Role of CD31 in neutrophil recruitment and activation during the acute phase of inflammation

par Francesco Andreata

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé. Immunologie

Sous la direction de Giuseppina Caligiuri.

Soutenue le 21-09-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de recherche vasculaire translationnelle (Paris) (laboratoire) et de Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019) (établissement de préparation) .

  • Titre traduit

    Rôle du CD31 dans le recrutement et l’activation des neutrophiles pendant la phase aiguë de l’inflammation


  • Résumé

    Les neutrophiles jouent un rôle central dans la première ligne de défense mise en place contre les agents pathogènes. L’une de leur fonction essentielle est caractérisée par la capacité à rejoindre rapidement la circulation sanguine et de migrer vers les sites inflammatoires, où ils seront activés et exerceront des fonctions effectrices extrêmement puissantes. Ces processus doivent être finement contrôlés afin de moduler leur effet dévastateur dans l'organisme. L'hypothèse de travail de ce travail de thèse est que le CD31, un corécepteur ITIM (Immunoreceptor Tyrosine-based Inhibitory Motif), exprimé de manière constitutive à la surface des neutrophiles, joue un rôle essentiel dans la régulation du recrutement et l'activation des neutrophiles au sein des sites inflammatoires. Nous avons pu mettre en évidence que le CD31 membranaire était clivé lors de l’activation neutrophilaire, et pouvait perdre une grande partie de son domaine extracellulaire, tout en conservant sa portion membranaire. Afin d’étudier le rôle du gain de fonction du CD31 neutrophilaire, nous avons utilisé un peptide synthétique homotypique ayant la capacité de se lier spécifiquement au domaine persistant du CD31 clivé, et permettant le maintien de sa fonction moléculaire. Parallèlement, des souris invalidées pour CD31 ont été utilisées dans divers modèles expérimentaux d'inflammation aiguë afin d’étudier le rôle de sa suppression. Dans leur ensemble, nos données suggèrent que le CD31 joue un rôle complexe et important dans la régulation du recrutement des neutrophiles au sein des sites d'inflammation aiguë. Nous avons pu montrer que des lymphocytes isolés à partir de souris invalidées pour CD31 adhèrent plus fortement aux cellules endothéliales activées, bien que leur progression hors du vaisseau est retardée. A l’inverse, l’ajout du peptide agoniste CD31 diminue leur adhérence, tout en favorisant leur détachement. La littérature rapporte que des neutrophiles isolés à partir de souris déficientes en CD31 sont incapables de migrer hors des vaisseaux, ce qui suggère un rôle important du CD31 dans les processus de transmigration. Cependant, les mécanismes sous-jacents restent inconnus. Nous avons pu montrer qu’au sein du front de migration neutrophilaire, le CD31 empêche l’ouverture des intégrines associées en clusters, par le biais du recrutement de phosphatase. Ce processus abouti à un diminution de l’adhérence neutrophilaires à l'endothélium. A l’inverse, la polarisation du CD31 à l'uropode semble être nécessaire à leur détachement. Cette dernière étape implique la fermeture des intégrines et semble être favorisée par la signalisation CD31. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, nos résultats suggèrent que le CD31 régule également l'activation des neutrophiles au sein des sites inflammatoires. Nous avons tenté de comprendre le rôle du CD31 dans le burst oxydatif et la dégranulation des neutrophiles. SHIP1, une phosphatase impliquée dans la signalisation de CD31, découple l'activation neutrophilaire induite par le récepteur Fc. En utilisant le modèle auto-immun de glomérulonéphrite, nous avons pu montrer que la signalisation du CD31 module les effets délétères causés par les protéases neutrophilaires. Dans ce modèle l’ajout du peptide agoniste CD31 prévient les lésions induites, alors que les souris déficientes en CD31 possèdent des neutrophiles plus activés et des lésions glomérulaires plus importantes. En conclusion, les résultats des expériences effectuées lors de ce travail de thèse suggèrent (1) que CD31 peut moduler le trafic neutrophilaire en contrôlant les intégrines et (2) que CD31 établit un seuil immunologique impliqué dans l'activation des neutrophiles, limitant leur activation excessive pendant la phase aiguë de l'inflammation


  • Résumé

    Neutrophils play a crucial role in the first line of defense against noxious agents. Central to their function, is their ability to rapidly exit the circulation and migrate to the site of inflammation where they get activated and exert extremely efficient effector functions. A tight regulation of these processes is mandatory to restrict their devastating effects in the organism. The working hypothesis of my thesis was that CD31, an ITIM (Immunoreceptor Tyrosine-based Inhibitory Motif) co-receptor constitutively expressed at the surface of neutrophils, plays a critical role in the regulation of the recruitment and activation of neutrophils at sites of inflammation. We found that, upon cell activation, the surface CD31 molecules underwent a cleavage and shedding of a large part of the extracellular portion, but leaving a portion that lingers at the cellular surface. A synthetic homotypic peptide that has the ability to specifically bind and maintain functional molecular clusters of CD31 was used to study the role of CD31 in neutrophils biology, by “gain-of-function” approach, whereas CD31 genetically invalidated mice were used as a “loss-of-function” approach both in vitro and in vivo, in experimental mouse models of acute inflammation. Altogether our data unveil a complex and important role for CD31 in the regulation of the recruitment of the neutrophils at the site of acute inflammation. We show that CD31-/- neutrophils established stronger adhesion on activated endothelial cells but their progression out of the vessel was delayed. At the opposite, the use of the CD31 agonist peptide prevented the attachment while it favored the detachment of the migrating neutrophils. It was previously observed that CD31-/- neutrophils are unable to migrate out of the vessels and it had been proposed that CD31 is necessary for the transmigration but the underlying mechanism had remained unknown. We show that, by co-clustering with the integrins at the migration front, the phosphatases recruited and activated by CD31 prevented their opening and hence inhibited the adhesion of neutrophils on the endothelium. At the opposite, CD31 polarization at the uropod appeared to be crucial for the detachment of the neutrophils. We found that this step, that relies upon the closure of the integrins, was favored by the CD31 signaling. Furthermore, our findings showed that CD31 not only regulates the recruitment but also the activation of neutrophils at sites of inflammation. Indeed, in the second part of my thesis, I extensively studied how the engagement of CD31 also regulates the oxidative burst and the degranulation of neutrophils. The phosphatase involved in the function of CD31 is reported to be the SHIP1 inositol phosphatase which uncouples the Fc-receptor dependent neutrophil activation. By using the autoimmune glomerulonephritis model that develops antibody-dependent acute inflammation, we showed that CD31 signaling is crucial for limiting the collateral damage caused by neutrophil-derived proteases: the CD31 agonist peptide prevented the damage whereas the induction of the disease in mice invalidated for the CD31 resulted in greater neutrophil activation and glomerular damage. In conclusion, the results of the experiments performed during my thesis work suggest that CD31 is an integrin regulator that controls neutrophil trafficking. In addition, CD31 sets an immunologic threshold for neutrophil activation that limits their excessive activation during the acute phase of inflammation

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