<p>T cells and B cells each express unique antigen receptors used to identify, eliminate, and remember pathogens. These receptors are generated through a process known as V(D)J recombination, in which T cell receptor and B cell receptor gene loci undergo genomic recombination. Interestingly, recombination at certain genes is regulated so that a single in-frame rearrangement is present on only one allele per cell. This phenomenon, termed allelic exclusion, requires two steps. First, recombination can occur only on one allele at a time. In the second step, additional recombination must be prevented. Though the mechanism of the second step is well-understood, the first step remains poorly understood.</p><p>The first step of recombination necessitates that alleles rearrange one at a time. This could be achieved either through inefficient recombination or by halting further recombination in the presence of recombination. To separate these mechanisms, we analyzed recombination in nuclei unable to complete recombination. We found that rearrangement events accumulated at antigen receptor loci, suggesting that the presence of recombination does not stop additional rearrangements and asynchronous recombination likely results from inefficient recombination at both alleles.</p><p>Association with repressive subnuclear compartments has been proposed to reduce the recombination efficiency of allelically excluded antigen receptor loci. Of the alleleically excluded loci, <italic>Tcrb</italic> alleles are uniquely regulated during development. Other allelically excluded alleles are positioned at the transcriptionally-repressive nuclear periphery prior to recombination, and relocate to the nuclear interior at the stage in which they recombine. However <italic>Tcrb</italic> alleles remain highly associated with the nuclear periphery during rearrangement. Here we provide evidence that this peripheral subnuclear positioning of <italic>Tcrb</italic> alleles does suppress recombination. We go on to suggest that peripheral localization mediates the first step of allelic exclusion.</p><p>In search of the mechanism by which recombination is suppressed on peripheral <italic>Tcrb</italic> alleles, we investigated the subnuclear localization of a recombinase protein. Two recombinase proteins are required for recombination, one of which is recruited to actively transcribing (and more centrally located) DNA. Here we demonstrate that one recombinase protein is unable to localize to peripheral <italic>Tcrb</italic> alleles, potentially serving as the mechanism by which recombination is suppressed on peripheral alleles.</p> / Dissertation

La régulation transcriptionelle fine assurée par les Eléments Cis Régulateurs (ECR, eg. promoteurs et «enhancers») et les facteurs protéiques associés, est à la base de la mise en place et le maintien de l'identité tissulaire. Les modifications de la chromatine corrèlent avec l’activité d’ECRs et constituent l’épigénome de la cellule. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée aux transitions des modifications des histones (H3K4me1/me2/me3, H3K36me3, H3K27me3 and H3K9me2) accompagnant le développement précoce de la cellule T. Pour cela, j’ai utilisé un modèle murin reproduisant une étape cruciale de la thymopoïèse - la sélection β - et la technique d’Immunoprecipitation de la chromatine couplée à des puces à ADN (ChIP-chip). Au sein des enhancer connus, nos analyses ont mis en évidence une nouvelle signature épigénétique liée à leur activité. De plus, nous montrons que l'étendue d'enrichissement d’H3K4me2 au sein des régions géniques des gènes exprimés, constitue une signature épigénétique des gènes tissus spécifiques. Tout ceci a permis de mieux comprendre le rôle de l’épigénétique dans l'établissement et le maintien de l'identité cellulaire.Le traitement anti-cancer moderne est basé sur les analyses de différents marqueurs d'agressivité (MA) et par la suite, de l’établissement de la thérapie personnalisée. Durant la dernière partie de ma thèse, j’ai participé à un projet collaboratif avec le laboratoire de Thérapie Cellulaire de l’Institut Paoli Calmettes à Marseille, qui visait l’isolation des MA des Leucémies Aiguës Myéloïdes à caryotype normal (LMAcn) grâce aux études de profilage épigénétique (H3K27me3) des blastes des patients atteints de LMAcn. / Precise transcriptional regulation underlies the establishment and maintenance of cell type specific identity and is governed by dedicated DNA sequences (i.e., cis regulatory elements (CREs): eg.: promoters, enhancers) and transcription factors. Chromatin modifications (eg.: histone modifications, DNA methylation) impinge on CREs activity and constitute the epigenome of the cell.During my PhD, I was interested in the transitions of a set of histone modifications (H3K4me1/me2/me3, H3K36me3, H3K27me3 and H3K9me2), during one of the major checkpoints of thymopoiesis - the β-selection. I used a dedicated mouse model and Chromatin Immunoprecipitation coupled with microarrays (ChIP-chip) technique. Our data evidenced a previously unappreciated epigenetic signature linked to enhancer activity. In parallel, computational analyses of the patterns of gene body enrichment of H3K4me2 highlighted an epigenetic signature linked to the regulation of the tissue specific gene expression. Altogether, this enabled to deepen the relationship between chromatin states and regulation of cell type specific identity.Modern anticancer treatment is based on the analyses of a number of cancer aggressiveness markers (CAM) and results in a highly personalized therapy. Epigenetic profiling can constitute a powerful tool for CAM’s isolation. In the second part of the presented work, I participate in a collaborative project (with Cellular Therapy Centre at the Paoli Calmettes Institut, Marseille) aiming to isolate new CAM for Acute Myeloid Leukemia with normal karyotype (AMLnc) patients. For this purpose I performed epigenetic (H3K27me3) profiling of blasts of AMLnc.

