Regulatorische Foxp3+CD4+ T-Zellen sind essentiell für das Gleichgewicht des intestinalen Immunsystems. Eine Einschränkung ihrer Suppressionsfunktion wird bei Patienten mit Immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked (IPEX)-Syndrom beobachtet und führt im Tiermodell zu lymphoproliferativen Erkrankungen und intestinalen Entzündungen. Von entscheidender Bedeutung für Homöostase und Suppressionsfunktion regulatorischer T-Zellen ist das Signalmolekül Interleukin-2 (IL-2). Im Gegensatz zu Effektor-T-Zellen exprimieren Foxp3+CD4+ T-Zellen den hochaffinen IL-2-Rezeptor αβγ konstitutiv. IL-2 wird von regulatorischen T-Zellen nicht in relevanten Mengen exprimiert. Sie sind somit auf von anderen Zellen sezerniertes IL-2 angewiesen. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass im Tiermodell regulatorische Foxp3+CD4+ T-Zellen durch Applikation eines IL-2/anti-IL-2-Antikörperkomplex nicht nur in mesenterialen Lymphknoten und Milz, sondern auch lokal in der Lamina propria mucosae des Kolons der Versuchstiere expandiert werden. Als relevante Quelle von IL-2 in situ könnten aktivierte proliferierende T-Zellen dienen. Um dies näher zu untersuchen, wurde die Proteinexpression proliferierender Einzelzellen mittels Matrix assisted laser desorption/ionisation-Time of flight-Massenspektrometrie-Imaging (MALDI-Imaging) analysiert. Es gelang die Identifikation präferentiell in lymphoiden Geweben exprimierter Peptidmassen. Obwohl die Einzelzellanalyse mittels MALDI-Imaging prinzipiell möglich erscheint, ist ein Nachweis von Zytokinen wie IL-2 derzeit aufgrund fehlender Sensitivität im Proteinmassebereich zwischen 10kDa und 20kDa nicht möglich. Die therapeutischen Möglichkeiten der Expansion regulatorischer Foxp3+ T-Zellen durch stabile IL-2-Rezeptor-Agonisten und die Rolle von IL-2 für die intestinale Immunregulation sollten weiter untersucht werden.

Dietary n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) have been shown to potently attenuate T cell-mediated inflammation, in part, by suppressing T cell activation and proliferation. Apoptosis is an important mechanism for preventing chronic inflammation by maintaining T cell homeostasis through the contraction of populations of activated T cells. We hypothesized that dietary n-3 PUFA would promote T cell apoptosis, thus, providing an additional mechanism to explain the anti-inflammatory effects. We specifically examined activation-induced cell death (AICD) since it is the form of apoptosis associated with peripheral T cell deletion involved in immunological tolerance and T cell homeostasis. Female C57BL/6 mice were fed diets containing either n-6 PUFA (control) or n-3 PUFA for 14 d. Splenic T cells were stimulated with CD3/CD28, CD3/PMA, or PMA/Ionomycin for 48 h followed by reactivation with the same stimuli for 5 h. Apoptosis was measured using Annexin V/propidium iodide and flow cytometry. Cytokine analyses revealed that n-3 PUFA enhanced AICD only in T cells expressing a Th1-like cytokine profile (high IFN, low IL-4) compared to mice fed the n-6 PUFA control diet. Dietary n-3 PUFA significantly altered the fatty acid composition of phosphatidylcholine and phosphatidylethanolamine in T cell membranes. To examine the apparently selective effect of dietary n-3 PUFA on AICD in Th1 cells, CD4+ T cells were polarized in vitro to a Th1 phenotype by culture with IL-4, IL-2, and IL-12 for 2 d, followed by culture with IL-2 and IL-12 for 3 d in the presence of diet-matched homologous mouse serum (MS) to prevent loss of cell membrane fatty acids. Following polarization and reactivation, we observed that n-3 PUFA enhanced Th1 polarization and AICD only in cells cultured in the presence of MS, but not in fetal bovine serum. The n-3 PUFA enhancement of Th1 polarization and AICD was associated with the maintenance of diet-induced changes in EPA (20:5n-3) and DHA (22:6n-3) in plasma T cell membrane lipid rafts. Overall, these results suggest that dietary n-3 PUFA enhance both the polarization and deletion of pro-inflammatory Th1 cells, possibly as a result of alterations in lipid raft fatty acid composition.

