Régulation épigénétique du développement et de l'activité des lymphocytes T (régulateurs) par HP1 et son interactome – EpiTreg

Notre projet repose sur l'utilisation de lignées de souris génétiquement modifiées dans lesquelles l'expression des différentes isoformes des protéines HP1 ou de leurs partenaires est invalidée.
Nous réalisons des analyses phénotypiques et fonctionnelles systématiques afin d'identifier le/s rôle/s de ces molécules dans le développement, l'homéostasie et les fonctions du compartiment T CD4.
Les mécanismes moléculaires mis en jeu sont mis en évidence par des approches complémentaires incluant des analyses par RNA- ou ChIP-seq.

Les analyses transcriptomiques et épigénétiques et les tests fonctionnels que nous avons réalisés nous ont permis de montrer que Setdb1 contrôle de façon critique la programmation des cellules T CD4 en réponse aux signaux environnementaux. Cette enzyme réprime un set restreint de rétrovirus endogènes (ERVs) se comportant comme des éléments cis-régulateurs de gènes clefs des lignages T helper.
En collaboration avec le groupe du Dr Amigorena (Institut Curie), nous avons aussi étudié le rôle du répresseur transcriptionnel TRIM28 et des protéines HP1 dans la biologie des lymphocytes T. Nous avons pu montrer que ces molécules ont un rôle clef dans la régulation du métabolisme énergétique de ces cellules, et qu’elles contrôlent par ce biais leur survie, leur prolifération et leur différentiation.
En parallèle de ces projets, nous avons initié une étude transcriptomique visant à identifier les longs ARNs non codants qui contrôlent l’identité des lymphocytes T régulateurs Foxp3+. Les analyses réalisées sur 6 sous-populations distinctes de Tregs et sur leurs pendants conventionnels nous ont permis de répertorier et d'annoter précisément les lncRNAs spécifiquement exprimés par ces cellules en fonction de leur origine, de leur niveau d'activation et de leur localisation, et de les associer à leur/s gène/s cible/s potentiel/s.
Les tests d’immunosuppression que nous avons réalisés in vivo suggèrent enfin que les différentes isoformes d’HP1 pourraient avoir des effets opposés dans la reprogrammation des lymphocytes T conventionnels par les Tregs.

Notre étude transcriptomique à large échelle nous a permis d'identifier les lncRNAs spécifiquement exprimés par les cellules T régulatrices à chaque étape de leur développement, et en fonction de leur localisation, de leur origine et de leur niveau d'activation. Nous sommes maintenant en train de valider fonctionnellement les transcrits les plus prometteurs.
Nos données préliminaires obtenues dans dans un modèle d'allogreffe de moelle osseuse suggèrent que le contrôle des réponse allogéniques par les Tregs nécessite l'expression des protéines HP1 par les cellules T conventionnelles. Après avoir conforté ces résultats, nous identifierons les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces observations en utilisant des approches de ChIP-seq dirigées contre les différentes isoformes d'HP1 que nous couplerons à des analyses transcriptomiques.

Thiault N*, Darrigues J*, Adoue V*, Gros M, Binet B, Perals C, Leobon B, Fazilleau N, Joffre OP, Robey EA, van Meerwijk JPM*, Romagnoli P*. Peripheral regulatory T lymphocytes recirculating to the thymus suppress the development of their precursors. Nature Immunology 16(6) 628-634 (2015).

Les lymphocytes T constituent une ligne de défense extrêmement efficace de notre organisme. Leur activité doit cependant être finement régulée par une sous-population de cellules T CD4 régulatrices (Treg) exprimant le facteur de transcription Foxp3. Les Treg jouent en effet un rôle crucial dans l’induction et le maintien de la tolérance immunologique au soi et dans la tolérance foetomaternelle durant la grossesse. Elles préviennent aussi le développement de pathologies immuno-inflammatoires chroniques et régulent qualitativement et quantitativement les réponses anti-infectieuses, permettant ainsi de délivrer une réaction adaptée et équilibrée entre éradication de la menace et destruction tissulaire. Le maintien de l’intégrité de l’organisme en l’absence de danger, comme lors d’une agression, dépend donc d’interactions subtiles entre lymphocytes T régulateurs et conventionnels. Les mécanismes intercellulaires qui contrôlent cet équilibre, et les réseaux de facteurs de transcription mis en jeu, ont déjà largement été caractérisés. Les processus de régulation épigénétique, s’ils ont un rôle central, restent par contre largement à identifier. Nous proposons ici d’étudier le rôle des protéines chromatiniennes HP1 (Heterochromatin protein 1) et de leurs partenaires dans la programmation de ces cellules en réponse à leur environnement, et dans le contrôle de l’activité des lymphocytes T conventionnels par les Treg. HP1 a initialement été décrite chez la drosophile comme une protéine non histone associée à l’hétérochromatine et impliquée dans la répression de gènes par effet de position. HP1 a différentes fonctions selon sa localisation dans le génome, l’isoforme considérée (a, b ou g), les modifications post-traductionnelles qu’elle a subies, et les partenaires moléculaires qu’elle recrute sur la chromatine. Elle joue un rôle majeur dans l’échafaudage et la fonction de l’hétérochromatine constitutive, dans le contrôle du cycle cellulaire, et dans la régulation qualitative ou quantitative de l’expression génique. Nos données, et celles récentes de la littérature, démontrent que ces molécules ont un impact majeur sur la biologie des lymphocytes T. Mon travail de postdoctorat montre par exemple que HP1g agit comme un co-activateur transcriptionnel nécessaire à la programmation Th1 alors que HP1b a été impliquée dans la stabilité du lignage Th2 via un effet répresseur sur les loci Th1. Nos données récentes démontrent un rôle central de l’histone methyltransferase Setdb1 dans l’homéostasie et la stabilité des lignages T. Les complexes multimériques qui s’associent aux HP1 sont donc hétérogènes et ont des effets ambivalents, non redondants et focalisés sur le développement et la fonction des lymphocytes T. Nous proposons ici de cartographier de façon systématique leurs rôles sur la programmation et l’interaction des lymphocytes T régulateurs et conventionnels. Grâce à des expériences de RNA- et de ChIP-seq dirigées contre HP1 et ses partenaires, des marques d’histone, et l’ARN polymérase II, nous déterminerons tout d’abord la distribution de ces molécules chromatiniennes sur le génome des Treg naturelles et inductibles et nous identifierons les éléments génomiques et épigénomiques (enhancers, lncRNA) contrôlant le développement et la fonction de ces cellules, comme nous l’avons déjà effectué sur différentes populations T CD4 conventionnelles. Nous utiliserons les données générées, et notre collection de lignées de souris invalidées pour les différentes isoformes d’HP1 ou pour certains de leurs partenaires (Setdb1, Suv39h1/2 et TRIM28) pour déterminer in vitro et in vivo le rôle de ces molécules dans la régulation des fonctions des Treg, dans le contrôle de l’activité des lymphocytes T conventionnels et dans leur reprogrammation sous l’effet des Treg. Des molécules ciblant des partenaires d'HP1 (e.g chaetocin) sont déjà utilisées en clinique. Nos travaux pourraient donc rapidement se traduire en avancées thérapeutiques.