisms responsible for the emergence of leukemia and lymphoma.