One of the main obstacles to maintaining patients with short bowel syndrome on parenteral nutrition, or successfully transplanting these patients with a small bowel graft, is the many severe infections that occur. Evidence is accumulating that translocating bacteria from the patient’s bowel causes a significant part of these infections. In this thesis bacterial translocation is studied in a Thiry-Vella loop of defunctionalised small bowel in the rat. Bacterial translocation to the mesenteric lymph nodes (MLNs) occurs in almost 100% of the rats after three days. No systemic spread of bacteria is observed unless there is additional immunosupression with depletion of Kupffer cells in the liver. However, blocking the function of α/β T cells does not increase the translocation. Removal of MLNs does not either aggravate bacterial translocation in the Thiry-Vella loop model. Conversely, after small bowel transplantation translocating bacteria spread systemically if the MLNs are removed. The Thiry-Vella loop should also be a suitable model for the testing of potentially translocation-inhibiting substances. Reinforcement of the intestinal barrier with glutamine or phosphatidylcholine proved insufficient in decreasing bacterial translocation. Even selective bowel decontamination with tobramycin failed to abolish bacterial translocation. Thus, it seems that the driving force for translocation in this model is strong regardless of the relatively small trauma of intestinal defunctionalisation. Flow cytometric studies of the immune cells in the spleen MLNs showed a decrease in MHC class II positive T cells in the MLNs of the Thiry-Vella loop. Concurrently the number of macrophages increased with time as observed by immunohistochemistry. The fraction of MHC class II negative macrophages increased in the spleens of rats treated with glutamine. In conclusion, the Thiry-Vella loop model offers possibilities of immunological as well as mechanistic studies on bacterial translocation from small intestine.

Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune disease affecting approximately 1% of the population in the western world. It is characterised by a tissue specific attack of cartilage in peripheral joints. Collagen induced arthritis (CIA) is one of the most commonly used animal models for (RA), with similar symptoms and histopathology. CIA is induced by immunisation of mice with type II collagen (CII), and the immunodominant part was previously found to be located between residues 256-270. This thesis describes the interaction between the MHC molecule, glycopeptide antigens from CII and the T cells that is essential in development of CIA. The glycopeptide properties for binding to the mouse MHC molecule Aq have been studied, as well as interaction points in the glycopeptide that are critical for stimulation of a T-cell response. The thesis is based on five studies. In the first paper the minimal glycopeptide core, that is required for binding to the Aq molecule while still giving a full T cell response was determined. The second paper studied the roles of amino acid side-chains and a backbone amide bond as T-cell contact points. In the third paper the hydrogen bond donor-acceptor characteristics of the 4-OH galactose hydroxyl group of the glycopeptide was studied in detail. In the fourth paper we established a structure activity relationship (QSAR model) for (glyco)peptide binding to the Aq molecule. Finally, the stereochemical requirements for glycopeptide binding to the Aq molecule and for T-cell recognition was studied in the fifth paper. The study was performed using collagen glycopeptide analogues, which were synthesised on solid phase. Amide bond and hydroxyl group isosteres were introduced for study of hydrogen bond donor-acceptor characteristics. Statistical methods were used to design a representative peptide test set and in establishing a QSAR model. The results give a deeper understanding of the interactions involved in the ternary MHC-glycopeptide-T cell complex. This information contributes to research directed towards finding new treatments for RA.

