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Polarisation des lymphocytes T et formation de la synapse immune 
Les lymphocytes T reconnaissent les microorganismes pathogènes sous forme de fragments moléculaires (antigènes) présentés à la surface des cellules présentatrices d’antigène. Suite à la reconnaissance antigénique, le lymphocyte T se polarise vers la cellule présentatrice d’antigène. Cette polarisation se caractérise par des changements de morphologie du lymphocyte T, par la réorientation de son cytosquelette vers la cellule présentatrice d’antigène, et par la concentration de nombreuses molécules à l’interface cellulaire, en particulier le récepteur à l’antigène des lymphocytes T (récepteur T), ainsi que des molécules d’adhésion et de signalisation intracellulaire. Cette jonction cellulaire organisée, formée entre le lymphocyte T et la cellule présentatrice d’antigène, a été appelée “synapse immune” car elle assure la communication complexe qui s’établit entre le lymphocyte T et la cellule présentatrice d’antigène (Figure 1).
 

          
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1. Rôle du cytosquelette d'actine et de microtubules dans la formation de la synapse immunologique et dans l'activation des lymphocytes T.

S. Agüera, R. Lasserre, et A. Alcover


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La reconnaissance d’un antigène par le récepteur T déclenche une réorganisation importante du cytosquelette d’actine et des microtubules dans le lymphocyte T. Cette réorganisation conditionne à son tour les changements morphologiques observés lors de la formation de la synapse immunologique, ainsi que les distributions moléculaires caractéristiques de la synapse (Figure 1 et 2). Afin d’étudier la relation entre la réorganisation du cytosquelette d’actine et des protéines membranaires, nous nous sommes intéressés à une famille de protéines appelées ERM (ezrine, radixine, moésine). Ces protéines connectent des composants de la membrane cellulaire et du cytosquelette d’actine (Revues, Charrin et al. 2006, Lasserre et al 2010b, Soares et al,  2013b).

 Nous avons montré qu’une de ces protéines, l’ezrine, se polarise vers la synapse immunologique (Figure 2 A). La perturbation de l’expression ou de la fonction de l’ezrine par interférence d’ARN, ou par expression des formes mutées de cette protéine, bouleversent la distribution spatiale du récepteur T et des protéines de signalisation, telles que les adaptateurs LAT et SLP76. Elles provoquent également la désorganisation du réseau des microtubules et le mouvement des protéines de signalisation à la synapse (Figure 1 B and C). Enfin, la perturbation de l’ezrine a des conséquences importantes sur l’activation des lymphocytes T, augmentant l’efficacité des évènements précoces (phosphorylation sur tyrosines de nombreuses protéines et activation de la serine-thréonine kinase Erk), mais inhibant des évènements plus tardifs, comme l’activation de NFAT, un facteur de transcription qui contrôle le gène de l’interleukine 2 (IL2), un facteur de croissance clé des lymphocytes T. Pour exercer ses fonctions, l’ezrine interagit avec des protéines régulatrices de la polarité cellulaire, notamment Dlg1.

L’ensemble de ces travaux montrent que les interactions entre le cytosquelette d’actine et de microtubules, par le biais de l’ezrine et de Dlg1, stabilisent l’architecture de la synapse immunologique et contrôlent la transmission du signal d’activation dans les lymphocytes T (Roumier et al. 2001, Das et al. 2002, Lasserre et al, 2010a, b).






2. Régulation de l'activation des lymphocytes T par la protéine d'échafaudage SLP-76.

R. Lasserre, V. Navas, C. Cuche and V. Di Bartolo 
 
 

Les signaux intracellulaires générés par l'engagement du récepteur T sont traduits et intégrés par des complexes moléculaires assemblés au sein de la synapse immunologique. L’influence qu’exercent ces complexes moléculaires sur la réponse du lymphocyte T à la stimulation antigénique nécessite une régulation fine de leur composition et de leur dynamique spatio-temporelle. L’assemblage et le désassemblage de ces complexes macromoléculaires fait intervenir des évènements de phosphorylation qui impliquent des protéines kinases.

