Role of myosin IIA in the small intestine immunosurveillance by dendritic cells

par Violaine Randrian

Thèse de doctorat en Interdisciplinaire

Sous la direction de Ana-Maria Lennon-Dumenil.

Soutenue le 13-10-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Interdisciplinaire européenne frontières du vivant (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Immunité et cancer / U932 (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Rôle de la myosine IIA dans l’immunosurveillance de l’intestin grêle par les cellules dendritiques


  • Résumé

    Plusieurs méthodes de capture antigénique ont été décrites dans l’intestin grêle, surtout en cas d’infection: échantillonnage direct par les cellules dendritiques (DC), capture par les macrophages qui délivrent ensuite l’antigène aux DC du stroma, passage des antigènes à travers les cellules caliciformes. Des travaux antérieurs in vitro dans le laboratoire ont montré l’importance de la myosine IIA dans la coordination de la migration des DC avec la capture et de l’apprêtement antigénique. L’objectif de ma thèse était de combiner plusieurs méthodes d’imagerie telle que la microscopie intravitale, la microscopie confocale ex vivo et l’immunofluorescence sur tissus à la cytométrie en flux pour déterminer l’impact de la myosine IIA sur la capture antigénique in vivo. Cette étude montre que les DC patrouillent en permanence dans l’épithélium de l’intestin grêle, y compris hors conditions infectieuses. Elles sont recrutées dans la lamina propria (LP) et pénètrent dans l’épithélium par transmigration à travers la membrane basale qui sépare ces deux compartiments. La myosine IIA est indispensable à la transmigration de CD103+CD11b+DC. Ces événements de transmigration surviennent plus fréquemment dans les parties proximales de l’intestin grêle, duodénum and jéjunum, que dans l’iléon. Chez les souris adultes, ces DC ne sont pas recrutées sous l’influence du microbiote mais sont sensibles au rétinal, un métabolite de la vitamine A qu’elles transforment en une molécule active l’acide trans-rétinoïque (AtRA). D’après notre analyse transcriptomique, les DC intra-épithéliales constituent une population homogène dont le profil est distinct de celui de leurs homologues de la LP. Elles sont enrichies en ARN des voies liées à l’apprêtement antigénique, l’autophagie et les lysosomes. Ces résultats suggèrent qu’elles ont une fonction différente des CD103+CD11b+DC de la LP: elles n’agissent pas sur la prolifération ni la différenciation des lymphocytes T mais contrôlent spécifiquement l’effectif des lymphocytes intra-épithéliaux CD8+αβ. Ces découvertes reflètent l’importance de l’épithélium comme première ligne de défense contre les pathogènes. Elles soulèvent également de nouvelles questions concernant la régulation de la réponse immune dans l’épithélium et les interactions mutuelles entre la lumière intestinale, l’épithélium et le stroma des villosités.


  • Résumé

    Several routes for antigen capture have been described in the small intestine, mainly upon pathogenic infection: direct sampling by Dendritic Cells (DCs), sampling by macrophages that deliver antigens to DCs in the stroma, antigenic passage through goblet cells. Previous in vitro work in the lab showed that myosin IIA is essential to coordinate antigen uptake and processing with DC migration. The objective of my thesis was to combine several imaging methods including intravital microscopy, ex vivo confocal microscopy and immunofluorescence on gut tissue to flow cytometry in order to unravel the impact of myosin IIA on DC physiology in vivo. My work shows that CD103+CD11b+ DCs, which are unique to the gut, constantly patrol the epithelium of the small intestine at steady state: they are recruited from the lamina propria (LP) and penetrate into the epithelium by transmigrating through the basal membrane that separates these two compartments. DC transmigration requires myosin IIA in vivo. Remarkably, we found that DC transmigration into the epithelium occurs mainly in the upper parts of the small intestine, the duodenum and the jejunum, but is not observed in the ileum. DC transmigration does not require the gut microbiota but relies on retinal, a vitamin A metabolite of that they convert into its active form all-trans retinoic acid (AtRA). Strikingly, single cell RNA-seq showed that intra-epithelial CD103+CD11b+ DCs constitute a homogenous cell population with a distinct transcriptomic signature from their LP counterpart. They are enriched with RNA related to antigen presentation, autophagy and lysosome pathways. Our results further suggest that these cells have a different function from LP CD103+CD11b+ DCs, as they do not significantly impact proliferation or differentiation of T helper lymphocytes but control the CD8+αβ intraepithelial lymphocytes (IELs) pool. These findings highlight the importance of the epithelial tissue as a first line of defense against pathogens in the upper parts of the small intestine. They also raise new questions about the regulation of the immune response in the epithelium and the mutual influences between lumen, epithelium and intestinal lamina propria.

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