Antibodies are crucial components of the adaptive immune arsenal against invading pathogens. Production of high-affinity class-switched antibodies relies on follicular helper T (Tfh) cells, a distinct subset of CD4 helper T cells that migrate into B cell follicles and promote B cell differentiation into plasma cells during germinal center (GC) reactions. The CD28-like costimulatory receptor Inducible Costimulator (ICOS) is expressed on the surface of activated T cells and is crucial for the generation of Tfh cells in mice and humans, but the molecular mechanisms remained unknown. ICOS had been known as a potent activator of phosphoinositide 3-kinase (PI3K), but the role of ICOS-mediated PI3K activation in T cells has been poorly understood. The work presented here is a compilation of two studies that highlight the unique role of PI3K in ICOS-mediated Tfh cell differentiation and function. In the first study, presented in Chapter II, I analyzed a knock-in strain of mice possessing a point mutation in the cytoplasmic tail of ICOS that prevents binding of PI3K (ICOS-YF). I show that ICOS-mediated PI3K activation is crucial for the generation of Tfh cells, and in turn, GC formation, antibody class-switch, and affinity maturation. The ICOS-PI3K axis was crucial for the potentiation of T cell receptor (TCR)-mediated expression of IL-21 and IL-4, key cytokines involved in T cell-mediated B cell help. I also show data that strongly suggests that ICOS and CD28 have differential roles in the multistep process of Tfh cell differentiation, where CD28 is mainly involved in the early expansion of CD4 T cells through non-PI3K signaling mechanisms, while ICOS is involved in the later stages of Tfh cell differentiation in a PI3K-dependent manner. In the study presented in Chapter III, I show that ICOS costimulation enhances TCR-mediated activation of the key translation mediators 4E-BP1 and S6K, in a manner dependent on PI3K. Consistently, I show that the ICOS-PI3K axis enhances the formation of polysomes on IL-4 mRNA. Using an in vitro T-B cell co-culture system, I provide evidence that ICOS mutant CD4 T cells have impaired ability to induce B cell differentiation due to a limited production of IL-4. These findings suggest that ICOS-PI3K signaling facilitates targeted delivery of IL-4 from helper T cells to cognate B cells during T cell-B cell interactions in the GC. Thus, I demonstrate that PI3K is a key downstream signaling component in ICOS signaling during Tfh cell generation. I also show that ICOS-PI3K signaling can alter translational efficiency of pre-existing mRNAs suggesting ICOS' potential role in regulating the function of Tfh cells. / Les anticorps sont des composantes cruciales de l'arsenal que le système immunitaire adaptatif utilise contre les pathogènes invasifs. La production d'anticorps de haute-affinité réarrangés par commutation isotypique nécessite l'apport des lymphocytes T auxiliaires folliculaires (Tfh), un sous-type de lymphocytes T auxiliaires CD4+ qui migrent dans les follicules nodules lymphatiques et y promeuvent la différentiation des cellules B en cellules plasmatiques, le tout durant les réactions du centre germinatif (GC). Le récepteur de costimulation de type CD28 Costimulateur Inductible (ICOS) est exprimé sur la surface des cellules T activées et joue un rôle critique dans la génération de cellules Tfh autant chez la souris que l'humain, cependant les mécanismes moléculaires demeurent inconnus. Jusqu'à présent, ICOS était reconnu comme un puissant activateur de la phosphatidyl inositol-3 kinase (PI3K), mais le rôle de l'activation de PI3K médiée par ICOS dans les cellules T demeure mal compris. Le travail présenté dans cette thèse retrace deux études qui décrivent le rôle unique de PI3K dans la fonction et la différentiation des cellules Tfh médiées par ICOS. Dans la première étude, présenté dans le Chapitre II, j'ai analysé une ligné de souris 'knock-in' possédant une mutation ponctuelle dans la région cytoplasmique de ICOS empêchant ainsi la liaison de PI3K (ICOS-YF). Je démontre que l'activation de PI3K médiée par ICOS demeure cruciale pour la génération de cellules Tfh, ainsi qu'en conséquence la formation des GC, la commutation isotypique d'anticorps et la maturation d'affinité. L'axe ICOS-PI3K s'avère critique pour la potentialisation de l'expression médiée par le récepteur de cellules T (TCR) de IL-21 et IL-4, des cytokines clés impliquées dans l'aide aux cellules B médiée par les cellules T. J'illustre également des résultats qui prouvent que ICOS et CD28 exercent des rôles distinct dans le processus complexe de la différentiation des cellules Tfh, où CD28 est principalement impliqué dans l'expansion précoce des cellules T CD4+ par l'entremise de mécanismes de signalisation indépendants de PI3K, tandis que ICOS s'engage plutôt de façon PI3K-dépendante dans les étapes tardives de la différentiation des cellules Tfh. Dans la seconde étude au Chapitre III, je révèle que la costimulation par ICOS augmente l'activation médiée par le TCR de médiateurs clés de la traduction de 4E-BP1 ainsi que S6K de façon dépendante à PI3K. De façon cohérente, je démontre que l'axe ICOS-PI3K augmente la formation de polysomes sur l'ARN messager d'IL-4. En utilisant un système in-vitro de co-culture de cellules T et B, je fourni des preuves que les cellules T CD4+ mutantes pour ICOS ont une capacité détérioré d'induire la différentiation de cellules B due à une production limitée d'IL-4. Ces découvertes suggèrent que la signalisation par ICOS-PI3K facilite l'acheminement dirigé d'IL-4 d'une cellule T auxiliaire à une cellule B apparentée durant une interaction entre les deux types cellulaires dans le GC. En conclusion, je démontre que PI3K est une composante de signalisation clé en aval de la signalisation par ICOS durant la génération de Tfh. De plus, je prouve que la voix ICOS-PI3K peut modifier l'efficacité de traduction d'ARN messager préexistant suggérant un rôle potentiel d'ICOS dans la régulation de la fonction des cellules Tfh.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121421 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Gigoux, Mathieu |
| Contributors | Woong-Kyung Suh (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Microbiology & Immunology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
Page generated in 0.0026 seconds