Nous étudions en particulier le complexe de signalisation formé par les protéines SLP76, GADS et LAT qui joue un rôle clé dans l’amplification du signal en permettant le recrutement de nombreux effecteurs d’activation (Acuto et al. 2008). Nous avons récemment mis en évidence que la régulation de la stabilité de ce complexe par la sérine/thréonine kinase HPK1 (Hematopoietic Progenitor Kinase 1) peut réguler négativement l’activation des lymphocytes  T.

Dans les lymphocytes T activés, HPK1 interagit avec SLP76. Nous avons montré que HPK1 phosphoryle SLP76, ainsi que GADS, un adaptateur de signalisation qui interagit constitutivement avec SLP76 et lie le complexe SLP76-GADS à LAT phosphorylée. La phosphorylation de SLP76 et de GADS par HPK1 induit leur interaction avec des protéines de la famille 14-3-3. Cette liaison entraine la dissociation du complexe SLP76-GADS et LAT et donc la régulation négative de la cascade de transmission du signal dactivation du récepteur T (Figure 3, Di Bartolo et al, 2007, Lasserre et al, 2011).

 


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3. Rôle du trafic vésiculaire intracellulaire dans la formation de la synapse immunologique. Modulation par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH-1).

H. Soares, J. Bouchet, M. I. Thoulouze et A. Alcover, en collaboration avec l’Unité Virus et Immunité (O. Schwartz et collaborateurs.) et l’ Imagopole, Institut Pasteur  


La concentration à la synapse immunologique du récepteur T et des molécules de signalisation met en jeu des mécanismes de transport moléculaire polarisé. Nous avons montré que les endosomes de recyclage (vésicules par lesquelles transitent les récepteurs membranaires qui sont internalisés et recyclés vers la membrane plasmique) transportent le récepteur T et certaines molécules de signalisation  vers la synapse immunologique. Ces mécanismes de transport assurent la formation d’une synapse immunologique capable de transmettre les signaux d’activation du récepteur T. Nous avons observé que les endosomes de recyclage, en général, et ceux qui transportent le récepteur T, en particulier, sont acheminés vers la zone de contact cellulaire et versent le récepteur T à la synapse (Figure 4 A, B). Ce mécanisme de transport implique l’endocytose du récepteur T, la polarisation des compartiments d’endocytose et recyclage par le biais des microtubules et la fusion des vésicules endosomiales au niveau de la synapse. Cette dernière étape met en jeu des protéines régulatrices de la fusion vésiculaire, les complexes SNAREs (Das et al. 2014).

Nous avons montré récemment que des protéines clés de la voie de signalisation du récepteur T sont elles aussi transportées vers la synapse par des vésicules endosomiales, proches mais différentes de celles qui transportent le récepteur T. Ainsi, la tyrosine kinase Lck, l’adaptateur LAT et la sous-unité zeta du récepteur T (TCRz) s’associent à des compartiments vésiculaires distincts, qui fusionnent à la synapse par des mécanismes différents. Lck dépend pour son transport de la protéine MAL, mais peut fusionner à la synapse de façon indépendante des flux calciques intracellulaires. En revanche, la fusion de LAT et de TCRz à la synapse dépend des flux calciques intracellulaires et de la synaptotagmine-7, une protéine régulatrice de la fusion de vésicules, qui est sensible au calcium intracellulaire. L’inhibition des protéines régulatrices du transport et de la fusion des vésicules contenant Lck, LAT et TCRz empêche la formation des complexes de signalisation à la synapse et l’organisation de ces complexes à l’échelle nanométrique. Cette organisation est à son tour nécessaire à l’activation cellulaire qui mène à la production de cytokines (Figure 5A-C, Soares et al, 2013a, b).