[EN]It is well illustrated that the generation of Tregs is the main mechanism responsible for maintaining immune tolerance during developmental exposure to non-inherited maternal antigen (NIMA). Moreover, the presence of NIMA-specific Tregs in the uterus of pregnant mice promote reproductive fitness by enforcing maternal tolerance to overlapping paternal antigens expressed by the fetus during next-generation pregnancies. However, the reason why perinatal T cell lineage is biased towards immune tolerance is poorly understood. Due to the fact that terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) is not expressed in neonatal T cells in the mouse, neonatal T cells have a less diverse TCR repertoire. This is known to limit their specificity and to increase their affinity for MHC/peptide complexes. At the start of the present work, we postulated that expressing high affinity TCR might be the reason that forces the development of antigen-specific Tregs in neonates. We undertook our study with the aim to investigate the mechanisms underlying mouse NIMA-specific Treg development in the perinatal period. Using 2W1S-OVA+ heterozygous mouse model in which 2W1S antigen was transformed into surrogate NIMA for half of the offspring, we observed an increased frequency of 2W1S-specific Tregs in NIMA-2W1S-exposed animals. Moreover, we also observed that periphery-derived NIMA-2W1S Tregs had a less diverse TCR repertoire and were phenotypically distinct from thymus-derived SELF-2W1S-specific Tregs. In order to investigate whether the lack of diversity was responsible for the development of neonatal NIMA-specific Tregs, we generated transgenic mice where TdT expression was enforced in T cells before birth. We found that transgenic TdT added clonal TCR diversity but did not prevent the development of T cell clones with neonatal type TCR repertoire and did not modify the frequency of neonatal NIMA-specific Tregs. On the contrary, TdT expression increased significantly generation of SELF-specific Tregs to levels similar to that of NIMA-specific Tregs. Taken together, our data indicate that the developmental pathways of NIMA- and SELF-specific Treg repertoire are different in terms of inducing and maintaining neonatal tolerance. / [FR]Il est bien illustré que la génération périnatal de Treg est le principal mécanisme responsable du maintien de la tolérance immunitaire fœtale qui se développe suite à l'exposition aux antigènes maternels non-hérités (NIMA). De plus, la présence de Tregs spécifiques des NIMA dans l'utérus des femmes enceintes favorise la capacité de reproduction en renforçant la tolérance maternelle aux mêmes antigènes paternels exprimés par le fœtus pendant les grossesses de prochaine génération. Cependant, la raison pour laquelle la lignée des cellules T fœtales est biaisée en faveur de la tolérance immunitaire est mal comprise. Chez la souris, en raison du manque d'expression de la désoxynucléotidyl transférase terminale (TdT), les cellules T néonatales ont un répertoire de TCR moins diversifié. Ceci est connu pour limiter leur spécificité et augmenter leur affinité pour les complexes CMH / peptide. Au début du présent travail, nous avons émis l'hypothèse que l'expression de TCRs de haute affinité pourrait être la raison qui force le développement de Treg spécifiques chez les nouveau-nés. Nous avons plus particulièrement entrepris notre étude dans le but d'étudier les mécanismes sous-jacents au développement de Tregs spécifiques des NIMA chez la souris pendant la période périnatale. En utilisant le modèle de souris hétérozygotes pour 2W1S-OVA+ dans lequel l'antigène 2W1S a été transformé en NIMA pour la moitié de la progéniture, nous avons observé une fréquence accrue de Tregs spécifiques de 2W1S chez les animaux exposés au NIMA. De plus, nous avons également observé que les Treg NIMA-2W1S dérivés de la périphérie avaient un répertoire de TCRs moins diversifié et étaient phénotypiquement distincts des Tregs spécifiques de SELF-2W1S dérivés du thymus. Afin de déterminer si le manque de diversité était responsable du développement de Tregs néonataux spécifiques de NIMA, nous avons généré des souris transgéniques où l'expression de TdT était appliquée dans les cellules T avant la naissance. Nous avons constaté que le TdT transgénique ajoutait une diversité de TCR clonale, mais n'empêchait pas le développement de clones de cellules T avec un répertoire TCR de type néonatal et ne modifiait pas la fréquence des Treg néonataux spécifiques du NIMA. Au contraire, l'expression de TdT a augmenté de manière significative la génération de Tregs spécifiques de SELF-2W1S à des niveaux similaires à ceux des Treg spécifiques de NIMA-2W1S. Prises ensembles, nos données indiquent que les voies de développement du répertoire des Tregs néonataux spécifiques de NIMA et SELF sont différentes en termes d'induction et de maintien de la tolérance néonatale. