Apport de l'analyse des réarrangements du TCR dans l'oncogenèse et l'ontogénie T

by Patrick Villarese

Doctoral thesis in Hématologie et oncologie

Sous la direction de Elizabeth Macintyre.

Soutenue le 01-10-2015

à Sorbonne Paris Cité , under the authority of École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris) , in a partnership with Université Paris Descartes (établissement de préparation) .


  • Abstract

    Les cellules T maturent dans le thymus lors d’un processus très régulé par l’intermédiaire de facteurs intrinsèques, comme des facteurs de transcription, et des facteurs extrinsèques (par exemple des cytokines des cellules stromales). L’acquisition du potentiel T au cours de la thymopoïèse, à partir d’un précurseur médullaire, se réalise grâce à des étapes successives définies par l’expression de molécules de surface et par les différents réarrangements des gènes du TCR qui sont ordonnés : le TCRd étant le premier à se produire, suivi par le TCRg et TCRb, pour finir par le TCRa. Les réarrangements du TCR restent également parfaitement ordonnancés dans les leucémies aigues lymphoblastiques T et ce malgré l’accumulation successive d’évènements oncogéniques. Il est ainsi possible de définir trois sous-groupes immunogénétiques de LAL-T ; (i) les formes immatures n’exprimant pas de TCRb cytoplasmique (ii) les LAL-T matures exprimant un TCR de surface et enfin (iii) les LAL-T intermédiaires, dites pré-ab, exprimant le TCRb en intracytoplasmique sans expression membranaire d’un hétérodimère ab ou gd. Dans ce dernier sous groupe de LAL-T de phénotype cortical, deux oncogènes à homéodomaines, TLX1 et TLX3, appartenant à la famille des gènes homéotiques orphelins NKL, sont souvent dérégulés. Nous avons précédemment mis en évidence le rôle direct des oncoprotéines TLX dans le processus de l’arrêt de maturation, grâce à leur interaction avec le facteur de transcription ETS1, bloquant l’expression et les réarrangements du TCRa. Néanmoins, une partie des LAL-T corticales ne surexprime ni TLX1 ni TLX3, posant la question de l’implication potentielle d’autres gènes de la famille NKL dans le blocage de maturation. Nous avons donc réalisé une analyse transcriptionnelle de l’ensemble des 46 gènes de la famille NKL dans une large série de LAL-T et comparé les résultats avec ceux obtenus dans des sous populations thymiques humaines triées. Nous avons ainsi identifié 10 gènes dérégulés de manière ectopique dans notre série de LAL-T, incluant 6 gènes dont la dérégulation était inconnue dans ce contexte. Par ailleurs, nous avons mis au point une approche complexe combinant une analyse en CGH-array haute résolution, le dosage allélique du locus TCRa et un système de RT-PCR multiplex afin d’étudier de manière exhaustive le statut du locus TCRa dans cette même série de LAL-T. Nos résultats ont ainsi montré que ces nouveaux gènes NKL aboutissent aussi à une répression du TCRa par un mécanisme similaire à celui observé avec les oncoprotéines TLX. Les lymphomes anaplasiques (ALCL), qui sont caractérisés par une expression aberrante d’ALK, issue de la t(2;5), expriment des marqueurs d’activation T (CD30), cytotoxique (granzyme, perforin, TIA1) et des réarrangements clonaux du TCR, mais sans signalisation du TCR/CD3. Le stade du développement lymphoïde T où est initié la lymphomagenèse est inconnu, il est possible que cette translocation se produise avant l’expulsion thymique. Pour étudier cette hypothèse, nous avons analysé l’ensemble des TCR (d,g,b,a) par PCR et CGH array dans une série d’ALCL humain et utilisé un modèle murin de lymphomagénèse T dans lequel NPM-ALK est exprimé à l’aide du promoteur de CD4. Nous avons croisé ce premier modèle avec des souris transgéniques RAG déficient et/ou en présence d’un transgène TCR (OT1), afin d’étudier le rôle du TCR dans le développement tumoral. Le modèle de lymphomagenèse identifié est basé sur une expression de NPM-ALK dès les stades précoces de la différenciation thymique, lorsque le transcrit de fusion peut remplacer le TCRb, et lors de l’expansion des thymocytes corticaux au niveau de la « b-sélection ». Un TCR est cependant nécessaire pour la sortie du thymus, bien que perdu lors du développement des ALCL en périphérie. En conclusion, nous avons montré l’implication du TCR dans deux modèles d’oncogenèse. (...)

