Soutenance de thèse de CHEVALLIER Jessica
Titre de thèse
Cartographie spatiale de l'expression des gènes afin de déchiffrer le crosstalk cellulaire thymique au cours du vieillissement
Spatial mapping of gene expression to decipher thymic cellular crosstalk during aging
Résumé de la thèse
Le thymus est composé de deux régions spatialement distinctes : le cortex et la médulla,
chacune comprenant des microenvironnements stromaux spécialisés qui coordonnent
les différentes étapes du développement des lymphocytes T (LT). En particulier, les
interactions bidirectionnels, appelées « crosstalk », entre les LT et les cellules épithéliales
thymiques (CET) contrô lent non seulement le développement des LT , mais induisent
également la différenciation et l'organisation des CET. Le séquençage de transcrit sur
cellules uniques (scRNA-seq) a révélé une hétérogénéité inattendue parmi les cellules
stromales épithéliales et non épithéliales. Avec l'â ge, le thymus involue, entraı̂nant une
altération de son architecture, une réduction de la production de LT naı̈fs et une
diminution de la diversité du répertoire des récepteurs des LT. Ce déclin contribue à une
incidence accrue de cancers et d'auto-immunité chez les personnes â gées. Bien que des
défauts de prolifération et de différenciation des CET constituent des facteurs précoces
de l'involution thymique, les mécanismes sous-jacents restent mal compris, notamment
en raison de la compréhension limitée de l'évolution des microenvironnements stromaux
au cours du vieillissement.
En employant des techniques de scRNA-seq et de transcriptomique spatiale (TS), nous
avons étudié la distribution spatiale de plus de 40 types cellulaires du thymus au cours
de l'â ge. Nous avons montré que le vieillissement reconRigure la composition, l'état
transcriptionnel et l'organisation spatiale des CET . L'utilisation de deux approches de TS,
l'une basées sur le séquençage de nouvelle génération et l'autre sur la détection
simultanée de transcrits d'ARN, a révélé que la médulla est remodelée en zones
résiduelles mais fonctionnellement actives à un â ge intermédiaire. Ces zones conservent
les caractéristiques du microenvironnement thymique jeune, notamment une grande
diversité cellulaire, tant épithéliales que non épithéliales, ainsi qu'une expression
soutenue de molécules de signalisation essentielles à l'intégrité du microenvironnement
et à la production de cellules T matures. Nous avons observé un enrichissement de LT
conventionnel CD4+ et CD8+ simples positifs, ainsi que de sous-ensemble non
conventionnel, notamment les cellules T régulateurs Foxp3+, les T γδ et les cellules
Natural Killer, dans les zones résiduelles, suggérant le maintien d'un crosstalk actif.
Collectivement, nos résultats permettent de décrypter , à très haute résolution, le
remodelage du thymus au cours de l'â ge. L'identiRication de zones médullaires résiduelles
et actives devrait approfondir notre compréhension de l'involution thymique et ouvrir
potentiellement la voie au développement de thérapies régénératives ciblant le thymus.
Thesis resume
The thymus is composed of spatially distinct cortical and medullary regions, each
comprising specialized stromal microenvironments that support discrete stages of T cell
development. In particular, thymic crosstalk, the bidirectional interactions between
thymocytes and thymic epithelial cells (TECs), not only mediate T cell development but
also drive TEC differentiation and organization. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq)
has revealed unexpected heterogeneity among both epithelial and non-epithelial stromal
subsets. Thymic function progressively declines with age, a process known as age-related
thymic involution, leading to reduced naı̈ve T cell output and diminished T cell receptor
repertoire diversity. Impaired T cell-mediated immunity contributes to an increased
incidence of cancer and autoimmunity in the elderly. Although defects in TEC
proliferation and differentiation are early drivers of age-related thymic involution, the
underlying mechanisms remain poorly understood, particularly due to our limited
knowledge of how stromal microenvironments evolve with age.
In this work, we leveraged scRNA-seq and spatial transcriptomics (ST) to resolve the
spatial distribution of over 40 cell types across the stromal and hematopoietic
compartments of the aging thymus. We showed that aging reconRigures TEC composition,
transcriptional state, and spatial organization. Notably, whole-transcriptome and
imaging-based ST analysis uncovered that the medulla is remodeled into sparse, yet
functionally active, zones by middle-age. These zones retain hallmarks of the young
thymic microenvironment, including high cell type diversity across epithelial and non-
epithelial stromal subsets, along with sustained expression of signaling molecules
necessary for microenvironmental integrity and the generation of mature T cells. We
found that conventional CD4+ and CD8+ single-positive T cells, as well as unconventional
subsets, including Foxp3+ regulatory T cells, γδ T cells, and natural killer T cells are
enriched in residual zones, suggesting sustained thymic crosstalk particularly within
these areas. Collectively, our Rindings elucidate the architectural remodeling of the aging
thymus at unprecedented resolution. The identiRication of residually active medullary
zones is expected to deepen our understanding of age-related thymic involution,
potentially paving the way for the development of thymic regenerative therapies.