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les voies de signalisation des MAP kinases (MAPK) conventionnelles jouent des rôles essentiels pendant le développement des lymphocytes T (LT) ainsi que lors de leur activation suite à la reconnaissance antigénique. En raison de ses différences structurelles ainsi que de son mode de régulation, ERK3 fait partie des MAPK dites non-conventionnelles. Encore aujourd’hui, les événements menant à l’activation de ERK3, ses substrats ou partenaires ainsi que sa fonction physiologique demeurent peu caractérisés. Nous avons entrepris dans cette thèse d’étudier le rôle de ERK3 lors du développement et de l’activation des LT en utilisant un modèle de souris déficient pour l’expression de ERK3. Nous avons premièrement établi que ERK3 est exprimée chez les thymocytes. Ensuite, nous avons évalué le développement thymique chez la souris ERK3-déficiente et nous avons observé une diminution significative de la cellularité aux étapes DN1, DP et SP CD4+ du développement des LT. La création de chimères hématopoïétiques ERK3-déficientes nous a permis de démontrer que la diminution du nombre de cellules observée aux étapes DN1 et DP est autonome aux thymocytes alors que le phénotype observé à l’étape SP CD4+ est dépendant de l’abolition simultanée de ERK3 dans l’épithélium thymique et dans les thymocytes. Une étude plus approfondie de l’étape DP nous a permis de démontrer qu’en absence de ERK3, les cellules DP meurent plus abondamment et accumulent des cassures doubles brins (DSB) dans leur ADN. De plus, nous avons démontré que ces cassures dans l’ADN sont réalisées par les enzymes RAG et qu’en absence de ces dernières, la cellularité thymique est presque rétablie chez la souris ERK3-déficiente. Ces résultats suggèrent que ERK3 est impliquée dans un mécanisme essentiel à la régulation des DSB pendant le réarrangement V(D)J de la chaîne  du récepteur des cellules T (RCT). Dans le deuxième article présenté dans cette thèse, nous avons montré que ERK3 est exprimé chez les LT périphériques, mais seulement suite à leur activation via le RCT. Une fois activés in vitro les LT ERK3-déficients présentent une diminution marquée de leur prolifération et dans la production de cytokines. De plus, les LT ERK3-déficients survivent de façon équivalente aux LT normaux, mais étonnamment, ils expriment des niveaux plus faibles de la molécule anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats suggèrent que la prolifération réduite des LT ERK3-déficients est la conséquence d’une altération majeure de leur activation. Ainsi, nos résultats établissent que ERK3 est une MAPK qui joue des rôles essentiels et uniques dans le développement thymique et dans l’activation des lymphocytes T périphériques. Grâce à ces travaux, nous attribuons pour la toute première fois une fonction in vivo pour ERK3 au cours de deux différentes étapes de la vie d’un LT. / Classical MAP kinases (MAPK) play essential roles during T cell development and activation. ERK3 is a member of the MAPK family for which no physiological function has been described yet. Also, ERK3 is an atypical MAPK since its structure and mode of regulation are different from the conventional MAPK. Even today, the events leading to ERK3 activation and its substrates or partners are still largely unknown. We have studied in this thesis the role of ERK3 during T cell development and activation by using a mouse model in which ERK3 is not expressed. First, we have established that ERK3 is expressed in thymocytes. Next, we have evaluated thymic development in ERK3-deficient mice and we have observed a significant decrease in cell number at DN1, DP and CD4SP stages of T cell development. ERK3-deficient hematopoietic chimeras revealed that the DN1 and DP phenotype are T-cell autonomous, while abrogation of CD4SP development requires ERK3-deficiency in both thymocytes and thymic epithelium. By investigating further the DP stage, we have shown that ERK3-deficient DP thymocytes are more prone to apoptosis and also accumulate DNA double-strand breaks (DSBs). Moreover, we have shown that the increase DSBs are the direct consequence of RAG activity and that abolition of RAG almost restored thymic cellularity in ERK3-deficient mice. These results suggest that ERK3 is involved in an essential mechanism of DBSs regulation during TCR recombination. In the second article presented in this thesis, we have shown that ERK3 is expressed in peripheral T cell, but only when their TCR is activated. Also, ERK3-deficient T cells presented a strong reduction in proliferation and cytokine secretion following in vitro stimulation. Moreover, activated T cells lacking ERK3 are not more prone to death and surprisingly, they are unable to up-regulate the expression of the anti-apoptotic molecule Bcl-2 following TCR stimulation. These results suggest that the reduced proliferation of ERK3-deficient T cells is a consequence of their defective activation. Collectively, our results unveil essential and unsuspected roles for ERK3 in T cell development and activation. With this study, we establish for the first time an in vivo function for the atypical MAPK ERK3 in two different stages during T cell life.