  • Titre traduit

    Contribution of TCR rearrangements analysis in oncogenesis and ontogeny T


  • Abstract

    T cells mature in the thymus through a highly regulated process mediated by intrinsic factors (e.g. transcription factors) and extrinsic factors (e.g. cytokines or stromal cells). The acquisition of T lymphoid commitment during thymopoiesis, originating from a bone marrow precursor, is carried out through successive stages defined by the expression of various surface molecules and the precisely ordered TCR gene rearrangements; TCRd being the first to occur, followed by the TCRg and TCRb, and finally TCRa. TCR rearrangements are also highly coordinated in T acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) despite the successive accumulation of oncogenic events. It is thus possible to define three immunogenetic subgroups of T-ALL; (I) the immature forms that do not express cytoplasmic TCRb, (ii) mature T-ALL which express a surface TCR and finally (iii) intermediate T-ALL, termed preab, which express intracytoplasmic TCRb without membrane expression of a TCR ab or gd Complex. In the latter subgroup, classically termed cortical T-ALL, two oncogenic transcription factors belonging to the NKL family of homeobox genes, TLX1 and TLX3, are commonly deregulated. We have previously demonstrated the direct role of TLX oncoproteins in the process of maturation arrest through their interaction with the ETS1 transcription factor, which blocks expression and rearrangements of TCRa. Not all cortical T-ALL cortical overexpress TLX1 nor TLX3, however, suggesting that other NKL family genes might be involved in the maturation arrest. We therefore, conducted a transcriptional analysis of all 46 NKL family genes in a large series of T-ALL and compared the results with those obtained in sorted human thymic subpopulations. We identified 10 ‘ectopic’ deregulated genes in T-ALL, including 6 genes whose deregulation was previously unknown in this leukemia. By combining high resolution CGH array, allelic of TCRa locus dosage and a novel TCRa RT-PCR multiplex, we show that these deregulated NKL genes also lead to inhibition of TCRa rearrangement, similar to that observed with TLX. These date demonstrate that homeobox inhibition of TCRa rearrangement is likely to explain the maturation arrest in the majority of cortical T-ALL, the commonest and most emblematic subgroup in this leukemia. Anaplastic lymphoma (ALCL), which are characterized by t(2;5) driven aberrant expression of ALK, express T activation markers (CD30), cytotoxic (granzyme, perforin, TIA1), and clonal TCR rearrangements in the intriguing absence of TCR/CD3 signaling. It is not clear at what stage of development ALCL lymphomagenesis is initiated, but as the expression of NPM is ubiquitous, it is possible that this translocation occurs before thymic egress. To investigate this, we analyzed all TCR(a,b,g,d) by PCR and CGH array in a series of human ALCL and compared these results with a T lymphomagenesis murine model in which NPM-ALK is regulated by the CD4 promoter. We crossed this first model with RAG deficient transgenic mice in the presence or not of a TCR transgene (OT1), to study the role of the TCR in tumor development. NPM-ALK expression from the earliest stages of thymic differentiation allow the fusion transcript to replace TCRb during the cortical thymic cellular expansion process known as "beta-selection". A TCR is, however, necessary for thymus egress, but is subsequently lost during the development of ALCL in the periphery, suggesting that the coexistence of TCR and NPM-ALK signaling is not compatible with lymphomagenesis and that the TCR may act as a tumor suppressor gene. In conclusion, we have delineated the involvement of TCRa in two models of oncogenesis. In T-ALL, NKL oncoproteins NKL prevent TCRa rearrangements and block cells at the highly proliferative TCRb-selection cortical thymic stage. In ALCL, a functional TCR appears to act as a tumor suppressor gene. Both models pave the way to differentiation therapy via TCR modulation.

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