Understanding MAIT cell interactions with the microbiota in vivo
Comprendre les interactions des cellules MAIT avec le microbiote in vivo
Résumé
Mucosal Associated Invariant T (MAIT) cells are innate-like T cells recognizing microbiota-derived metabolites presented by MR1. Both MR1 and the TCR' chain of MAIT cells are conserved in evolution, indicating a non-redundant function linked to antigen recognition. MAIT ligands produced by the microbiota control MAIT cell development. Upon thymic egress, MAIT cells migrate to mucosal and liver tissues where they accumulate and reach high frequencies in humans (1-10% of T cells in the intestine, 20-45% in liver). Whether MAIT cell accumulation and function in intestinal tissues rely on the recognition of microbial products and/or microbiota-derived antigens is unknown. MAIT cells become activated in patients with colorectal cancer, but their role (beneficial or deleterious) in this disease remains unclear. Whether MAIT cells modulate the composition of the microbiota is also debated. The goal of this thesis was to decipher the bi-directional interplay between the gut microbiota and MAIT cells at steady-state and upon inflammation of the colon. To study MAIT cell interactions with the microbiota, we generated germ-free (GF) B6-MAITCast mice, which present more frequent rearrangement of the MAIT TCR' chain leading to higher MAIT cell frequencies in the thymus. Thymic development of MAIT cells, in particular the MAIT17 subset, was severely impaired in the absence of bacteria. To study MAIT cell biology in the absence of bacteria, we set up a reversible colonization system in which GF mice were mono-colonized with E. coli prior to birth to allow MAIT cell development. Bacteria and MAIT ligands were then eliminated by antibiotic treatment. Thymic MAIT17 cell numbers dropped within weeks of re-axenisation, indicating that bacteria are required to sustain MAIT17 cell development. By contrast, MAIT cells were maintained in peripheral tissues such as liver and colon up to 8 weeks after re-axenisation, suggesting long-lived tissue residency independent of bacterial colonization. Depletion of Mr1 using a Mr1 floxed mouse crossed to a Rosa26-CreER strain reduced MAIT thymic development but also led to lower MAIT cell numbers in liver and colon, suggesting a role for MR1 in the maintenance in those tissues. Adoptive transfer experiments established that although MAIT cells were able to colonize liver and colon in the absence of MR1, long-term maintenance (over 14 weeks) required Mr1 expression in recipients. We then explored MAIT cell functions during colitis. Single cell RNAseq analysis of colonic MAIT cells revealed a new subset upon chronic DSS colitis characterized by the upregulation of barrier-promoting genes such as Il17a, Il22 or Areg. Mr1-/- mice lost more weight than their co-housed Mr1+ counterparts during colitis, in agreement with a protective role of MAIT cells. The lack of Mr1 had no impact on gut microbiota composition at steady-state, but favoured the emergence of colitis-associated bacterial families such as Enterobacteriaceae during colitis, consistent with increased pathology in these mice. Chronic intestinal inflammation increases the likelihood of developing colorectal cancer (CRC) suggesting that MAIT cells may also reduce colitis-associated CRC. In the AOM/DSS model of CRC, Mr1-/- mice developed more rectal tumours than Mr1+ mice, indicating that MAIT cells alleviate inflammation-driven CRC. Altogether, commensal bacteria control thymic development of MAIT cells, but appear dispensable for MAIT cell retention in peripheral tissues, which may be controlled by self-ligands. Upon thymic egress, MAIT cells migrate to mucosal tissues such as the colon where they promote the intestinal barrier integrity, leading to reduced dysbiosis and reduced colorectal tumour development upon chronic inflammation. Future studies will evaluate the role of bacteria and MR1 on this protective function of MAIT cells.
Les cellules T invariantes associées aux muqueuses (MAIT) sont des cellules T innées spécifiques de métabolites microbiens présentés par MR1. MR1 et la chaîne alpha du TCR des MAIT sont conservés au cours de l'évolution, indiquant une fonction non redondante liée à la reconnaissance de l'antigène. Les ligands produits par le microbiote contrôlent le développement des MAIT dans le thymus. En périphérie, les MAIT migrent vers les muqueuses et le foie où elles atteignent des fréquences élevées chez l'homme (1-10% des cellules T de l'intestin, 20-45% du foie). Le rôle du microbiote et des ligands microbiens dans l'accumulation et la fonction des MAIT dans l'intestin est inconnu. Les MAIT sont activées chez les patients atteints de cancer colorectal, mais leur fonction (bénéfique ou délétère) dans cette pathologie reste également inconnu. L'objectif de cette thèse était de déchiffrer l'interaction bidirectionnelle entre le microbiote intestinal et les MAIT à l'état basal et en cas d'inflammation du côlon. Pour étudier les interactions des MAIT avec le microbiote, la souris B6-MAITCast, qui produit plus de MAIT dans le thymus, a été axénisée. Nos données montrent un développement thymique des MAIT, en particulier des MAIT17, sévèrement réduit en l'absence de bactéries. Pour étudier la biologie des MAIT en l'absence de bactéries, un système de colonisation réversible a été développé dans lequel les souris axéniques sont mono-colonisées par E. coli avant la naissance pour permettre le développement des MAIT. Les bactéries sont ensuite éliminés par traitement antibiotique. Le nombre de MAIT17 thymiques chute dans les semaines suivant la réaxénisation, indiquant que les bactéries sont nécessaires pour soutenir leur développement. En revanche, les MAIT se maintiennent dans les tissus périphériques tels que le foie et le côlon jusqu'à 8 semaines après réaxénisation, suggérant une résidence de longue durée indépendente des bactéries commensales. La déplétion de Mr1 à l'aide d'une souris Mr1 floxée en fond Rosa26-CreER réduit le développement thymique des MAIT, mais conduit aussi à une dépletion des MAIT du foie et du côlon, suggérant un rôle de MR1 dans le maintien des MAIT dans ces tissus. Des expériences de transferts adoptifs confirment que les MAIT peuvent coloniser le foie et le colon en l'absence de MR1, mais que leur maintenance sur le long terme requiert MR1. Nous avons ensuite exploré le rôle des MAIT dans la colite. L'analyse des MAIT par séquençage des cellules uniques a révélé une nouvelle population dans le colon au cours de la colite chronique, caractérisée par la surexpression de gènes favorisant l'intégrité de la barrière tels que Il17a, Il22 ou Areg. Les souris Mr1-/- perdent plus de poids que leurs homologues Mr1+ au cours de la colite induite par le DSS, en accord avec un rôle protecteur des MAIT. L'absence de Mr1 n'a pas d'effet sur la composition du microbiote intestinal à l'état basal, mais favorise l'émergence de familles bactériennes associées à l'inflammation (telles que les Enterobactéries) au cours de la colite, probablement reflétant une pathologie exacerbée. L'inflammation intestinale chronique augmente la probabilité de développer un cancer colorectal (CCR), suggérant que les MAIT pourraient aussi réduire la sévérité du CCR. Dans le modèle de CCR induit par AOM/DSS, les souris Mr1-/- développent plus de tumeurs rectales que les souris Mr1+, indiquant que les MAIT atténuent le CCR causé par l'inflammation. Dans l'ensemble, les bactéries commensales contrôlent le développement thymique des MAIT, mais semblent superflues pour leur rétention dans les tissus périphériques, qui pourrait être contrôlée par des ligands endogènes. Dans le colon, les MAIT promeuvent l'intégrité de la barrière intestinale, conduisant à une réduction de la dysbiose et du développement des tumeurs induites par l'inflammation intestinale.[...]
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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