Les voies de signalisation des MAP kinases (MAPK) conventionnelles jouent des rôles essentiels pendant le développement des lymphocytes T (LT) ainsi que lors de leur activation suite à la reconnaissance antigénique. En raison de ses différences structurelles ainsi que de son mode de régulation, ERK3 fait partie des MAPK dites non-conventionnelles. Encore aujourd’hui, les événements menant à l’activation de ERK3, ses substrats ou partenaires ainsi que sa fonction physiologique demeurent peu caractérisés. Nous avons entrepris dans cette thèse d’étudier le rôle de ERK3 lors du développement et de l’activation des LT en utilisant un modèle de souris déficient pour l’expression de ERK3. Nous avons premièrement établi que ERK3 est exprimée chez les thymocytes. Ensuite, nous avons évalué le développement thymique chez la souris ERK3-déficiente et nous avons observé une diminution significative de la cellularité aux étapes DN1, DP et SP CD4+ du développement des LT. La création de chimères hématopoïétiques ERK3-déficientes nous a permis de démontrer que la diminution du nombre de cellules observée aux étapes DN1 et DP est autonome aux thymocytes alors que le phénotype observé à l’étape SP CD4+ est dépendant de l’abolition simultanée de ERK3 dans l’épithélium thymique et dans les thymocytes. Une étude plus approfondie de l’étape DP nous a permis de démontrer qu’en absence de ERK3, les cellules DP meurent plus abondamment et accumulent des cassures doubles brins (DSB) dans leur ADN. De plus, nous avons démontré que ces cassures dans l’ADN sont réalisées par les enzymes RAG et qu’en absence de ces dernières, la cellularité thymique est presque rétablie chez la souris ERK3-déficiente. Ces résultats suggèrent que ERK3 est impliquée dans un mécanisme essentiel à la régulation des DSB pendant le réarrangement V(D)J de la chaîne  du récepteur des cellules T (RCT). Dans le deuxième article présenté dans cette thèse, nous avons montré que ERK3 est exprimé chez les LT périphériques, mais seulement suite à leur activation via le RCT. Une fois activés in vitro les LT ERK3-déficients présentent une diminution marquée de leur prolifération et dans la production de cytokines. De plus, les LT ERK3-déficients survivent de façon équivalente aux LT normaux, mais étonnamment, ils expriment des niveaux plus faibles de la molécule anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats suggèrent que la prolifération réduite des LT ERK3-déficients est la conséquence d’une altération majeure de leur activation. Ainsi, nos résultats établissent que ERK3 est une MAPK qui joue des rôles essentiels et uniques dans le développement thymique et dans l’activation des lymphocytes T périphériques. Grâce à ces travaux, nous attribuons pour la toute première fois une fonction in vivo pour ERK3 au cours de deux différentes étapes de la vie d’un LT. / Classical MAP kinases (MAPK) play essential roles during T cell development and activation. ERK3 is a member of the MAPK family for which no physiological function has been described yet. Also, ERK3 is an atypical MAPK since its structure and mode of regulation are different from the conventional MAPK. Even today, the events leading to ERK3 activation and its substrates or partners are still largely unknown. We have studied in this thesis the role of ERK3 during T cell development and activation by using a mouse model in which ERK3 is not expressed. First, we have established that ERK3 is expressed in thymocytes. Next, we have evaluated thymic development in ERK3-deficient mice and we have observed a significant decrease in cell number at DN1, DP and CD4SP stages of T cell development. ERK3-deficient hematopoietic chimeras revealed that the DN1 and DP phenotype are T-cell autonomous, while abrogation of CD4SP development requires ERK3-deficiency in both thymocytes and thymic epithelium. By investigating further the DP stage, we have shown that ERK3-deficient DP thymocytes are more prone to apoptosis and also accumulate DNA double-strand breaks (DSBs). Moreover, we have shown that the increase DSBs are the direct consequence of RAG activity and that abolition of RAG almost restored thymic cellularity in ERK3-deficient mice. These results suggest that ERK3 is involved in an essential mechanism of DBSs regulation during TCR recombination. In the second article presented in this thesis, we have shown that ERK3 is expressed in peripheral T cell, but only when their TCR is activated. Also, ERK3-deficient T cells presented a strong reduction in proliferation and cytokine secretion following in vitro stimulation. Moreover, activated T cells lacking ERK3 are not more prone to death and surprisingly, they are unable to up-regulate the expression of the anti-apoptotic molecule Bcl-2 following TCR stimulation. These results suggest that the reduced proliferation of ERK3-deficient T cells is a consequence of their defective activation. Collectively, our results unveil essential and unsuspected roles for ERK3 in T cell development and activation. With this study, we establish for the first time an in vivo function for the atypical MAPK ERK3 in two different stages during T cell life.