Zurzeit existieren keine validen Biomarker, welche die Krankheitsaktivität oder das Rezidiv-Risiko von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen objektivierbar machen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue Biomarker des Immunmonitorings auf ihren Nutzen bei der Beurteilung der Krankheitsaktivität von Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) untersucht. Hierzu wurde bei 98 Patienten mit CED, nach positivem Votum der Ethikkommission, die intrazelluläre ATP-Konzentration der CD4+-Zellen gemessen, um diese mit der Krankheitsaktivität der Patienten in Bezug zu setzen. Die Patientendaten wurden zuvor mithilfe von standardisierten Fragebögen erhoben, um daraufhin die Krankheitsaktivitätsindices CDAI, HBI und SCCAI aus den klinischen Daten zu ermitteln. Es wurde keine signifikante Korrelation zwischen der ATP-Konzentrationen und der Krankheitsaktivität der Patienten festgestellt. Dies führte zu der Schlussfolgerung, dass Einzelmessungen der intrazellulären ATP-Konzentration von Lymphozyten nicht die Krankheitsaktivität von Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen widerspiegeln. Ein signifikanter Unterschied der intrazellulären ATP-Konzentration CD4+-Zellen wurde allerdings zwischen Patienten mit und ohne Infliximab-Therapie nachgewiesen. Die Patienten, die unter einer Infliximab-Therapie standen, hatten signifikant niedrigere intrazelluläre ATP-Konzentrationen der Lymphozyten (p<0,01, Mann-Whitney-U). Dieses Ergebnis verdeutlicht, dass Infliximab als TNF-α-Blocker die Immunantwort bzw. die Aktivität von Lymphozyten inhibiert. Mithilfe der intrazellulären ATP-Konzentration wäre somit evtl. ein Werkzeug gegeben, um die Effektivität der Inhibierung der lymphozytären Immunreaktion durch TNF-α-Blocker zu kontrollieren. Weiterhin wurde bei 99 CED-Patienten die Anzahl regulatorischer T-Zellen im peripheren Blut bestimmt. Hierfür wurden die Zellen mithilfe von CD4-, CD25-, CD127- und FoxP3-Antikörpern angefärbt und mittels der FACS-Analytik quantifiziert. Anschließend wurde die so ermittelte Anzahl regulatorischer T-Zellen (CD4+CD25highCD127-FoxP3+-Zellen) mit der Krankheitsaktivität der Patienten korreliert. Auch dabei wurde keine signifikante Korrelation nachgewiesen. Bei der Unterteilung der Patienten in Gruppen mit erhöhter und erniedrigter Krankheitsaktivität deutete sich ein Unterschied bezüglich der Anzahl regulatorischer T-Zellen an, der jedoch nicht signifikant war (p=0,073, Mann-Whitney-U-Test). Diese Ergebnisse führten zu der Annahme, dass sich die durchflusszytometrisch quantifizierte Anzahl regulatorischer T-Zellen ebenfalls nicht als Surrogatmarker für die Krankheitsaktivität von Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen eignet. Zudem wurde postuliert, dass die Quantifizierung von Tregs keine Hilfe bei der Unterscheidung zwischen den beiden Erkrankungen Morbus Crohn und Colitis ulcerosa liefern kann. Der tendenzielle Unterschied in der Anzahl von Tregs zwischen Patienten mit niedriger und erhöhter Krankheitsaktivität zeigt jedoch, dass regulatorische T-Zellen bei der Pathogenese von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen eine Rolle zu spielen scheinen. Allerdings deutet sich auch eine Abhängigkeit von weiteren pathogenen Faktoren in der komplexen Ätiologie von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen an. Bei 35 der CED-Patienten wurde zusätzlich eine weitere Methode zur Quantifizierung regulatorischer T-Zellen angewendet. Hierbei handelte es sich um einen DNA-Methylierungsassay, welcher die regulatorischen T-Zellen anhand einer spezifischen Demethylierungsregion der DNA (TSDR) ermittelt. Diese TSDR ist bei den Tregs demethyliert, während sie bei allen anderen Zellen des Blutes methyliert ist. Die Ergebnisse dieses Assays