Développement thymique

Les précurseurs thymiques quittent la moelle osseuse pour rejoindre le thymus où ils vont se différencier. La maturation des thymocytes repose à la fois sur des mécanismes d’apoptose et de survie et implique le réarrangement des gènes des chaines composant le T-cell Receptor TCR. A la sortie du thymus, les lymphocytes matures doivent exprimer un TCR fonctionnel et sûr, c’est à dire capable de reconnaître un antigène présenté par des molécules du CMH du soi mais non autoréactif (169).

Dans les premières étapes de développement, les thymocytes doubles négatifs DN CD4-CD8- ont besoin de signaux de survie pour empêcher leur apoptose (Figure 24).

Figure 24 : Développement des lymphocytes T

L’architecture thymique s’organise en zones corticales et médullaires, chacune étant caractérisée par des cellules stromales particulières de même que des précurseurs thymiques à différents stades. La différenciation thymique peut être suivie par l’expression de marqueurs de surface spécifiques, dont le CD4, CD8, CD44 et CD25, et le statut du TCR. Les interactions entre les thymocytes exprimant le récepteur Notch et les cellules stromales exprimant les ligands Notch induisent un programme complexe de maturation thymique qui aboutit à la génération de CD4+ auxiliaires tolérant le soi et des CD8+ cytotoxiques. Ces derniers quittent alors le thymus pour établir le stock de lymphocytes T dans la périphérie.

157 Ces signaux sont importants pour le contrôle des progéniteurs et la différenciation du TCR. On peut distinguer quatre stades de différenciation parmi les DN : DN1, DN2, DN3 et pre-DP (169). Les DN1 expriment CD44 mais pas CD25 et n’ont pas subi les réarrangements géniques de la chaine β du TCR. Les DN2 commencent le réarrangement de la chaine β et expriment CD44 et CD25. Les DN3 CD44 -CD25+ ont terminé le réarrangement de la chaîne β et expriment un pré-TCR avec une chaîne α de substitution. L’expression de ce pré-TCR en même temps que le CD3 permet l’obtention de signaux de survie et de prolifération qui permettent aux DN3 de passer au stade pré-DP CD44-CD25-. Les pré-DP passent ensuite au stade double positif CD4+CD8+ pendant lequel le locus α du TCR est réarrangé et exprimé (170). Ils y subissent la première étape de sélection dans le cortex thymique lors de l’interaction de leur TCR avec les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité CMH exprimées par les cellules épithéliales les entourant. Les cellules incapables d’interagir via leur TCR ne reçoivent pas les signaux de survie et sont ainsi éliminées. Ceci est la sélection positive, phénomène nécessaire pour assurer des lymphocytes T fonctionnels pour une réponse immunitaire. En fonction de quel CMH est le mieux reconnu par le DP, le thymocyte devient simple positif CD4+ (CMH classe II) ou simple positif CD8+ (CMH classe I). Les lymphocytes T simples positifs CD4+ ou CD8+ possédant un TCR à affinité trop grande pour le CMH sont associés à un risque d’auto-immunité. Ils sont éliminés par sélection négative via l’induction de l’apoptose. De la même manière, le développement des lymphocytes B repose aussi sur une sélection positive et une sélection négative (31).

La mitochondrie joue un rôle majeur dans le développement des T et des B par ses fonctions dans la mort cellulaire. Les membres de la famille BCL-2 ont été particulièrement étudiés à ce sujet. Comme les résultats obtenus ont permis d’apporter des informations sur la régulation de la mort cellulaire de populations en différenciation comme de populations matures, nous développerons ce sujet dans la section suivante « élimination par mort cellulaire ».

La mitochondrie est également nécessaire au développement des T via le rôle qu’elle exerce sur le métabolisme et les ROS. Néanmoins, il faut reconnaître que la littérature actuelle est assez réduite sur ce point et mériterait d’être approfondie.

