Characterization of PD-1 effects on the immunological synapse
Caractérisation des effets de PD-1 sur la synapse immunologique
Résumé
The protein PD-1 is essential for the maintenance of central and peripheral tolerance by inducing inhibitory signals upon interaction with its ligand PD-L1. Expression of PD-1 receptor is induced during T cell activation, and its ligand is present on many tissue-forming cells, such as epithelial, endothelial, but also professional antigen presenting cells. The interaction between PD-1 and PD-L1 inhibits effector functions of T cells, thus preventing the development of autoimmune diseases. In some disease contexts, such as cancer or chronic infections, the persistent presence of an antigen can result in prolonged expression of PD-1 and lead to an exhausted phenotype of T cells that prevents them from eliminating the pathogen. The PD-1/PD-L1 interaction is then deleterious and leads to tumor progression or prevents resolution of a chronic viral infection. Numerous studies have proposed the PD-1/PD-L1 interaction as a therapeutic target for cancer treatment, and monoclonal antibodies preventing this binding have shown significant clinical efficacy. However, these treatments are not effective in some patients, and it is therefore essential to better understand the mechanisms of PD-1-mediated T cell inactivation. An essential mechanism for efficient T cell activation is the formation of an immunological synapse with an antigen presenting cell. Thus, the objective of my thesis was to characterize the impact of the PD-1/PD-L1 interaction on the formation of an immunological synapse. Specifically, I addressed the following questions: 1. What are the effects of PD-1 on actin cytoskeleton remodeling at the immunological synapse? My work has shown that PD-1 inhibits actin remodeling at the immunological synapse. Indeed, it prevents the formation of a dense ring-shaped actin meshwork at the periphery of the contact, and a hypodense zone in the center. The PD-1/PD-L1 interaction also prevents the morphological changes of T cells at the immunological synapse. The results suggest that PD-1/PD-L1 interaction alters the activity of the Arp2/3 complex initiating branched actin polymerization. 2. What are the implications of these alterations on the effector functions of T cells, in particular on the cytotoxicity of CD8+ T cells? The absence of the hypodense area in the center of the contact causes a physical barrier preventing the secretion of cytolytic granules. It can be restored by the pharmacological opening of the actin meshwork at the synapse. Thus, the effects of PD-1 on actin may bring a new explanation for the inability of T cells to lyse target cells in the presence of PD-1/PD-L1. 3. Are these alterations dependent on PD-1 signaling motifs? The inhibitory effects of PD-1 are generally attributed to its ability to recruit the phosphatase SHP-2 which dephosphorylates key proteins in the TCR and CD28 signaling pathways. By studying the effects of PD-1 mutated on the motifs that recruit SHP-2, I was able to demonstrate that the defects in actin remodeling induced by PD-1 are independent of the signaling motifs. This result is the first report of an SHP-2-independent inhibitory effect of PD-1. Thus, we report a novel inhibitory effect of PD-1 on T cell actin remodeling at the immunological synapse. This PD-1 inhibitory effect results in an absence of actin clearance at the center of the contact zone, which prevents the secretion of cytolytic granules, and thus the cytotoxic capacity of T cells. This inhibition appears to be independent of PD-1 signaling motifs that allow the recruitment of the SHP-2 phosphatase
La protéine PD-1 est essentielle au maintien de la tolérance centrale et périphérique en induisant des signaux inhibiteurs lors de l'interaction avec son ligand PD-L1. L'expression du récepteur PD-1 est induite lors de l'activation des lymphocytes T, et son ligand est présent sur de nombreuses cellules formant les tissus, comme les cellules épithéliales, endothéliales, mais également des cellules présentatrices d'antigène professionnelles. L'interaction entre PD-1 et PD-L1 inhibe les fonctions effectrices des lymphocytes T, empêchant ainsi le développement de maladies auto-immunes. Dans certains contextes pathologiques, comme le cancer ou les infections chroniques, la présence persistante de l'antigène peut entraîner l'expression prolongée de PD-1 et conduire les lymphocytes T à adopter un phénotype d'épuisement qui les empêche l'élimination des pathogènes. L'interaction PD-1/PD-L1 est alors délétère et entraîne une progression tumorale ou empêche la résolution d'une infection virale chronique. De nombreuses études ont ainsi proposé de cibler l'interaction PD-1/PD-L1 dans le traitement des cancers, et des anticorps monoclonaux empêchant cette liaison ont montré une efficacité clinique notable. Cependant, ces traitements ne sont pas efficaces chez certains patients, et il est donc essentiel de mieux comprendre le fonctionnement de l'inactivation des lymphocytes T par PD-1. Un mécanisme essentiel à une activation des lymphocytes T efficace est la formation d'une synapse immunologique avec une cellule présentatrice d'antigène. Ainsi, l'objectif de ma thèse a été de caractériser l'impact de l'interaction PD-1/PD-L1 sur la formation d'une synapse immunologique. Plus précisément, j'ai abordé les questions suivantes : 1. Quels sont les effets de PD-1 sur le remodelage du cytosquelette d'actine à la synapse immunologique ? Mon travail a mis en évidence que PD-1 inhibe le remodelage des réseaux d'actine à la synapse immunologique. En effet, il empêche la formation d'un dense réseau d'actine en forme d'anneau en périphérie du contact, et d'une zone hypodense au centre. L'interaction PD-1/PD-L1 empêche également le changement de morphologie des lymphocytes T à la synapse immunologique. Ce mécanisme semble être provoqué par une altération de l'activité du complexe Arp2/3 qui permet la polymérisation de l'actine branchée. 2. Quelles sont les implications de ces altérations sur les fonctions effectrices des lymphocytes T, en particulier sur la cytotoxicité des lymphocytes T CD8+ ? L'absence de la zone hypodense au centre du contact provoque une barrière physique empêchant la sécrétion des granules cytolytiques. Cette dernière est restaurée par l'ouverture pharmacologique du réseau d'actine à la synapse. Ainsi, les effets de PD-1 sur l'actine pourraient être une nouvelle cause expliquant l'incapacité des lymphocytes T à lyser les cellules cibles en présence de PD-1/PD-L1. 3. Est-ce que ces altérations sont dépendantes des motifs de signalisation de PD-1 ? Les effets inhibiteurs de PD-1 sont généralement attribués à sa capacité à recruter la phosphatase SHP-2 qui déphosphoryle les protéines clé des voies de signalisation du TCR et de CD28. En étudiant les effets de la protéine PD-1 mutée sur les motifs permettant le recrutement de SHP-2, j'ai mis en évidence que les défauts du remodelage d'actine induits par PD-1 sont indépendants de ces motifs. Ce résultat est le premier effet inhibiteur de PD-1 indépendant du recrutement de SHP-2 à être rapporté. Ainsi, nous mettons en évidence un nouvel effet inhibiteur de PD-1 sur le remodelage de l'actine des lymphocytes T à la synapse immunologique. Cela entraîne une absence de la clairance d'actine au centre de la zone de contact, qui empêche la sécrétion de granules cytolytiques, et donc la capacité cytotoxique des lymphocytes T. Cette inhibition ne dépend pas des motifs de signalisation de PD-1 permettant le recrutement de la phosphatase SHP-2.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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