korrelierten jedoch nicht mit der Krankheitsaktivität der Patienten und korrelierten auch nicht mit den Ergebnissen für die Anzahl regulatorischer T-Zellen aus der FACS-Analytik. Diese Tatsache könnte zum einen darauf beruhen, dass in der FACS-Analytik im Gegensatz zum DNA-Methylierungsassay auch aktivierte T-Effektorzellen quantifiziert werden, welche nur transient FoxP3 exprimieren. Zum anderen werden mittels des DNA-Methylierungsassays auch CD8+FoxP3+-Zellen quantifiziert, welche keine oder geringe regulatorischen Eigenschaften besitzen und in der Durchflusszytometrie nicht quantifiziert werden. Zudem könnte eine fehlende Korrelation zwischen den Ergebnissen der beiden Verfahren auch daran liegen, dass sich die quantifizierten Tregs aus der Durchflusszytometrie auf die Gesamtheit der CD4+-Zellen beziehen, während sich die Tregs des DNA-Methylierungsassays auf die gesamten DNA-haltigen Zellen des Vollblutes beziehen. Zur besseren Vergleichbarkeit könnte in zukünftigen Studien ein Quotient aus Tregs und CD4+-Zellen gebildet werden. Zusammenfassend hat sich im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass sich weder mithilfe der intrazellulären ATP-Konzentrationen von Lymphozyten noch der Anzahl regulatorischer T-Zellen eine Aussage bezüglich der Krankheitsaktivität oder des Rezidivrisikos von CED-Patienten treffen lässt. Da die chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen derzeit nicht heilbar sind, werden weitere Surrogatmarker zum Objektivieren der Krankheitsaktivität benötigt, um Krankheitsrezidiven zeitnah entgegenwirken zu können.

Suite à la rencontre d’un antigène (Ag) présenté à la surface des cellules présentatrice de l’Ag (CPA), les lymphocytes T naïfs, ayant un récepteur des cellules T (RCT) spécifique de l’Ag, vont proliférer et se différencier en LT effecteurs (1). Suite à l’élimination de l’Ag la majorité des LTe vont mourir par apoptose alors que les restants vont se différencier en LT mémoire (LTm) protégeant l’organisme à long terme. Les mécanismes qui permettent la différenciation des LTe en LTm sont encore inconnus. Pour comprendre comment les LTm CD8+ sont générés à partir des LTe, nous avons émis l’hypothèse que la densité de l’Ag présenté par les CPA peut avoir un impact sur la sélection des LT CD8+ répondant l’Ag à se différencier en LTm. De manière intéressante, nos résultats montrent qu’une immunisation avec des cellules dendritiques (DCs) exprimant un haut niveau de complexe CMH/peptide à sa surface permet le développement de LTm. À l’inverse, le développement des LTm est fortement réduit (10-20X) lorsque les souris sont immunisées avec des DCs exprimant un niveau faible de complexes CMH/peptide à leur surface. De plus, la quantité d’Ag n’a aucune influence ni sur l’expansion des LT CD8+ ni sur l’acquisition de leurs fonctions effectrices, mais affecte de manière critique la génération des LTm. Nos résultats suggèrent que le nombre de RCT engagé lors de la reconnaissance de l’Ag est important pour la formation des LTm. Pour cela nous avons observé par vidéo-microscopie le temps d’interaction entre des LTn et des DCs. Nos résultats montrent que le temps et la qualité de l’interaction sont dépendants de la densité d’Ag présenté par les DCs. Effectivement, nous observons une diminution dans le pourcentage de LT faisant une interaction prolongée avec les DCs quand le niveau d’Ag est faible. De plus, nous observons des variations de l’expression des facteurs de transcription clefs impliqués dans la différenciation des LTm tels qu’Eomes, Bcl-6 et Blimp-1. Par ailleurs, la densité d’Ag fait varier l’expression du Neuron-derived orphan nuclear receptor 1 (Nor-1). Nor-1 est impliqué dans la conversion de Bcl-2 en molécule pro-apoptotique et contribue à la mort par apoptose des LTe pendant la phase de contraction. Notre modèle propose que la densité de l’épitope contrôle la génération des CD8+ LTm. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la génération des LTm permettra le développement de meilleures stratégies pour la génération de vaccin. Dans un second temps, nous avons évalué le rôle du signal RCT dans l’homéostasie des LTm. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de souris transgénique pour le RCT dont son expression peut être modulée par un traitement à la tétracycline. Ce système nous a permis d’abolir l’expression du RCT à la surface des LTm. De manière intéressante, en absence de RCT exprimé, les LTm CD8+ peuvent survivre à long terme dans l’organisme et rester fonctionnels. De plus, une sous population des LTm CD4+ a la capacité de survivre sans RCT exprimé dans un hôte lymphopénique alors que l’autre sous population nécessite l’expression du RCT. / Following antigen (Ag) encounter presented at surface of antigen presenting cell (APC), naïve T lymphocytes, which express a T cell receptor (TCR) specific for Ag, undergo massive proliferation and differentiate into effector T cells (1). After elimination of the pathogen, most effector T cells die, while the remaining differenciates into memory T cells (LTm) which are responsible for long-term protection of the organism. The mechanism that promotes the differentiation of effectors T cells into memory T cells is still largely unknown. To understand how Tm cells are generated from effectors, we hypothesized that the density of antigen on the APC could have an impact on the selection of CD8+ T cell responders differentiating into memory. Very interestingly, our results show that immunization of mice with dendritic cells (DCs) expressing high levels of peptide-MHC complexes on their surface allow a strong development of LTm. In contrast, the development of memory T cells was strongly reduced (10-20X) when mice were immunized with DCs expressing two-fold less level of peptide-MHC complexes. In agreement with the results described above, the amount of Ag does not have any influence on T cell expansion and acquisition of effector functions, but critically affects memory T cell generation. Our data suggest that the numbers of TCR engaged in MHC/peptide recognition are important for the formation of memory T cells. To do that, we evaluated by time-lapse videomicroscopy the time of interaction between LTn and DCs. Effectively, we observed a significant reduction in the percentage of cells making prolonged interaction with DCs when the level of Ag is decreased. Moreover, we observed a modification in the expression of key transcription factors involved in the differentiation of Tm cells, such as Eomes, Bcl6 and Blimp-1. Further analysis reveals that the Ag density influences the expression of Neuron-derived orphan nuclear receptor 1 (Nor1). Nor-1 is involved in the conversion of Bcl-2 into a pro-apoptotic molecule and contributes to effector death by apoptosis during contraction phase. Our model proposes that density of Ag controls the generation of LTm. A better understanding of the role of TCR signals in the generation of LTm will help to develop better vaccination strategies. Second time, we have evaluated the role of TCR signals in Tm cell homeostasis. To do that, we have used a tetracycline-inducible expression system of the TCR in mice. This system allows us to abolish TCR expression on Tm cells. Interestingly, we show that the ablation of TCR expression did not influence the survival and functionnality of Ag-specific CD8+ LTm cells. Furthermore, our results show that a subset of CD4 Tm cells can survive in the absence of TCR expression in nonlymphopenic hosts while another subset requires the TCR expression to survive.

