DS0401 - Etude des systèmes biologiques, de leur dynamique, des interactions et inter-conversions au niveau moléculaire

Analyse unicellulaire des cellules dendritiques plasmacytoïdes pour identifier les mécanismes moléculaires expliquant l’hétérogénéité de leurs capacités individuelles de production des interférons de type I – SCAPIN

Analyse au niveau cellule unique des cellules dendritiques plasmacytoïdes afin de comprendre leur hétérogénéité pour la production des interférons de type I et III

Différents types cellulaires exercent des fonctions distinctes. Chaque type cellulaire est aussi hétérogène sans qu’on en comprenne la signification biologique. L'hétérogénéité intra-type au repos pourrait permettre des réponses plastiques aux stimuli. Nous testerons cette hypothèse en déterminant si et comment l'hétérogénéité intra-type au repos est liée à celle sous activation. Nous exploiterons aussi cette hétérogénéité pour mieux comprendre le contrôle moléculaire des fonctions cellulaires.

Comprendre les mécanismes qui contrôlent la production des interférons de type I et III par les cellules dendritiques plasmacytoïdes afin d’apprendre à la manipuler au bénéfice des patients.

Notre capacité à nous défendre contre les infections et le cancer repose sur la coordination de nos réponses immunitaires, orchestrée en grande partie par des cytokines en particulier les interférons de type I et III (IFN). Un exemple frappant du processus biologique étudié est la production d’énormes quantités d’IFN par seulement une fraction mineure (<10%) des cellules professionnelles productrices de ces cytokines, les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC). L’inhibition de cette fonction accroit la susceptibilité à des virus ou aux cancers. Son activation inappropriée cause des maladies auto-immunes/inflammatoires. Comprendre les mécanismes contrôlant cette fonction a donc des implications médicales majeures. Notre objectif est donc de caractériser l’hétérogénéité des pDC pour comprendre les mécanismes qui contrôlent leur production d’IFN.

Nous utiliserons une stratégie de biologie des systèmes pour identifier les mécanismes contrôlant la production d’IFN par les pDC, y compris en testant si, et comment, elle est en partie déterminée par leur hétérogénéité à l'état basal. Spécifiquement, nous caractériserons le programme d’expression génétique des pDC au repos ou activées sur des sous-populations bien identifiées et par RNA-seq sur cellule unique. Nous tirerons de l’analyse de ces données de nouvelles hypothèses qui seront ensuite testées en combinant des analyses protéomiques ciblées en utilisant la cytométrie de masse et des lignées de souris mutantes. Des méthodes bioinformatiques innovantes seront utilisées pour analyser l’ensemble des données d’Omics obtenues et pour générer un modèle mathématique des voies de signalisation dans les pDC. Ce modèle sera passé au crible expérimental pour valider de nouvelles cibles thérapeutiques.

L’analyse des données de single cell RNA-seq a mis en évidence des modules de gènes dont l'expression est exclusive et qui pourraient caractériser des phases successives d'activation des pDC. Afin de réaliser un fort enrichissement des pDC productrices d’IFN aux différents stades de leur activation, nous avons défini une stratégie basée sur l’utilisation combinée de l’EYFP et de nouveaux marqueurs de surface identifiés par sc-RNAseq et validés par FACS.

Combinée à une analyse cinétique, notre nouvelle stratégie d’enrichissement des pDC activées pour la production d’IFN nous permettra donc d’obtenir suffisamment de données sc-RNAseq sur les différents stades putatifs d’activation pré-identifiés, afin de permettre une analyse plus robuste en pseudo-temps. Cela permettra de reconstruire la trajectoire d’activation des pDC productrices d’IFN pour déterminer la succession des signaux qu’elles ont reçu et des voies qu’elles ont activé, en particulier discriminer quand et comment s’effectue la divergence d’activation entre les pDC qui produiront des IFN et celles qui ne le feront pas.

Aucun pour l’instant.

Notre capacité à nous défendre contre les infections et le cancer repose sur la coordination des réponses de nos cellules immunitaires innées et adaptatives, elle-même orchestrée en grande partie par des cytokines. Différentes types de cellules immunitaires exercent des fonctions distinctes. Il existe en outre une hétérogénéité fonctionnelle au sein de chaque type de cellule immunitaire, dont un exemple remarquable est la restriction de la production de cytokines à une fraction souvent minoritaire des cellules activées alors que d’autres réponses apparaissent être plus largement exprimées.

Les mécanismes qui contrôlent l’hétérogénéité des réponses cellulaires individuelles au sein d’un type cellulaire donné n’ont pas été clairement identifiés, y compris en ce qui concerne la production de cytokines. Le développement récent du séquençage des ARNm sur cellule unique a révélé une hétérogénéité inattendue du programme d’expression génétique à l'état basal entre cellules individuelles au sein d’un type cellulaire donné. La fonction biologique de cette hétérogénéité demeure une énigme. Une hypothèse est que cette hétérogénéité participerait à promouvoir la capacité de chaque type cellulaire à monter différents types de réponses envers un stimulus donné. Nous proposons de tester cette hypothèse en déterminant si, et comment, l’hétérogénéité à l'état basal dans un type donné de cellule immunitaire est relié à l’hétérogénéité des réponses de ce type cellulaire à une activation.

Nous focaliserons notre projet sur les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) parce qu’elles sont un exemple frappant du processus biologique que nous voulons étudier et parce que mieux comprendre comment leur production de cytokines est contrôlée a des implications importantes en santé publique. Les pDC activées produisent beaucoup d’interférons de type I (IFN-I). L’inhibition de cette fonction accroit la susceptibilité à des virus ou aux cancers. Son activation inappropriée cause des maladies auto-immunes/inflammatoires. Seules ~10% des pDC activées produisent l’IFN-I.

Nous proposons une stratégie de biologie des systèmes pour identifier de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant la production d’IFN-I par les pDC. Nous caractériserons le programme d’expression génétique des pDC au repos ou activées par microarrays sur des sous-populations bien identifiées et par RNA-seq sur cellule unique. Ces études nous permettront de générer de nouvelles hypothèses sur les stimuli et voies de signalisation contrôlant la production d’IFN-I par les pDC. Les marqueurs et voies de signalisation candidats les plus intéressants seront testés plus avant sur cellules isolées par des analyses protéomiques ciblées, en utilisant la cytométrie de masse pour examiner simultanément l’expression et les modifications post-traductionnelles d’une vingtaine de protéines candidates. Des méthodes bio-informatiques innovantes seront utilisées pour analyser l’ensemble des données d’Omics obtenues et pour générer un modèle mathématique des voies de signalisation dans les pDC. Ce modèle sera ensuite passé au crible expérimental, ce qui devrait permettre de valider de nouvelles cibles thérapeutiques.

Coordinateur du projet

Monsieur Marc DALOD (Centre National de la Recherche Scientifique délégation Provence et Corse _ Centre d'Immunologie de Marseille Luminy)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS DR12 _ CIML Centre National de la Recherche Scientifique délégation Provence et Corse _ Centre d'Immunologie de Marseille Luminy
IBENS Institut de Biologie de l’Ecole Normale Supérieure

Aide de l'ANR 559 555 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2015 - 48 Mois

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