La génération d’ATP dans les thymocytes serait assurée à 96% par la phosphorylation oxydative tandis que la glycolyse en produirait 4% (171). Cela rendrait les thymocytes très dépendants de la mitochondrie et de son métabolisme associé. Quelques études se sont focalisées sur la compréhension du métabolisme énergétique requis pour le développement des T dans le thymus. La délétion de RICTOR, composant du complexe mTORC2, compromet la prolifération des thymocytes, particulièrement les DN qui s’accumulent au stade DN3 (172). Ce stade correspond au moment de la β-sélection du TCR et s’accompagne d’un boost de prolifération pour l’évolution vers le stade DP. L’effet de RICTOR sur la lymphopoïèse passerait par son action sur Akt. En accord avec cette hypothèse, la délétion simultanée

d’Akt1 et d’Akt2 chez la souris conduit aussi à une diminution de la cellularité thymique, un défaut de prolifération des DN, un métabolisme diminué et un blocage dans la transition DN3-preDP (173). Les souris déficientes pour les deux sous-unités catalytiques de PI3K, kinase régulatrice d’AKT, présentent aussi un thymus plus petit en raison d’une augmentation de la mort cellulaire conjuguée à un défaut de prolifération (174, 175). Un autre régulateur de la voie mTOR s’est avéré impliqué dans le développement des T. L’inactivation de LKB1 par trois équipes différentes aboutit en effet à l’induction de la mort des thymocytes, mort qui peut être empêchée par la surexpression de BCL-XL (176, 177, 178). Le nombre de thymocytes LKB1-/- est diminué, la fréquence de DN est bien plus importante et les DN3 incapables de proliférer s’accumulent à ce stade. LKB1 est sans doute aussi requise pour les thymocytes DP car en conditions sauvages, ceux-ci expriment des taux élevés de LKB1 et présentent une phosphorylation d’AMPK conséquente. Néanmoins, la perte d’AMPK1α, isoforme prédominante chez les T, ne conduit pas à un défaut majeur de développement des T, suggérant des voies redondantes ou additionnelles sous la kinase LKB1 (175). Le modèle actuel concernant la transition DN/DP propose que les signaux Notch et pre-TCR convergent vers la signalisation PI3K/AKT et LKB1 qui en utilisant entre autres les voies mTOR favoriseraient les changements métaboliques requis pour l’hyperprolifération des DN3 (174). Ces changements pourraient optimiser l’utilisation des voies cataboliques et des voies anaboliques en fonction de la demande, de sorte que la perturbation d’un axe ou d’un autre comprometterait le développement des T de façon équivalente.

Le développement des T serait aussi très influencé par les espèces réactives de l’oxygène. Deux études ont montré qu’un excès de ROS pouvait être favorable à la prolifération des thymocytes. La première concerne l’inactivation de la peroxyrédoxyne II, enzyme antioxydante dont l’inactivation conduit à une augmentation de ROS dans les thymocytes (179). Ce changement affecte le nombre de thymocytes DP qui se retrouve augmenté par rapport à celui des SP diminué. Cet effet passerait par une résistance à l’apoptose des thymocytes DP. Un autre modèle conduit à l’augmentation des ROS dans le thymus, celui de la déficience pour ATM. La perte d’ATM dans les thymocytes conduit à un dysfonctionnement mitochondrial accompagné d’une augmentation de la masse mitochondriale, de la capacité de phosphorylation oxydative et de la production de ROS (180). L’augmentation du nombre de mitochondries est liée à un défaut de mitophagie comme l’a montré la perte additionnelle dans ce modèle de Beclin-1, régulateur de l’autophagie. Ces modifications affectant les thymocytes les rend plus susceptibles à l’émergence de tumeurs lymphoïdes T, en accord avec la fréquence importante de lymphomes T développés par les patients atteints d’ataxia telangiectasia. Le traitement des souris ATM -/-par des antioxydants diminue considérablement l’incidence de ces tumeurs, liant l’excès de ROS à la pathologie observée (180). D’autres études montrent à l’inverse qu’un excès de ROS impacte la viabilité des thymocytes et conduit à une diminution de la cellularité. La délétion du répresseur de la famille

159 Polycomb Bmi1 induit ainsi une diminution de la cellularité thymique caractérisée par la réduction du nombre de thymocytes DP (181). Les mitochondries sont altérées et les ROS augmentés, ce qui induit une réponse de dommage à l’ADN létale pour les cellules. La suppression de cette voie de réponse au dommage à l’ADN ou le traitement par un antioxydant rétablit une différenciation thymique normale. Un autre modèle conduisant à un excès de ROS néfaste pour la survie est celui de la souris déficiente pour la superoxyde dismutase mitochondriale 2 SOD2 (182). Son inactivation dans les thymocytes adultes, et non fœtaux, génère une augmentation de ROS associée à la réduction du nombre de thymocytes en raison d’une sensibilité accrue à l’apoptose de ces derniers. Les ROS peuvent donc selon le schéma habituel être favorables à la prolifération des thymocytes comme responsables de leur mortalité selon le niveau et le moment auxquels ces ROS sont générés.