S. Valitutti

  Dynamique moléculaire des interactions lymphocytaires

 

 

 

Résumé des travaux de recherche

Les réponses immunitaires sont basées sur des interactions multiples et dynamiques entre les cellules du système immunitaire conduisant à la formation de zones de signalisation spécialisées, les synapses immunologiques. Notre équipe applique une combinaison d’approches de pointe, incluant l’imagerie des cellules vivantes rapide et la microscopie de super-résolution (sur des cellules isolées et des tranches de tissus humains) mais également la modélisation mathématique, de manière à visualiser et interpréter les dynamiques moléculaires se produisant au niveau des synapses immunologiques. Décrypter la communication intercellulaire au niveau des synapses immunologiques peut contribuer à concevoir des stratégies thérapeutiques innovantes visant à moduler les réponses immunitaires dans différents contextes pathologiques.

Nos deux grands axes de recherche :

Axe de recherche 1 : Sur la lutte entre les lymphocytes T cytotoxiques et les cellules cancéreuses au niveau de la synapse immunologique

Nous analysons l’architecture et la dynamique des synapses lytiques formées au site de contact entre les lymphocytes T cytotoxiques (CTL) et les cellules cibles tumorales.

Nous avons récemment montré que la cytotoxicité médiée par les CTL est composée de deux phases:

  1. une phase de mise à mort très rapide qui se produit en quelques secondes après le contact de la cellule cible et la formation de la synapse immunologique (Fig. 1),

    Figure 1. Réorganisation des microtubules à l’échelle de la milliseconde à la synapse lytique entre CTL et cellule cible.
    Un CTL chargé avec du Tubulin Tracker Green (pour visualiser les microtubules) est filmé lors de son interaction avec une cellule cible qu’il a reconnue ; cette cellule cible a été préalablement chargée avec une sonde calcique Fluo-4AM (pour détecter l’augmentation du [Ca2+]I qui a lieu lorsque la perforine crée des pores). Les Panels montrent la réorganisation rapide du cytosquelette de tubuline lors du contact CTL/cellule cible qui est accompagnée par l’entrée rapide du calcium dans de cytosol de la cellule cible. Les images ont été recueillies à l’aide d’un microscope confocal avec technologie à disque rotatif. L’intensité de fluorescence est représentée suivant une échelle en fausses couleurs.

  2. une phase de mise à mort tardive et soutenue permettant à quelques CTL d’émerger comme des super-tueurs capables d’anéantir de multiples cellules cibles.

Nous avons également montré que des cancers cliniquement agressifs tels que les mélanomes « répondent » aux CTL à la synapse lytique par le déploiement de mécanismes de défense qui neutralisent l’attaque lytique des CTL (Fig. 2).

Figure 2. Les vésicules du compatiment des endosomes tardifs/lysosomes (LLE) des cellules de mélanomes sont enrichies au niveau de la synapse lytique.
Des cellules de mélanome exprimant CD107a-GFP ont été filmées lors de leur interaction avec deux CTL spécifiques à l’aide d’un microscope confocal avec technologie à disque rotatif. Les prises de vue montrent la localisation du compartiment LLE CD107a-GFP+ avant et après conjugaison avec deux cellules CTL. L’intensité de fluorescence est représentée suivant une échelle en fausses couleurs. (d’après R. Khazen et al, Nat Com 2016)

Nous avons mis en place une analyse phénotypique multidimensionnelle « CTL-centered » chez les patients cancéreux, basée sur la cytométrie de flux multicolore, associée à l’analyse mathématique de données complexes (collaboration avec S. Gadat et M. Costa de l’Institut de Mathématiques de Toulouse). Notre objectif est d’établir des « empreintes fonctionnelles des CTL » pour chaque patient, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles approches pour stratifier les patients et guider l’immunothérapie.

En collaboration avec S. Cussat-Blanc de l’Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (IRIT) nous avons généré un modèle “agent-based” décrivant l’issue à long terme de la confrontation nodule tumorale/CTL (Fig. 3).

Figure 3. L’ingénierie inverse permet de reproduire de façon réaliste les essais de cytotoxicité et de prédire l’issue à long terme des interactions cellulaires.

