Soutenance de thèse de GARREC Clémence
Titre de thèse
Déchiffrer l'instruction tissulaire des fonctions des cellules dendritiques plasmacytoïdes à l'homéostasie et au cours d'une infection virale
Deciphering the tissue instruction of plasmacytoid dendritic cells in homeostasis and during viral infections
Résumé de la thèse
Dans la plupart des infections virales, les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) sont la source majeure d'interféron de type I (IFN), cytokines clé dans l'immunité antivirale. C'est le cas dans l'infection par le Cytomegalovirus Murin (MCMV), pathogène naturel murin. Au cours de cette infection systémique, la plupart des IFN-I sont produits par une faible fraction de pDC spléniques, tandis que les pDC résidantes dans d'autres organes ne peuvent exercer cette fonction (Zucchini et al., 2008a). Ainsi, la capacité des pDC à produire des IFN-I semble être restreintes à certains organes, suggérant que cette fonction soit instruite par des types cellulaires spécifiques du tissu, appelés « niches ».
Nous avons précédemment montré que dès 12h suivant l'infection par le MCMV, les pDC se localisent principalement dans la zone marginale (MZ) de la rate, en contact avec les cellules infectées, et forment des agrégats. Une fraction de ces pDC produisent les IFN à 36-38h après infection, ensuite, une fois cette fonction terminée, elles migrent vers la zone des cellules T (TCZ) et acquièrent des fonctions de cellules présentatrices d'antigène (CPA).
L'objectif principal de ma thèse a été d'identifier les mécanismes moléculaires et cellulaires qui instruisent le trafic et les différents états d'activation des pDC de la rate, à l'homéostasie et au cours de l'infection MCMV. En parallèle, nous avons cherché à caractériser la distribution tissulaire et le profil transcriptomique des pDC provenant de différents organes, à l'homéostasie.
Grâce à des souris chimères de moelle osseuse mixte ciblant spécifiquement les pDC, nous avons montré que TNFR1/2 et LFA-1 régulent séquentiellement la formation des agrégats des pDC spléniques lors de l'infection MCMV, probablement en inhibant la formation de synapses interférogéniques entre les pDC et les cellules infectées. De plus, nous avons montré que 48h après infection, CCR7 est requis pour la migration des pDC ex-productrices d'IFN-I de la MZ vers la TCZ. Afin d'identifier les cellules infectées interagissant avec les pDC, nous avons infecté les souris avec du MCMV-GFP. Parmi les cellules GFP+ de la MZ figurent les macrophages métallophiliques (MMM) et les cellules réticulaires (MRC). Les profils transcriptionnels de ces cellules infectées ont été caractérisés avant et après infection par single-cell RNA seq. L'ensemble de nos données a ainsi mis en évidence un réseau de molécules impliquées in vivo dans l'interaction entre pDC et les cellules infectées par les virus.
Par ailleurs, à l'aide de notre modèle murin pDC-Tom identifiant spécifiquement les pDC grâce à l'expression de la tomato, nous avons réalisé une cartographie des pDC résidantes dans l'intestin, le foie, le thymus, les ganglions lymphatiques et la rate. Ces observations ont montré une distribution intratissulaire hétérogène. Nous avons également mis en évidence une signature transcriptomique des pDC intestinales, ainsi qu'un profil d'expression hétérogène pour les pDC des autres organes, suggérant une plasticité fonctionnelle au sein des tissus.
Thesis resume
In most viral infections, plasmacytoid dendritic cells (pDC) are the major source of type I interferons (IFNs), key cytokines in antiviral immunity. This is also the case during Murine Cytomegalovirus (MCMV) infection, a natural murine pathogen. During this systemic infection, the majority of type I IFNs are produced by a small fraction of splenic pDC, whereas tissue-resident pDC in other organs are unable to perform this function (Zucchini et al., 2008a). Thus, the ability of pDC to produce type I IFNs appears to be restricted to specific organs, suggesting that this function is instructed by tissue-specific cellular environments, referred to as “niches”.
We have previously shown that as early as 12 hours following MCMV infection, pDC predominantly localize to the splenic marginal zone (MZ), where they come into contact with infected cells and form cellular clusters. A fraction of these pDC produce IFNs at 36-38 hours post-infection. Subsequently, once this function is completed, they migrate to the T cell zone (TCZ), where they acquire antigen-presenting cell (APC) functions.
The main objective of my thesis was to identify the molecular and cellular mechanisms that instruct the trafficking and distinct activation states of splenic pDC, both at steady state and during MCMV infection. In parallel, we sought to characterize the tissue distribution and transcriptional profile of pDC from different organs under homeostatic conditions.
Using mixed bone marrow chimeric mice (MBMC) specifically targeting pDC, we demonstrated that TNFR1/2 and LFA-1 sequentially regulate the formation of splenic pDC clusters during MCMV infection, likely by inhibiting the formation of interferogenic synapses between pDC and infected cells. Furthermore, we showed that 48 hours post-infection, CCR7 is required for the migration of IFN-I-producing pDC from the MZ to the TCZ. To identify infected cells interacting with pDC, mice were infected with MCMV-GFP. Among GFP⁺ cells in the MZ are marginal metallophilic macrophages (MMM) and marginal reticular cells (MRC). The transcriptional profiles of these infected cells were characterized before and after infection using single-cell RNA sequencing. Together, our data highlight a molecular network involved in vivo in the interaction between pDC and virus-infected cells.
In addition, using our pDC-Tom mouse model, which specifically identifies pDC through Tomato expression, we performed a mapping of pDC residing in the intestine, liver, thymus, lymph nodes, and spleen. These analyses revealed a heterogeneous intra-tissue distribution. We also identified a distinct transcriptional signature of intestinal pDC, as well as heterogeneous expression profiles among pDC from other organs, suggesting functional plasticity across tissues.