Regulation of the memory T cell development and islet beta-cell survival by DAPK-related apoptosis-inducing protein kinase 2 (Drak2)

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète. Drak2 is a member of the death-associated protein family, and is a serine threonine kinase. In Drak2 null mutant mice, T cells have no apparent defect in activation-induced apoptosis after stimulation with anti-CD3 and anti-CD28, but have a lowered threshold to stimulation, compared with wild type (WT) T cells. In our study, in situ hybridization analysis has revealed that Drak2 expression is ubiquitous at the mid-gestation stage in embryos, followed by more focal expression in various organs in the perinatal period and adulthood, notably in the thymus, spleen, lymph nodes, cerebellum, suprachiasmatic nuclei, pituitary, olfactory lobes, adrenal medulla, stomach, skin and testes. We generated Drak2 transgenic (Tg) mice using the human beta-actin promoter. These Tg mice showed normal T cell versus B cell and CD4 versus CD8 populations in the spleen, but their spleen weight cellularity was lower in comparison with wild type mice. After TCR activation, the proliferation response in Drak2 Tg T cells was normal, although their interleukin (IL)-2 and IL-4 but not interferon-r production was augmented. Activated Drak2 Tg T cells demonstrated significantly enhanced apoptosis in the presence of exogenous IL-2. At the molecular level, Drak2 Tg T cells manifested a lower increase of anti-apoptotic factors during activation; such a change probably rendered the cells vulnerable to subsequent IL-2 insults. The heightened apoptosis in Drak2 Tg T cells was associated with reduced numbers of T cells with the memory cell phenotype (CD62Llo) and repressed secondary T cell responses in delayed type hypersensitivity. These results demonstrate that Drak2expresses in the T cell compartment but is not T cell-specific; and it plays critical roles in T cell apoptosis and memory T cell development. Further, we investigated the role of Drak2 in beta-cell survival and diabetes. Drak2 mRNA and protein were rapidly induced in islet beta-cells after exogenous inflammatory cytokine or free fatty acid stimulation, which is present endogenously in either type 1 or type 2 diabetes. Drak2 upregulation was accompanied by increased beta-cell apoptosis. The beta-cells apoptosis caused by the said stimuli was inhibited by Drak2 knockdown using siRNA. Conversely, transgenic (Tg) Drak2 overexpression led to aggravated beta-cell apoptosis triggered by the stimuli. Drak2 overexpression in islets compromised the increase of anti-apoptotic factors, such as Bcl-2, Bcl-xL and Flip, upon the cytokine and free fatty acid stimulation. Further in vivo experiments demonstrated that Drak2 Tg mice were prone to type 1 diabetes in a multiple-low-dose streptozotocin-induced diabetes model, and they were also prone to type 2 diabetes in a diet-induced obesity model. Our data show that Drak2 is detrimental to beta-cell survival. We also investigated the signalling pathway of Drak2. We found that purified Drak2 could phosphorylate p70S6 kinase in an in vitro kinase assay. Drak2 overexpression in NIT-1 cells led to enhanced p70S6 kinase phosphorylation, while Drak2 knockdown in these cells reduced the phosphorylation. These mechanistic studies proved that p70S6 kinase was a bona fide Drak2 substrate in vitro and in vivo.This study has discovered the important functions of Drak2 in T cell homeostasis and diabetes. We proved that p70S6 kinase was a substrate of Drak2. Our findings have broadened our knowledge of Drak2 in the immune and endocrine system. Some of our findings, such as the roles of Drak2 in memory T cell development and beta cell survival could be explored for clinical application in the areas of transplantation and diabetes.

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