Axe de recherche 2: Dialogue et coopération fonctionnelle entre les mastocytes et les lymphocytes T humains

Notre principal objectif est d’étudier l’interaction fonctionnelle des mastocytes avec d’autres cellules du système immunitaire par l’intermédiaire de la formation de synapses immunologiques ou via l’échange de facteurs solubles. Nous avons montré que les mastocytes peuvent servir de cellules présentatrices d’antigènes non conventionnelles pour les lymphocytes T CD4 en formant des synapses immunologiques au niveau desquelles une coopération bidirectionnelle se produit. De plus, nous avons démontré que les mastocytes forment un domaine spécialisé de libération polarisée des granules lors de l’interaction avec des cellules recouvertes d’anticorps. Nous avons appelé ce phénomène ADDS (synapse dégranulatoire dépendante des anticorps). Plus récemment, nous avons montré que différents stimuli  engageant soit les récepteurs aux anticorps (RFc), soit des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) induisent des modalités de dégranulation différentes (Fig. 4).

Figure 4. Les stratégies de dégranulation des mastocytes et leur contrôle.
(1) Les RCPG déclenchent la dégranulation de granules unitaires accompagnées d’effets à courte durée in vivo alors que les RFc induisent la dégranulation de gros granules ayant des effets prolongés in vivo. (2) L’engagement local des RFc par des antigènes cellulaires induit la formation d’une synapse dégranulatoire assurant la sécrétion précise vers la cible reconnue par les anticorps. (3) L’IL-33 augmente l’intensité de la dégranulation et assure l’émergence de mastocytes hyper répondeurs. (d’après E. Espinosa and S. Valitutti, Curr Opin Immunol 2018).

Objectifs

Le but de notre travail est d’utiliser des outils expérimentaux et informatiques pour déchiffrer la communication intercellulaire au niveau de la synapse immunologique entre les cellules du système immunitaire humain. Notre objectif final est de mieux comprendre les réponses immunitaires chez les patients atteints de cancer et, en perspective, de contribuer à l’amélioration des stratégies immunothérapeutiques contre le cancer.

Axe de recherche 1 : Sur la lutte entre les lymphocytes T cytotoxiques et les cellules cancéreuses au niveau de la synapse immunologique

Notre objectif majeur pour les années à venir est d’aller plus loin dans la dissection des événements moléculaires clés ayant lieu à la synapse lytique pour éclairer d’une lumière nouvelle les aspects fondamentaux de l’efficacité des CTL lorsqu’ils font face aux cellules tumorales et les mécanismes moléculaires utilisés par ces dernières pour contrer leur action à la synapse lytique. Nous développons notamment une méthode ultrarapide pour l’analyse 4D (3D + temps) de l’interaction CTL/cellule cible afin de définir avec une très haute résolution spatiotemporelle, les « coups portés » lors de la lutte CTL/cellule tumorale à la synapse lytique. Nous employons aussi des méthodes basées sur la cytométrie en flux couplée à l’imagerie pour disséquer au sein d’une population polyclonale ou monoclonale de CTL, les mécanismes moléculaires permettant l’émergence de CTL super-tueurs.

En outre, nous mettrons à profit notre expertise dans le suivi de la confrontation CTL/cellule cible  et les collaborations établies avec plusieurs membres de la communauté médicale de l’IUCT pour développer des méthodes de mesure innovatrices de la fonction effectrice des CTL et /ou  de leurs échecs à éliminer les tumeurs. Plus particulièrement nous étendrons nos recherches « d’empreintes fonctionnelles des CTL » pour chaque patient au sein même de leur microenvironnement tumoral à l’aide de techniques d’immunofluorescence multiplexées adaptées.

Axe de recherche 2: Dialogue et coopération fonctionnelle entre les mastocytes et les lymphocytes T humains

L’objectif actuel est d’élucider le réseau complexe de signaux solubles et de surface échangés entre les mastocytes et les lymphocytes T au cours de la présentation des antigènes et de définir son impact sur la plasticité à la fois des mastocytes et des lymphocytes T. Nous visons également à définir comment les signaux émanant du microenvironnement pourraient façonner la fonction des mastocytes et, à leur tour, les réponses des lymphocytes T. Nous rechercherons aussi le rôle joué par les mastocytes dans le microenvironnement tumoral et notamment la manière dont ces cellules influencent les réponses antitumorales des LT CD4 et des CTL.