 

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Le virus de l’immunodéficience humaine du type 1 (VIH-1) détourne de nombreux processus cellulaires pour assurer sa survie et sa multiplication à l’intérieur des cellules infectées, et pour permettre sa propagation à d’autres cellules. Le VIH-1 infecte et se réplique activement dans des lymphocytes T, conduisant à des altérations profondes de la physiologie de ces cellules. Le VIH-1 modifie entre autres des voies de signalisation, l’expression et le trafic intracellulaire de nombreux récepteurs membranaires, l’activité des gènes de cytokines, etc.

Nous avons étudié les conséquences de l’infection des lymphocytes T par le VIH-1 sur la formation de la synapse immunologique. Les lymphocytes T infectés par le VIH-1 forment des synapses immunologiques défectueuses. La tyrosine kinase Lck et le récepteur T sont retenus lors de leur trafic endosomial, réduisant ainsi la capacité de la synapse à transmettre des signaux d’activation (Figure 6, 7 ; Thoulouze et al, 2006). La protéine Nef du VIH-1 est responsable de l’essentiel de ces altérations. En effet, en ciblant le transport vésiculaire de Lck, Nef empêche indirectement la fusion à la synapse des compartiments vésiculaires transportant LAT et TCRz (  (Figure 8)). Ceci perturbe la formation des complexes des protéines adaptatrices LAT et SLP76 nécessaires à la transmission du signal d’activation du récepteur T (Soares et al, données non publiées). Des modifications de l’endocytose et de la signalisation dans la synapse immunologique ont des conséquences sur les fonctions et le devenir des lymphocytes T infectés par le VIH-1 (Revues, Fackler et al 2007 ; Alcover et al, 2010 ; Soares et al 2013b).


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4. Polarisation des lymphocytes et transmission intercellulaire du virus de la leucémie humaine à cellules T (HTLV-1).

A. M. Pais-Correia, V. Robbiati, R. Lasserre, C. Inizan, A. Alcover et M. I. Thoulouze, en collaboration avec l’Unité d’Epidémiologie et Physiopathologie des Virus Oncogènes (A. Gessain et collaborateurs) et l’Imagopole, Institut Pasteur.

 Les travaux provenant de plusieurs laboratoires indiquent que VIH-1 et HTLV-1 détournent des mécanismes de polarisation impliqués dans la formation de la synapse immune pour se transmettre efficacement d’une cellule à une autre. Il a été décrit que les lymphocytes T infectés se polarisent au contact avec d’autres lymphocytes formant une zone de contact organisée, la « synapse virologique », qui facilite la transmission intercellulaire de ces virus (Revue, Pais-Correia et al. 2007). Nous avons montré récemment que la transmission de HTLV-1 par des synapses virologiques met en jeux des structures extracellulaires complexes, générées par les lymphocytes T infectés, induites par le virus, et similaires aux biofilms bactériens (Fig 7). Ces « biofilms viraux » sont formés des particules virales infectieuses, de protéines de la matrice extracellulaire riches en résidus glycosylés, et de protéines de pontage. Ils sont présents à la surface des cellules T infectées, productrices des virus, et se transmettent à d’autres cellules au cours de contacts cellulaires. L’élimination du biofilm viral de la surface de cellules infectées diminue fortement leur capacité à infecter d’autres cellules (Pais-Correia et al, 2010). Nos objectifs sont à présent de caractériser les mécanismes de production de ces biofilms viraux, de déterminer si d’autres virus forment de telles structures et de caractériser les mécanismes moléculaires qui facilitent la transmissions de ces biofilms d’une cellule à une autre. Pour les virus formant de tels biofilms, il serait intéressant de redessiner des stratégies thérapeutiques anti-virales, qui viseraient non seulement le virus lui-même, mais la formation de ces biofilms viraux (Revues, Thoulouze et Alcover 2010, 2011).
 



Figure 7:
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