Echappement à l'inactivation du chromosome X du gène TLR7 dans les lymphocytes B de femmes : mise en évidence et conséquences fonctionnelles

TLR7 escapes from X chromosome inactivation in human immune cell subpopulations : association with enhanced B cell responses

• Auteur / Autrice : Mélanie Souyris
• Direction : Jean-Charles Guéry, José Enrique Mejia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 27/11/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réponse immunitaire

Lupus érythémateux

Récepteurs de type Toll

Mots clés libres

TLR7

Chromosome X

Lupus érythémateux systémique

Différences liées au sexe

Lymphocytes B

TLR7

X chromosome

Systemic Lupus Erythematosus

Sex differencies

B cells

Résumé

Les femmes développent une réponse immunitaire plus forte que celle des hommes. Ceci les protège vis-à-vis des infections virales ou bactériennes, mais augmente également leur risque de développer une pathologie auto-immune. Le lupus érythemateux systémique (LES) est une pathologie auto-immune prototypique à fort dimorphisme sexuel, avec 9 femmes affectées pour 1 homme. TLR7 (Toll-like receptor 7) est un TLR endosomal spécifique de l'ARN simple brin. Ce récepteur joue un rôle crucial dans la réponse antivirale mais aussi dans la rupture de tolérance à la base de la pathologie lupique. Sa surexpression dans un modèle murin suffit à induire le développement spontané d'un lupus. Au contraire, son invalidation dans des souches de souris développant un lupus spontané, est protectrice. Chez l'Homme, TLR7 est exprimé dans les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC), les monocytes, ainsi que dans les lymphocytes B (LB). Son engagement induit la production de médiateurs pro-inflammatoires par les pDC et les monocytes, et la maturation et la production d'anticorps par les LB. Le gène TLR7 est porté sur le bras court du chromosome X. Un mécanisme compensatoire du dosage des gènes portés sur les gonosomes intervient dans les cellules des mammifères, où un des deux chromosomes X est aléatoirement inactivé pendant le développement embryonnaire. Or ce mécanisme est imparfait et, chez les femmes, au minimum 15% des gènes portés sur l'X sont susceptibles d'échapper à son inactivation. Vu l'effet du dosage de Tlr7 dans les modèles murins du lupus, et de la localisation de TLR7 sur le chromosome X humain, nous avons cherché à déterminer si TLR7 serait sujet à l'échappement à l'inactivation de l'X chez les femmes. Pour cela nous avons développé une approche basée sur l'analyse sur cellule unique de l'expression d'un marqueur allélique au niveau des transcrits de TLR7. Nos résultats démontrent que ce gène échappe à l'inactivation du chromosome X dans 30% environ des LB, monocytes et pDC de femmes saines. De plus, nous avons observé par une technique d'hybridation in situ la transcription simultanée des deux allèles. L'expression bi-allélique de TLR7 est associée à une augmentation significative de l'ARNm de TLR7 dans les LB naïfs. Enfin, nos résultats démontrent que les LB naïfs exprimant les deux allèles de TLR7 sont préférentiellement enrichis dans les cellules différentiées dont la commutation de classe a été induite par un ligand de TLR7. De la même façon, les cellules plasmocytaires où TLR7 échappe à l'inactivation de l'X sont enrichies parmi les cellules prolifératrices en réponse à l'engagement de TLR7. En conclusion, ce travail démontre que le gène TLR7 échappe à l'inactivation de l'X chez plusieurs types de cellules immunitaires, que le dosage des transcrits du gène s'en trouve augmenté chez les lymphocytes B, et que la réponse biologique à l'engagement TLR7 est plus importante chez les lymphocytes B à expression bi-allélique. Par ailleurs, de premiers résultats mettent en évidence l'échappement de TLR7 à l'inactivation de l'X chez des hommes atteints du syndrome de Klinefelter (47, XXY). Ceci pourrait expliquer leur susceptibilité équivalente à celle des femmes au développement du lupus.

Women develop stronger immune responses than men, with positive effects on the resistance to viral or bacterial infections but magnifying also the susceptibility to autoimmune diseases like systemic lupus erythematosus (SLE), which affects 9 women per 1 man. Toll-like receptor 7 (TLR7) is an endosomal single-stranded RNA sensor that plays a key role in the initiation of the antiviral response. TLR7 dosage, however, is also a crucial determinant in SLE, and Tlr7 overexpression suffices to induce spontaneous lupus-like disease. Conversely, Tlr7 knock-out abolishes SLE development in lupus-prone mice. In humans, TLR7 is expressed in plasmacytoid dendritic cells (pDCs), monocytes and B lymphocytes. TLR7 engagement increases B cell maturation and production of antibodies, but also the production of pro-inflammatory cytokines by pDCs and monocytes. Human TLR7 is encoded on the short arm of the X chromosome. The cells of female mammals randomly inactivate one X chromosome in the course of embryonic development to equalize gene dosage between the sexes. However, 15% of X-linked human genes consistently escape inactivation so that both alleles are expressed in individual cells. Because increased dosage of TLR7 expression due to non-inactivation could contribute to autoimmunity, we investigated allelic expression of TLR7 in individual immune cells from women using a TLR7 allelic marker observable on mRNA molecules. Our results show that TLR7 escapes X chromosome inactivation in about 30% of B cells, pDCs and monocytes. TLR7 bi-allelic expression was observed also in situ by RNA-FISH. Naive B cell TLR7 bi-allelic expression is accompanied by higher TLR7 mRNA expression. Our results demonstrate that TLR7 escape from X-inactivation is associated with an enhanced plasma cell proliferative response to TLR7 ligands, and promotes immunoglobulin class switch induced by T cell help and TLR7 engagement. Our study provides proof of principle that TLR7 escapes from X chromosome inactivation in several types of immune cells of women and results in greater transcriptional expression, and shows also that cellular function in bi-allelic B cells is augmented in a TLR7-specific manner. Bi-allelic expression of TLR7 in women is thus a potential risk factor in the pathogenesis of SLE. Our initial results show also that TLR7 escapes from X inactivation in the immune cells of men with Klinefelter syndrome (47, XXY), which may explain a risk of SLE equivalent to women's.