T cells, which constitute an essential arm in the adaptive immunity, complete their development in the thymus through a process called thymopoiesis. However, thymic involution can be induced by a couple of factors, which impairs T cell functions and is slow to recover. Therefore, understanding how thymopoiesis is regulated may lead effort to accelerate thymic recovery and improve immune functions in thymocyte-depleted patients. In this project, we identified scavenger receptor BI (SR-BI), a high density lipoprotein (HDL) receptor, as a novel modulator in thymopoiesis. In mice, absence of SR-BI causes a significant reduction in thymus size after puberty and a remarkable decrease in thymic output. Consequently, SR-BI-null mice show a narrowed naïve T cell pool in the periphery and blunted T cell responses, indicating that the impaired thymopoiesis due to SR-BI deficiency leads to compromised T cell homeostasis and functions. The impaired thymopoiesis of SR-BI-null mice is featured by a significant reduction in the percentage of earliest T progenitors (ETPs) but unchanged percentages of other thymocyte subtypes, suggesting that SR-BI deficiency causes a reduction in progenitor thymic entry. Further investigations reveal that SR-BI deficiency impairs thymopoiesis through affecting bone marrow progenitor thymic homing without influencing the lymphoid progenitor development in bone marrow. Importantly, SR-BI-null mice exhibit delayed thymic recovery after sublethal irradiation, indicating that SR-BI is also required for thymic regeneration. Using bone marrow transplantation models, we elucidate that it is non-hematopoietic rather than hematopoietic SR-BI deficiency that results in the defects in thymopoiesis. However, SR-BI deficiency-induced hypercholesterolemia is not responsible for the impaired thymopoiesis. Using adrenal transplantation models, we found that absence of adrenal SR-BI is responsible for the impaired thymopoiesis, as shown by that adrenalectomized mice transplanted with SR-BI-null adrenal gland display reduced thymus size, decreased percentage of ETPs and delayed thymic regeneration compared with those transplanted with wild-type adrenal. Altogether, results from this study elucidate a previously unrecognized role of SR-BI in thymopoiesis. We reveal that SR-BI expressed in adrenal gland is critical in maintaining normal T cell development and enhancing thymic regeneration, providing novel links between adrenal functions and T cell development.

Human leukocyte antigen (HLA)-mismatched haematopoietic stem cell transplantation (HSCT) represents an important therapeutic option for patients lacking suitable donors. Delayed posttransplant immune recovery constitutes one of its major complications and is most pronounced in the T cellular compartment. A novel strategy to promote de novo thymopoiesis from donor derived HSCs and to accelerate T cellular reconstitution in patients after HSCT consists in the adoptive transfer of in vitro generated T cell progenitor cells. Identification of Notch1 as the key regulator of early T-lineage development has allowed the generation of Notch ligand-based culture systems, which provide a powerful tool to generate T-lymphoid progenitors in vitro. The efficacy of murine T-lymphoid progenitors to promote T cell reconstitution has been well demonstrated in conventional mouse models. In consistency, in vitro-generated human T cell progenitors were demonstrated to promote thymic recovery in humanized mice. Yet, positive effects of in vitro generated human T cell precursors on peripheral T cell reconstitution have not been demonstrated. Moreover currently used Notch-based co-culture systems consist of genetically modified murine cell lines. With view to establishing a clinically applicable system, feeder-cell-free Notch-ligand culture systems for the generation of T-lymphopoietic progenitors are warranted. During my PhD project I developed a new culture system based on the immobilized Notch ligand Delta-like-4 (DL-4). Exposure of human CD34+ cord blood cells to immobilized DL-4 enabled the in vitro generation of high number of T cell progenitors, which harboured the phenotype of immature early thymic progenitor cells (ETP) and prothymocytes (proT). ETP and proT cell generated during DL-4 culture upregulated essential genes involved in early T-lymphoid development (i.e. IL7Rα, PTα, RAG1 and BCL11b) and had undergone stage-specific recombination of the T cell receptor (TCR) locus in a similar way as in native