Molecular, cellular and functional analysis of the T cell signaling molecule CD5 and Themis1

Les lymphocytes T (LT) sont des cellules essentielles du système immunitaire. Elles expriment à leur surface un récepteur, le TCR, qui a la capacité de reconnaître des peptides issus de la dégradation de protéines provenant d'agent infectieux associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité. Cette reconnaissance conduit à l'activation de signaux intracellulaires dans les LT propagés grâce à la coordination fine de molécules de signalisations cytosoliques ou membranaires qui agissent de concert pour entraîner des réponses cellulaires adaptées au type d'agent infectieux et permettre le développement d'une réponse immunitaire efficace. Au cours de ce travail de thèse, j'ai étudié deux protéines impliquées dans ces processus, CD5 et Themis1. Les protéines CD5 sont des co-récepteurs des LT capables d'inhiber la signalisation transmise par les TCR. Ils contribuent à réguler le répertoire des TCR en modulant finement les processus de sélection dans le thymus. Le rôle de ces co-récepteurs dans les LT périphériques et les mécanismes moléculaires par lesquels ils opèrent restent mal compris. Pour essayer d'élucider ces mécanismes, j'ai analysé l'interactome de CD5 dans les LT par spectrométrie de masse. J'ai montré que l'engagement des TCR entraîne le recrutement par CD5 d'un complexe moléculaire formé des protéines c-Cbl, Sts-2, SHIP, CIN85, CrkL et Pi3K. L'analyse de l'interactome de CD5 dans les LT c-cbl-/- suggère que c-CBL agit comme une protéine adaptatrice au sein de ce complexe qui relie CD5 aux autres protéines de signalisation. J'ai montré qu'une tyrosine, localisée en position 429 sur la région intracytoplasmique de CD5, était nécessaire à la formation de ce signalosome. L'analyse de la signalisation des TCR dans les LT provenant de souris contenant une mutation invalidante de la tyrosine 429 montre que ce complexe moléculaire régule négativement la phosphorylation de protéines telles que ZAP-70, SLP-76 et ERK et diminue la capacité des lymphocytes T à proliférer en réponse à l'engagement des TCR. CD5 réprime parallèlement l'activité des protéines Foxo1 en facilitant l'activation d'Akt et diminue ainsi la différentiation des LT naïfs en LT régulateurs (Treg) dans les organes lymphoïdes périphériques. Nos résultats suggèrent que CD5 pourrait faciliter le développement de réponses immunitaires efficaces en bloquant la différentiation de Treg dirigés contre des antigènes étrangers. La protéine Themis1 a été découverte récemment et joue un rôle essentiel dans le développement des LT en inhibant l'activité catalytique des tyrosines phosphatases SHP-1 et SHP-2. Les fonctions moléculaires et cellulaires régulées par Themis1 dans les LT périphériques sont inconnues. Au cours de ma thèse, j'ai étudié un nouveau modèle murin sélectivement déficient pour Themis1 dans les LT périphériques après leur développement dans le thymus. Des analyses in vitro montrent que Themis1 augmente les seuils de signalisation des TCR nécessaire pour activer les LT et réprime sélectivement la production d'IFNƴ dans des cellules polarisées Th1. In vivo, l'expression de Themis1 augmente la susceptibilité au développement d'Encephalomyélite Autoimmune Expérimental (EAE), un modèle murin de sclérose en plaques. Des résultats préliminaires obtenus dans ce modèle suggèrent de façon inattendue que Themis1 favorise la différentiation des LT encephalitogènes producteurs d'IFNƴet de GM-CSF. Themis1 pourrait agir in vivo en réprimant l'activité des co-récepteurs inhibiteurs tels que PD-1 et CTLA-4 qui recrutent des phosphatases à domaines SH2.T-cells play a key role in immune responses. Each T-cell expresses a unique TCR (T-cell receptor) which specifically recognises a microbial-derived antigen presented by MHC molecules (major histocompatibility complex) on the surfaces of host cells. This interaction leads to the activation of T-cells via highly regulated intracellular signalling pathways using numerous membrane-bound and cytoplasmic proteins. These complex signals are responsible for the development of a customised immune response specifically directed against the invading pathogen. This thesis examines the role of two proteins involved in TCR signalling, CD5 and Themis1. CD5 proteins are TCR-associated co-receptors which exhibit inhibitory activity on TCR signalling. They modulate the variability of the TCR repertoire by finely regulating positive and negative selection in the thymus. However, their role in peripheral T-cells and the underlying molecular mechanisms by which they act is poorly understood. To answer this question, the CD5 interactome in peripheral T-cells was determined by mass spectrometry. Analysis of the interactome shows that, upon TCR engagement, CD5 recruits several proteins in a molecular complex referred to hereafter as "CD5 signalosome", namely: c-Cbl, Sts-2, SHIP, CIN85, CrkL and Pi3K. The same interactome analysis in c-Cbl deficient T-cells proves that c-Cbl acts as an adaptor necessary for the interaction between CD5 and the other proteins of the CD5 signalosome. These data have also demonstrated the necessity of a specific tyrosine for signalosome recruitment, located in position 429 within the intracytoplasmic domain of CD5. Analysis of TCR signalling in T-cells harbouring an invalidating Tyr429 mutation reveals that the CD5 signalosome downregulates phosphorylation of key proteins such as ZAP-70, ERK1/2 and SLP-76 and decreases T-cell auto-amplification upon stimulation. In parallel, CD5 also inhibits activity of Foxo1 protein by facilitating Akt recruitment, thereby reducing regulatory T-cell (Treg) generation in secondary lymphoid organs. Altogether, our data suggest that the CD5 co-receptor could promote a specifically adapted immune response against exogenous antigens by limitation of Treg differentiation. In 2009, our team identified a previously unknown signalling protein called Themis1 (THymocyte-Express Molecule Important for Selection) that is essential for T-cell development. The role of Themis1 has been extensively studied in thymocytes and recent data show that Themis enhances TCR signalling by selective inhibition of SHP-1 and SPH-2 phosphatases in these cells. However, its role in peripheral T-cells remains elusive. To study the post-thymic role of Themis1, we generated a new mouse model selectively deficient for Themis1 in peripheral T-cells but not in thymocytes. My in vitro analyses show that Themis1 enhances the TCR signalling threshold necessary to activate T-cells and selectively represses IFNƴ production in Th1 polarised T-cells. In vivo, Themis1 expression increases susceptibility to experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE, multiple Sclerosis mouse model). Surprisingly, preliminary results obtained in the same mouse model also suggest that Themis1 enhances differentiation of encephalitogenic T-cells producing IFNƴ and GM-CSF. We therefore hypothesise that Themis1 could act in vivo by repressing the activity of co-inhibitory receptors such as PD-1 or CTLA-4 by recruiting SH2 domain-containing phosphatases