Mots-clés
  • Lymphocytes T cytotoxiques
  • Synapse immunologique
  • Immunologie tumorale
  • Techniques d’imagerie
  • Tumor immunology
  • Imaging techniques
  • Mastocytes
  • Coloration de tissus multiplexes
  • Analyse multidimensionnelle
  • Modélisation mathématique
Membres de l'équipe

Publications choisies


2017

Joulia, R; L'Faqihi, F E; Valitutti, S; Espinosa, E

IL-33 fine tunes mast cell degranulation and chemokine production at the single-cell level Article de journal

J Allergy Clin Immunol, 140 (2), p. 497-509 e10, 2017, ISSN: 1097-6825 (Electronic) 0091-6749 (Linking).

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2016

Khazen, R; Muller, S; Gaudenzio, N; Espinosa, E; Puissegur, M P; Valitutti, S

Melanoma cell lysosome secretory burst neutralizes the CTL-mediated cytotoxicity at the lytic synapse Article de journal

Nat Commun, 7 , p. 10823, 2016, ISSN: 2041-1723 (Electronic) 2041-1723 (Linking).

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2015

Joulia, R; Gaudenzio, N; Rodrigues, M; Lopez, J; Blanchard, N; Valitutti, S; Espinosa, E

Mast cells form antibody-dependent degranulatory synapse for dedicated secretion and defence Article de journal

Nat Commun, 6 , p. 6174, 2015, ISSN: 2041-1723 (Electronic) 2041-1723 (Linking).

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Vasconcelos, Z; Muller, S; Guipouy, D; Yu, W; Christophe, C; Gadat, S; Valitutti, S; Dupre, L

Individual Human Cytotoxic T Lymphocytes Exhibit Intraclonal Heterogeneity during Sustained Killing Article de journal

Cell Rep, 11 (9), p. 1474-85, 2015, ISSN: 2211-1247 (Electronic).

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2013

Bertrand, F; Muller, S; Roh, K H; Laurent, C; Dupre, L; Valitutti, S

An initial and rapid step of lytic granule secretion precedes microtubule organizing center polarization at the cytotoxic T lymphocyte/target cell synapse Article de journal

Proc Natl Acad Sci U S A, 110 (15), p. 6073-8, 2013, ISSN: 1091-6490 (Electronic) 0027-8424 (Linking).

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2011

Laurent, C; Muller, S; Do, C; Al-Saati, T; Allart, S; Larocca, L M; Hohaus, S; Duchez, S; Quillet-Mary, A; Laurent, G; Brousset, P; Valitutti, S

Distribution, function, and prognostic value of cytotoxic T lymphocytes in follicular lymphoma: a 3-D tissue-imaging study Article de journal

Blood, 118 (20), p. 5371-9, 2011, ISSN: 1528-0020 (Electronic) 0006-4971 (Linking).

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2006

Wiedemann, A; Depoil, D; Faroudi, M; Valitutti, S

Cytotoxic T lymphocytes kill multiple targets simultaneously via spatiotemporal uncoupling of lytic and stimulatory synapses Article de journal

Proc Natl Acad Sci U S A, 103 (29), p. 10985-90, 2006, ISSN: 0027-8424 (Print) 0027-8424 (Linking).

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2005

Depoil, D; Zaru, R; Guiraud, M; Chauveau, A; Harriague, J; Bismuth, G; Utzny, C; Muller, S; Valitutti, S

Immunological synapses are versatile structures enabling selective T cell polarization Article de journal

Immunity, 22 (2), p. 185-94, 2005, ISSN: 1074-7613 (Print) 1074-7613 (Linking).

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2003

Faroudi, M; Utzny, C; Salio, M; Cerundolo, V; Guiraud, M; Muller, S; Valitutti, S

Lytic versus stimulatory synapse in cytotoxic T lymphocyte/target cell interaction: manifestation of a dual activation threshold Article de journal

Proc Natl Acad Sci U S A, 100 (24), p. 14145-50, 2003, ISSN: 0027-8424 (Print) 0027-8424 (Linking).

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2000

Leupin, O; Zaru, R; Laroche, T; Muller, S; Valitutti, S

Exclusion of CD45 from the T-cell receptor signaling area in antigen-stimulated T lymphocytes Article de journal

Curr Biol, 10 (5), p. 277-80, 2000, ISSN: 0960-9822 (Print) 0960-9822 (Linking).

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