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète. / Drak2 is a member of the death-associated protein family, and is a serine threonine kinase. In Drak2 null mutant mice, T cells have no apparent defect in activation-induced apoptosis after stimulation with anti-CD3 and anti-CD28, but have a lowered threshold to stimulation, compared with wild type (WT) T cells. In our study, in situ hybridization analysis has revealed that Drak2 expression is ubiquitous at the mid-gestation stage in embryos, followed by more focal expression in various organs in the perinatal period and adulthood, notably in the thymus, spleen, lymph nodes, cerebellum, suprachiasmatic nuclei, pituitary, olfactory lobes, adrenal medulla, stomach, skin and testes. We generated Drak2 transgenic (Tg) mice using the human beta-actin promoter. These Tg mice showed normal T cell versus B cell and CD4 versus CD8 populations in the spleen, but their spleen weight cellularity was lower in comparison with wild type mice. After TCR activation, the proliferation response in Drak2 Tg T cells was normal, although their interleukin (IL)-2 and IL-4 but not interferon-r production was augmented. Activated Drak2 Tg T cells demonstrated significantly enhanced apoptosis in the presence of exogenous IL-2. At the molecular level, Drak2 Tg T cells manifested a lower increase of anti-apoptotic factors during activation; such a change probably rendered the cells vulnerable to subsequent IL-2 insults. The heightened apoptosis in Drak2 Tg T cells was associated with reduced numbers of T cells with the memory cell phenotype (CD62Llo) and repressed secondary T cell responses in delayed type hypersensitivity. These results demonstrate that Drak2expresses in the T cell compartment but is not T cell-specific; and it plays critical roles in T cell apoptosis and memory T cell development. Further, we investigated the role of Drak2 in beta-cell survival and diabetes. Drak2 mRNA and protein were rapidly induced in islet beta-cells after exogenous inflammatory cytokine or free fatty acid stimulation, which is present endogenously in either type 1 or type 2 diabetes. Drak2 upregulation was accompanied by increased beta-cell apoptosis. The beta-cells apoptosis caused by the said stimuli was inhibited by Drak2 knockdown using siRNA. Conversely, transgenic (Tg) Drak2 overexpression led to aggravated beta-cell apoptosis triggered by the stimuli. Drak2 overexpression in islets compromised the increase of anti-apoptotic factors, such as Bcl-2, Bcl-xL and Flip, upon the cytokine and free fatty acid stimulation. Further in vivo experiments demonstrated that Drak2 Tg mice were prone to type 1 diabetes in a multiple-low-dose streptozotocin-induced diabetes model, and they were also prone to type 2 diabetes in a diet-induced obesity model. Our data show that Drak2 is detrimental to beta-cell survival. We also investigated the signalling pathway of Drak2. We found that purified Drak2 could phosphorylate p70S6 kinase in an in vitro kinase assay. Drak2 overexpression in NIT-1 cells led to enhanced p70S6 kinase phosphorylation, while Drak2 knockdown in these cells reduced the phosphorylation. These mechanistic studies proved that p70S6 kinase was a bona fide Drak2 substrate in vitro and in vivo.This study has discovered the important functions of Drak2 in T cell homeostasis and diabetes. We proved that p70S6 kinase was a substrate of Drak2. Our findings have broadened our knowledge of Drak2 in the immune and endocrine system. Some of our findings, such as the roles of Drak2 in memory T cell development and beta cell survival could be explored for clinical application in the areas of transplantation and diabetes.