human thymopoiesis. In limiting dilution analysis after secondary OP9/DL-1 co-culture, DL-4 progenitors displayed a highly increased T-lymphoid potential, which could be entirely attributed to the ETP and proT subset. When transferred into NOD/SCID/γc-/- mice, DL-4 primed T cell progenitors migrated to the thymus and accelerated intrathymic T cell differentiation and emergence of functional, mature and polyclonal αβ T cells in the periphery. In a co-transplantation approach, which more closely mimics a clinical setting, DL-4 progenitors and untreated CD34+ cells from HLA-disparate donors were simultaneously injected in the same recipient. This procedure allowed even more rapid and more robust T cell reconstitution. HLA-tracking of the distinct graft sources further showed, that DL-4 progenitors specifically reconstituted the T-lymphoid compartments. This work provides further evidence for the ability of in vitro-generated human T cell progenitors to promote de novo thymopoiesis and shows for the first time, that these cells accelerate peripheral T cell reconstitution in humanized mice. The availability of the efficient feeder-cell-free DL-4 culture technique represents an important step towards the future clinical exploitation translation of in vitro generated T-lymphoid progenitor cells to improve posttransplant immune reconstitution

Le virus HTLV-1 (Human T-cell Leukemia Virus Type 1) est l’agent étiologique de la Leucémie T de l’adulte (ATL) qui est caractérisée par la prolifération de cellules T CD4+ activées. L’absence de modèle animal fiable reproduisant la leucémogénèse associée à l’infection a ralenti la compréhension des étapes précoces du processus leucémogène et le développement de stratégies thérapeutiques efficaces. Récemment l’amélioration des modèles de souris humanisées a permis la reconstitution d’un système immunitaire humain dans des souris. L’injection de cellules souches hématopoïétiques purifiées à partir de sang de cordon humain dans des souris nouveau-nées de la lignée Rag2-/-γc-/- conduit à la formation de novo de cellules dendritiques, B et T humaines. Ces dernières étant la cible de l’infection par HTLV-1, nous avons infecté des souris humanisées avec des cellules productrices de HTLV-1. Cette inoculation conduit à l’infection stable des cellules humaines dans la souris humanisée et la formation de lymphome ou de leucémie à cellules T humaines activées. Cette infection altère le développement des cellules T dans le thymus conduisant à un phénotype plus mature des thymocytes. Ce modèle animal reproduisant l’infection et la pathogénèse associée nous a permis de suivre l’évolution de la clonalité du virus au sein des différents organes lymphoïdes. Basées sur ces observations, des tests préliminaires ont permis d’étudier une nouvelle approche thérapeutique potentiellement applicable en clinique humaine. Ce travail nous a également permis d’affiner le protocole conduisant à l’humanisation des souris afin d’obtenir une meilleure reconstitution humaine dans ce modèle. / Human T-cell Leukemia Virus type 1 (HTLV-1) is the etiologic agent of the Adult T-cell Leukemia (ATL), an aggressive lymphoproliferation of activated CD4+ T cells. The lack of a reliable small animal model to reproduce in vivo the leukemogenic process associated with HTLV-1 infection has impaired the understanding of the early stages of this process as well as the discovery of effective therapeutic approaches. Recently, improvement in the models of humanized mouse models were achieved allowing the development of a human immune system in mice. Injection of human hematopoietic stem and progenitors cells purified from cord blood into Balb/c Rag2-/-γc-/- newborns allows the de novo production of human dendritic, B and T cells. We infected humanized mice with HTLV-1 producing cell lines resulting in infection of human cells within the mice and the development of lymphomas and leukemias. This infection also results in the alteration of the T-cell development within the thymus pushing the thymocytes toward a more mature phenotype. This small animal model recapitulating in vivo the HTLV-1 infection and its associated pathogenesis gave us the opportunity to study the evolution of the clonality of the virus among human cells in different lymphoid organs. Based on these observations, preliminary results on the use of a new therapeutic approach were obtained. We finally tried to adjust the humanization protocol in order to obtain better engraftment in this model.

