Étude du rôle de la MAP Kinase non-conventionnelle ERK3 dans le développement thymique et l'activation des lymphocytes T

Les voies de signalisation des MAP kinases (MAPK) conventionnelles jouent des rôles essentiels pendant le développement des lymphocytes T (LT) ainsi que lors de leur activation suite à la reconnaissance antigénique. En raison de ses différences structurelles ainsi que de son mode de régulation, ERK3 fait partie des MAPK dites non-conventionnelles. Encore aujourd’hui, les événements menant à l’activation de ERK3, ses substrats ou partenaires ainsi que sa fonction physiologique demeurent peu caractérisés. Nous avons entrepris dans cette thèse d’étudier le rôle de ERK3 lors du développement et de l’activation des LT en utilisant un modèle de souris déficient pour l’expression de ERK3. Nous avons premièrement établi que ERK3 est exprimée chez les thymocytes. Ensuite, nous avons évalué le développement thymique chez la souris ERK3-déficiente et nous avons observé une diminution significative de la cellularité aux étapes DN1, DP et SP CD4+ du développement des LT. La création de chimères hématopoïétiques ERK3-déficientes nous a permis de démontrer que la diminution du nombre de cellules observée aux étapes DN1 et DP est autonome aux thymocytes alors que le phénotype observé à l’étape SP CD4+ est dépendant de l’abolition simultanée de ERK3 dans l’épithélium thymique et dans les thymocytes. Une étude plus approfondie de l’étape DP nous a permis de démontrer qu’en absence de ERK3, les cellules DP meurent plus abondamment et accumulent des cassures doubles brins (DSB) dans leur ADN. De plus, nous avons démontré que ces cassures dans l’ADN sont réalisées par les enzymes RAG et qu’en absence de ces dernières, la cellularité thymique est presque rétablie chez la souris ERK3-déficiente. Ces résultats suggèrent que ERK3 est impliquée dans un mécanisme essentiel à la régulation des DSB pendant le réarrangement V(D)J de la chaîne  du récepteur des cellules T (RCT). Dans le deuxième article présenté dans cette thèse, nous avons montré que ERK3 est exprimé chez les LT périphériques, mais seulement suite à leur activation via le RCT. Une fois activés in vitro les LT ERK3-déficients présentent une diminution marquée de leur prolifération et dans la production de cytokines. De plus, les LT ERK3-déficients survivent de façon équivalente aux LT normaux, mais étonnamment, ils expriment des niveaux plus faibles de la molécule anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats suggèrent que la prolifération réduite des LT ERK3-déficients est la conséquence d’une altération majeure de leur activation.        Ainsi, nos résultats établissent que ERK3 est une MAPK qui joue des rôles essentiels et uniques dans le développement thymique et dans l’activation des lymphocytes T périphériques. Grâce à ces travaux, nous attribuons pour la toute première fois une fonction in vivo pour ERK3 au cours de deux différentes étapes de la vie d’un LT. Classical MAP kinases (MAPK) play essential roles during T cell development and activation. ERK3 is a member of the MAPK family for which no physiological function has been described yet. Also, ERK3 is an atypical MAPK since its structure and mode of regulation are different from the conventional MAPK. Even today, the events leading to ERK3 activation and its substrates or partners are still largely unknown. We have studied in this thesis the role of ERK3 during T cell development and activation by using a mouse model in which ERK3 is not expressed. First, we have established that ERK3 is expressed in thymocytes. Next, we have evaluated thymic development in ERK3-deficient mice and we have observed a significant decrease in cell number at DN1, DP and CD4SP stages of T cell development. ERK3-deficient hematopoietic chimeras revealed that the DN1 and DP phenotype are T-cell autonomous, while abrogation of CD4SP development requires ERK3-deficiency in both thymocytes and thymic epithelium. By investigating further the DP stage, we have shown that ERK3-deficient DP thymocytes are more prone to apoptosis and also accumulate DNA double-strand breaks (DSBs). Moreover, we have shown that the increase DSBs are the direct consequence of RAG activity and that abolition of RAG almost restored thymic cellularity in ERK3-deficient mice. These results suggest that ERK3 is involved in an essential mechanism of DBSs regulation during TCR recombination. In the second article presented in this thesis, we have shown that ERK3 is expressed in peripheral T cell, but only when their TCR is activated. Also, ERK3-deficient T cells presented a strong reduction in proliferation and cytokine secretion following in vitro stimulation. Moreover, activated T cells lacking ERK3 are not more prone to death and surprisingly, they are unable to up-regulate the expression of the anti-apoptotic molecule Bcl-2 following TCR stimulation. These results suggest that the reduced proliferation of ERK3-deficient T cells is a consequence of their defective activation.  Collectively, our results unveil essential and unsuspected roles for ERK3 in T cell development and activation. With this study, we establish for the first time an in vivo function for the atypical MAPK ERK3 in two different stages during T cell life.

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