NK cells are innate lymphocytes that mediate protection against tumors and viral infections. Their effector fonctions are highly controlled by inhibitory and activating receptors. The phosphatase SH2 domain-containing tyrosine phosphatase 1 (Shp-1) has been shown to relay signais important for NK cell responsiveness downstream of inhibitory receptors. The closest homolog of Shp-1, called Shp-2, was proposed to exert a similar fonction in NI< cells as it could associate with inhibitory receptors. Nevertheless, its contribution to NK cell responsiveness has not been investigated in vivo. By generating a mouse model in which Shp-2 was selectively deleted in NK cells, we observed - surprisingly - that the effector fonctions of Shp-2-deficient NI< cells were not altered. In contrast, we found that Shp-2-deficient NK cells presented a compromised response to interleukin (LL)-15, an essential cytokine for NK cell development, survival, and activation. While knockout cells survived better in conditions of low doses of IL-15 due to increased expression of the anti-apoptotic protein Bcl-2, their maintenance and prolifération were strongly reduced at high doses of IL-15 due to impaired mammalian target of rapamycin (mTOR) and abrogated extracellular signal-regulated kinase (ERK) signalings. These results emphasize a crucial rôle of Shp-2 in the IL-15 signaling in order to enhance NK cell responses under inflammatory conditions.
In NK cells, in addition to mTOR and ERK, IL-15 engages the janus kinase (Jak)/signal transducers and activators of transcription 5 (STAT5) pathway. Interestingly, these three signaling cascades have been reported to control the expression of the proto-oncogene Myelocytomatosis (Myc) in différent cell types and IL-15 was shown to upregulate Myc levels in NK cells. Moreover, Myc has been associated to NK cell cancer progression, suggesting an important rôle for this transcription factor in these lymphocytes. Because its fonction is not characterized in NK cells, we generated mice with a conditional deletion of Myc in the NK cell lineage. Our data revealed that in the absence of Myc NK cells presented reduced prolifération and numbers, and this affected their anti-tumoral immunity. Mechanistically, we found that Myc protein levels were upregulated upon IL- 15 stimulation through engagement of mTOR and ERK signalings. Moreover, we showed that Myc controls a transcriptional program associated to protein translation within NK cells, and this might explain the ability of these cells to proliferate.
Altogether, this thesis work describes the essential rôle of Shp-2 and Myc in regulating NIC cell responses through IL-15 signaling. A better understanding of IL-15 signaling in NK cells and of their biology more broadly might help develop therapeutic stratégies for the treatment of immune diseases and cancer.
--
Les cellules NK sont des lymphocytes innés qui assurent une protection contre les tumeurs et les infections virales. Leurs fonctions effectrices sont hautement contrôlées par des récepteurs inhibiteurs et activateurs. La tyrosine phosphatase Shp-1 a été montré comme relayant des signaux importants pour la réactivité des cellules NI< en dessous des récepteurs inhibiteurs. L'homologue le plus proche de Shp-1, appelé Shp-2, a été proposé pour exercer une fonction similaire dans les cellules NK car il pouvait s'associer à des récepteurs inhibiteurs. Néanmoins, sa contribution à la réactivité des cellules NK n'a pas été étudiée in vivo. En générant un modèle de souris où Shp-2 a été sélectivement supprimée dans les cellules NK, nous avons observé - étonnamment - que les fonctions effectrices des cellules NK déficientes en Shp-2 n'étaient pas altérées. En revanche, nous avons constaté que ces cellules présentaient une réponse compromise à l'interleukine (IL)-15, une cytokine essentielle au développement, à la survie et l'activation des cellules NK. Alors que les cellules knockout survivaient mieux dans des conditions de faibles doses d'IL-15 à cause d'une expression augmentée de la protéine Bcl-2, leur maintien et leur prolifération étaient fortement réduits à des doses élevées d'IL-15, en raison de l'altération des protéines mTOR et ERK. Ces résultats soulignent le rôle crucial de Shp-2 dans la signalisation de l'IL-15 afin d'augmenter les réponses des cellules NK en conditions inflammatoires.
Dans les cellules NK, en plus de mTOR et ERK, l'IL-15 engage aussi la voie Jak/STAT5. Ces trois cascades de signalisation ont été montré comme contrôlant l'expression du proto-oncogène Myc dans différents types cellulaires et l'IL-15 a été révélé comme augmentant les niveaux de Myc dans les cellules NK. De plus, Myc a été associé à des cancers impliquant les cellules NK, ce qui suggère un rôle important pour ce proto-oncogène dans ces lymphocytes. Puisque sa fonction n'est pas caractérisée dans les cellules NK, nous avons généré des souris avec une délétion conditionnelle de Myc dans ces lymphocytes. Nos données ont révélé qu'en l'absence de Myc, les cellules NK présentaient une prolifération et des nombres réduits, ce qui a affecté leur immunité anti-tumorale. D'un point de vue mécanique, nous avons trouvé que les niveaux protéiques de Myc étaient augmentés par l'IL-15 grâce à l'engagement des voies mTOR et ERK. Enfin nous avons montré que Myc contrôle un programme transcriptionnel associé à la traduction protéique au sein des cellules NK, et ceci pourrait expliquer la capacité de ces cellules à proliférer.
Dans l'ensemble, ce travail de thèse décrit le rôle essentiel de Shp-2 et Myc dans la régulation des réponses des cellules NK par la signalisation IL-15. Une meilleure compréhension de la voie de l'IL-15 et plus largement de la biologie des cellules NK aiderait à développer des stratégies thérapeutiques pour le traitement des maladies immunitaires et du cancer.