Eph kinases are the largest family of cell surface receptor tyrosine kinases. The ligands of Ephs, ephrins (EFNs), are also cell surface molecules. Ephs interact with EFNs and the receptors and ligands transmit signals in both directions, i.e., from Ephs to EFNs and from EFNs to Ephs. Ephs and EFNs are widely involved in various developmental, physiological pathophysiological processes. Our group and others have reported the roles of Ephs/EFNs in the immune system. To further investigate the function of EphBs/EFNBs in T cell development and responses, we generated EFNB1, EFNB2, EphB4 conditional gene knockout (KO) mice and EFNB1/2 double KO mice. In the projects using EFNB1 and EFNB2 knockout mice, we specifically deleted EFNB1 or EFNB2 in T cells. The mice had normal size and cellularity of the thymus and spleen as well as normal T cell subpopulations in these organs. The bone marrow progenitors from KO mice and WT mice repopulated the host lymphoid organs to similar extents. The activation and proliferation of KO T cells was comparable to that of control mice. Naïve KO CD4 cells differentiated into Th1, Th2, Th17 and Treg cells similar to naïve control CD4 cells. In EFNB2 KO mice, we observed a significant relative increase of CD4CD8 double negative thymocytes in the thymus. Flowcytometry analysis revealed that there was a moderate increase in the DN3 subpopulation in the thymus. This suggests that EFNB2 is involved in thymocyte development. Our results indicate that the functions of EFNB1 and EFNB2 in the T cell compartment could be compensated by each other or by other members of the EFN family, and that such redundancy safeguards the pivotal roles of EFNB1 and EFNB2 in T cell development and function. In the project using EFNB1/B2 double knockout (dKO) model, we revealed a novel regulatory function of EFNb1 and EFNb2 in stabilizing IL-7Rα expression on the T cell surface. IL-7 plays important roles in thymocyte development, T cell homeostasis and survival. IL-7Rα undergoes internalization upon IL-7 binding. In the dKO mice, we observed reduced IL-7Rα expression in thymocytes and T cells. Moreover, the IL-7Rα internalization was accelerated in dKO CD4 cells upon IL-7 stimulation. In T cell lymphoma cell line, EL4, over-expression of either EFNB1 or EFNB2 retarded the internalization of IL-7Rα. We further demonstrated compromised IL-7 signaling and homeostatic proliferation of dKO T cells. Mechanism study using fluorescence resonance energy transfer and immunoprecipitation demonstrated that physical interaction of EFNB1 and EFNB2 with IL-7Rα was likely responsible for the retarded IL-7Rα internalization. In the last project, using medullary thymic epithelial cell (mTEC)-specific EphB4 knockout mice, we investigated T cell development and function after EphB4 deletion in mTEC. EphB4 KO mice demonstrated normal thymic weight and cellularity. T cell development and function were not influenced by the EphB4 deletion. Lastly, the KO mice developed normal delayed type hypersensitivity. Overall, our results suggest that comprehensive cross interaction between Eph and EFN family members could compensate function of a given deleted member in the T cell development, and only simultaneous deletion of multiple EFNBs will reveal their true function in the immune system. In fact, such redundancy signifies vital roles of Ephs and EFNs in the immune system. / Kinases Eph est la plus grande famille de tyrosines kinases récepteurs Éphrines (EFN) est un ligand de Ephs. Eph et EFN sont toutes les molécules de surface cellulaire. L’interaction entre Ephs et EFNs permet de transmettre des signaux dans les deux directions (c.-à-d. partir de Ephs à EFNs, et de EFNs à Ephs.) Eph et EFNs sont largement impliqués dans divers processus développementaux, physiologiques et physiopathologiques. Notre groupe et d'autres groupes ont rapporté les rôles de Ephs / EFNs dans le système immunitaire. Pour approfondir la fonction de EphBs / EFNBs dans le développement des lymphocytes T et des réponses immunitaires, nous avons généré des souris EFNB1, EFNB2, et EphB4 knock-out conditionnel (KO) et des souris EFNB1 / 2 doubles KO. Dans les projets qui utilisent EFNB1 et EFNB2 comme souris knock-out, nous avons spécifiquement supprimé EFNB1 ou EFNB2 dans les cellules T. Les souris présentaient une taille normale, la cellularité du thymus et de la rate, ainsi que des sous-populations de cellules T étaient normales dans ces organes. Les progéniteurs de la moelle osseuse de souris KO et les souris WT ont repeuplé les organes lymphoïdes de l’hôte à des degrés similaires. L'activation et la prolifération des cellules KO T étaient comparables à celles des souris témoins. Les cellules CD4 naïves KO différenciées en Th1, Th2, Th17 et Treg étaient similaires aux cellules CD4 naïves de souris contrôle. Chez les souris KO EFNB2, nous avons observé une augmentation relative importante des thymocytes CD4CD8 : les double négatifs dans le thymus. L'analyse par cytométrie en flux a révélé qu'il y avait une augmentation modérée de la sous-population DN3 dans le thymus. Les résultats suggèrent qu’EFNB2 est impliqué dans le