Exploration du processus d'integration des signaux d'activation par les cellules T en 4D – EXTASI 4D

1-Description de la dynamique de signalisation du TCR pendant tout le processus d'activation des cellules T par des interactions transitoires et séquentiels avec des APC:
Dans ce but, en collaboration avec un microfluidicien, nous avons généré des micropuits qui permettent de confiner le processus d'activation des lymphocytes T sous le champ d’observation d’un microscope, dans un environnement 3D fourni par un réseau de fibres de collagène. En utilisant un panel de sondes fluorescentes, nous analysons actuellement la signalisation du TCR dans les cellules T CD4 primaires naïves.
2- Caractérisation de l'influence des paramètres dynamiques de stimulation des cellules T sur la signalisation TCR:
Pour répondre à ce point, un système de stimulation optogénétique pour les cellules T est en cours de développement. Il permettra de déterminer i) les paramètres de stimulation nécessaire pour déclencher une empreinte de signalisation soutenue (force, durée), ii) de la demi-vie de cette empreinte après interruption de la stimulation, et iii) la manière dont des signaux d'activation pulsatiles sont traduits en terme d’activité de molécules de signalisation. Ces expériences dévoileront également les acteurs moléculaires impliqués dans le processus d'intégration du signal.
3- Caractérisation de l'impact de la dynamique des interactions cellules T/APC sur le résultat de l'activation des cellules T :
Cette étude sera réalisée par couplage du système de stimulation 4D avec des procédures de phénotypage cellulaire, ainsi que par le contrôle de la stimulation des cellules T en utilisant le système de stimulation du TCR optogénétique. Ensembles, ces approches permettront de démontrer le lien de causalité qui existe potentiellement entre la dynamique des interactions cellulaire et l’orientation de la réponse immunitaire adaptative.

Nous avons été en mesure de suivre pour la première fois l’intégralité du processus d'activation de cellules T naïves vivantes par des interactions transitoires et séquentiels avec APC, récapitulant les 3 phases d'activation décrites in vivo.
Nous avons également montré que, pendant ces interactions transitoires, les différentes voies de signalisation en aval du TCR suivent des cinétiques d'activité spécifiques.

À court terme, nous allons poursuivre l'analyse de la régulation de la signalisation TCR lors de l'activation des cellules T par des interactions brèves et séquentielle avec des APCs.
Nous avons commencé le développement du système de stimulation contrôlé par la lumière. Nous fournirons un effort important pour finaliser rapidement cet outil afin de déterminer la façon dont les paramètres de stimulation influencent la signalisation du TCR ainsi que l’orientation de la réponse lymphocytaire.
Compte tenu de l'évolution du projet Extasi 4D, nous suivons toujours le plan de recherche initial développé dans la proposition originale.

Présentation de Poster au colloque : «Stochastic Single-Cell Dynamics in Immunology - Experimental and Theoretical Approaches« à Amsterdam

L’activation des cellules T est induite suite à l'engagement de leur récepteur à l'antigène (TCR) par son ligand, un peptide antigénique complexé à une molécule du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) présenté à la surface d’une Cellule Présentatrice d’Antigène (CPA).
Jusqu'à récemment, on pensait que l'activation des cellules T nécessitait la formation de jonctions cellulaires stables avec des CPA. Or, des études pionnières ont montré qu’in vivo, leur activation peut être initiée par une série d'interactions transitoires avec des CPA. À ce jour, les mécanismes permettant aux lymphocytes T d'intégrer des signaux transitoires sont mal compris. Pourtant, des données suggèrent que la dynamique des interactions cellulaire et leur intégration peuvent influencer la qualité de la réponse lymphocytaire (immunité vs tolérance et éventuellement Th-1 vs Th-2).

Principaux objectifs et hypothèses de travail:
A travers ce projet, je souhaite:
- caractériser les bases moléculaires de l'intégration de signaux séquentiels lors de l'activation des cellules T CD4 naïves. Mon hypothèse est que la régulation spatio-temporelle de l’activité des molécules de signalisation permet aux cellules T de maintenir une empreinte des stimulations successives perçues.
-déterminer l'influence de la dynamique des interactions des cellules T avec des CPA sur la signalisation du TCR et l’orientation de leur réponse. Mon hypothèse est que la fréquence et l'intensité des stimulations perçues par les cellules T constituent des informations leur permettant de mieux décoder le danger et de développer une réponse appropriée.

Objectifs spécifiques et méthodologie:
1 - Description de la signalisation du TCR lors de l'activation des cellules T par des interactions transitoires et séquentielles avec des CPA: Pour réaliser cet objectif, nous avons créé un système de micro-puits permettant de confiner l'activation des lymphocytes T dans un champ d’observation de microscope, dans un réseau de collagène en 3D. En utilisant un panel de sondes fluorescentes, nous allons analyser la signalisation du TCR dans des cellules T primaires vivantes tout au long de leur processus d’activation.
2 - Caractérisation de l'influence de la dynamique des interactions cellules T/CPA sur la signalisation TCR: Pour aborder cette étude, la durée et la fréquence des interactions cellulaires seront contrôlées à l’aide des pinces optiques holographiques du laboratoire. Cette approche permettra de déterminer i) les paramètres d’interaction nécessaire pour induire une empreinte de signalisation détectable, ii) la demi-vie de cette empreinte et iii) la manière dont des signaux d'activation pulsatiles sont traduits en signalisation cellulaire. Cette étude permettra également de caractériser des acteurs moléculaires impliqués dans le processus d'intégration des signaux.
3 - Etude de l'impact de la dynamique des interactions cellules T/APC sur résultat de l'activation lymphocytaire: Cette étude sera réalisée i) par couplage du système de micropuits avec des procédures de phénotypage des cellules T, ii) par le contrôle temporel de la stimulation des cellules T à l’aide d’un système de stimulation du TCR basé sur des techniques d’optogénétique. Ensemble, ces approches permettront de démontrer le lien de causalité existant entre la dynamique des interactions cellulaires et le résultat de l'activation lymphocytaire.

Ce programme ambitieux et interdisciplinaire fournira une description inédite à l’échelle cellulaire et moléculaire de l’ensemble des interactions que forment les cellules T avec des CPA lors de leur activation. Il dévoilera probablement de nouveaux mécanismes moléculaires impliqués dans l’intégration du signal, ainsi que leur influence sur le résultat de l’activation. Enfin, le concept d'intégration de signaux dans le temps n'est pas limité aux cellules T. Ainsi, les données issues d’EXTASI 4D sont susceptibles d'avoir un impact pluridisciplinaire.