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. / Post-transcriptional modifications of pre-mRNA by alternative splicing are important for cellular function, development and immunity. New evidence reveals that alternative splicing is implicated in the regulation of maturation and activation of hematopoietic cells. HnRNP L has been identified as the main regulator of alternative splicing of CD45 in vitro. The receptor tyrosine phosphatase CD45, which is expressed on all hematopoietic cells, is known for its role in the development and activation of T cells. First, we have investigated the function of hnRNP L in T cell development and CD45 pre-mRNA splicing in vivo using T cell specific deletion of hnRNP L in mice. The hnRNP L deletion results in aberrant expression of CD45 isoforms, predominantly CD45RA, which is usually absent from the thymus. Ablation of hnRNP L results in a partial block in pre-T cell development at the DN4 stage. This reduction in thymic cellularity is not due to an increase in cell death. In fact, hnRNP L deficient thymocytes demonstrate accelerated proliferation compared to wild-type cells due principally to a hyper-activation of the kinases Lck, Erk1/2 and Akt. Moreover, hnRNP L deletion results in a loss of peripheral T cells. In vitro studies suggest that this loss of peripheral cells is caused by a defect in response to chemokine signals. Since CD45 pre-mRNA splicing cannot explain this phenotype, the identification of hnRNP L targets by RNA-Seq has shown that hnRNP L plays a role in the regulation of alternative splicing of factors involved in actin polymerization. Secondly, we studied the role of hnRNP L in hematopoiesis using knockout mice in which hnRNP L is conditionally deleted specifically in fetal liver and bone marrow hematopoietic cells. Ablation of hnRNP L reduces the number of cell lineage committed progenitors including the common lymphoid progenitors (CLPs), common myeloid and granulocyte progenitors (CMPs, GMPs) and the megakaryocyte-erythrocyte progenitors (MEPs) as well as the mature hematopoietic cells. In contrast to multipotent progenitors (MPPs) that are affected by the absence of hnRNP L, the hematopoietic stem cell (HSC) population is not reduced. In fact, HSCs from hnRNP L deleted mice demonstrate increased cell cycling. However, hnRNP L deficient HSCs express high levels of Annexin V and CD95, which suggests an increased cell death. As for the thymus, a RNA-Seq analysis of fetal livers revealed different targets of hnRNP L among gene categories related to cell death, DNA damage responses and cell adhesion that may explain the phenotype observed in the hnRNP L deficient HSCs. These results suggest that hnRNP L and alternative splicing are essential for the survival and maintenance of the differentiation potential of HSCs. HnRNP L is also crucial for the development of T cells by regulating both their migration and the splicing of CD45.

T lymphocytes express either a preTCR, or a clonotyoic γδ TCR or αβ TCR together with the CD3-complex and the associated ζ-chain. TCR:CD3:ζ-signalling is crucial for T cell development and antigen-specific activation including proliferation, differentiation, effector functions and apoptosis of mature T cells. Protein tyrosine kinase (PTK) cascades lie at the heart of proximal TCR:CD3:ζ-signalling. The CSK-, SRC-, SYK- and TEC-family members C-terminal SRC kinase (CSK), lymphocyte-specific protein tyrosine kinase (LCK), ζ-chain associated protein tyrosine kinase of 70 kDa (ZAP-70) and interleukin-2-inducible T cell kinase (ITK), respectively, are the major T cell players. After TCR:CD3:ζ-complex triggering, activation of PTKs result in tyrosine phosphorylation signals. These include phosphorylation of immunoreceptor tyrosine-based activation motifs (ITAMs) of the CD3 and ζ-chains, adaptor proteins that nucleate the proximal LAT:SLP-76-signalosome controlling almost all TCR:CD3:ζ-induced signalling events. These events initiate Ca2+-flux, activation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs), activation of nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells (NF-κB), activation of nuclear factor of activated T cells (NFAT) and activator protein 1 (AP-1) as well as actin reorganization, cell-adhesion and motility.Througout the last five decades, the immune system has been extensively investigated in vitro and in animal models such as the murine system. Additionally, studying and taking care of human primary immunodeficiency diseases (PIDs) has been seminal for our understanding of the human immune system as animal models not always recapitulates the subtleties found in men.In my doctoral thesis I report the first case of autosomal recessive human LCK-deficiency, a novel autosomal recessive mutation leading to human ZAP-70-deficiency and a novel autosomal recessive mutation leading to human ITK-deficiency. I provide detailed clinical, immunological and biochemical analyses especially of TCR:CD3:ζ-signalling and compare my findings to the well-established Lck-/-, Zap-70-/- and Itk-/- murine models.

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.