développement des thymocytes. Nos résultats indiquent que les fonctions de EFNB1 et EFNB2 dans le compartiment des cellules T pourraient être compensées entre eux ou par d'autres EFNB. La redondance des fonctions suggèrent le contrôle critique d’EFNB1 et EFNB2 dans le développement des cellules T. Dans le projet, en utilisant EFNB1/B2 (modèle double KO) (dKO), nous avons observé une fonction de régulation de EFNB1 et EFNB2. dans la stabilisation de l’expression l'IL-7R α , à la surface des cellules T, IL-7 joue un rôle important dans le développement des thymocytes, l'homéostasie des lymphocytes T , et leur survie. IL-7R α subit une internalisation i contraignante de IL-7. Chez les souris DKO, nous avons observé une perte d’expression de l’ IL-7Rα dans les thymocytes et les cellules T. En outre, l’ internalisation IL-7Rα a été accélérée dans les cellules CD4 dKO, suite à la stimulation IL-7. Dans la lignée cellulaire de lymphome T, EL4, la surexpression de EFNB1 ou EFNB2 retarde l'internalisation de l'IL-7Rα. Nous avons aussi démontré les signalisations compromises de l’ IL-7 et de la prolifération homéostatique des cellules T dKO. Les études du méchanisme qui utilisent la fluorescence de transfert d'énergie par résonance et immunoprécipitation ont montré que l'interaction physique de EFNB1 et EFNB2 avec IL-7R était probablement responsable du retard de l’ internalisation IL-7Rα. Dans le dernier projet, nous avons étudié le développement des cellules T et la fonction des cellules épithéliales médullaires du thymus (mTEC), chez les souris knock-out EphB4. Les souris KO EphB4 ont démontré un poids et une cellularité qui sont normaux. La fonction et le développement de cellules T ne sont pas influencés par la suppression de l’ EphB4. Enfin, les souris KO ont développé une hypersensibilité de type retardée normale. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que l'interaction globale de croisement entre Eph et les membres de la famille EFN pourrir compenser la fonction d'un membre supprimé. Seule la suppression simultanée de plusieurs EFNBs va révéler leur vraie fonction dans le système immunitaire. En fait, une telle redondance montre les rôles vitaux d’Ephs et EFNS dans le système immunitaire.

Les membres de la famille Homeobox jouent un rôle critique dans le développement hématopoïétique normal. L'expression ectopique des gènes Homeobox provoque des désordres dans l'hématopoïèse et le développement de leucémies. L'oncogène TLX3 s'exprime de manière ectopique exclusivement dans les Leucémies Aiguës Lymphoblastiques T (LAL-T), avec un blocage des thymocytes à un stade de différentiation précoce cortical CD4+CD8+ DP. De nombreuses études ont investigué les mécanismes d'action des oncogènes TLX1/3, mais plusieurs questions restent en suspens. Durant ma thèse, j'ai étudié l'impact de l'expression ectopique de l'oncogène TLX3 sur le développement lymphocytaire T et les mécanismes de transformation leucémique associés. L'expression de TLX3 a provoqué le blocage des thymocytes à un stade DN2 avec une immortalisation des clones preleucémiques. Les souris transplantées avec les cellules TLX3 ont développé des tumeurs similaires aux LAL-T. Les analyses de ChIP-Seq et d'expression génique ont identifié un recrutement de TLX3 sur les enhancers spécifiques aux cellules T par le motif de fixation Ets/Runx1. Nos résultats suggèrent que la fixation de TLX3 sur les éléments cis-régulateurs peut contribuer à la transformation maligne des thymocytes en perturbant les réseaux transcriptionnels responsables de l'oncogenèse LAL-T. / It is now well established that members of the homeobox gene family play a critical role in normal hematopoietic cell development and that their unbalanced or ectopic expression can lead to characteristic perturbations in haemopoiesis and the onset of leukaemia. TLX3 expression in human haematologic malignancies is exclusive to T-ALL, where it is almost universally associated with transformation of early cortical CD4+CD8+ DP thymocytes. Multiple studies intensively investigated the mechanisms by which TLX1/3 oncogenes could promote complex tumor development, but many questions remain still unclear. During my thesis I investigated the impact of ectopic TLX3 expression on T cell development, and the initiating mechanisms of T-cell transformation leading to leukemia onset. Forced expression of TLX3 disrupted the thymic develoment at DN2-like stage giving rise to immortalized preleukemic clones. Following the transfer into immunodeficient mice TLX3 preleukemic cells initiated malignant cell transformation resulting into leukemia-like disease. Applying a combination of ChIP sequencing and gene expression profiling, we identified TLX3 recruitment onto T-cell specific enhancers via interaction with Ets1/Runx1 composite motif sites as preferential molecular events in the initial steps of TLX3-induced transformation. Thus our findings suggest that the genome-wide binding properties of TLX3 on cis-regulatory elements may contribute to its ability to promote thymocyte preleukaemic state via perturbation of transcriptional regulatory networks responsible for T-ALL oncogenesis.