Desde el timo a la periferia: explorando el origen y rol de células T CD8+ de memoria virtual en modelos murinos y en humanos

Abstract

El timo es un órgano linfático primario (OLP) de gran importancia para el sistema inmune, donde ocurre el desarrollo y la diferenciación de los timocitos que van a constituir distintos linajes de células T, algunas de ellas formarán una de las poblaciones principales de la inmunidad adaptativa. El estudio del sistema inmune es muy complejo y continuamente existen reporten de nuevas poblaciones celulares que participan y orquestan la respuesta inmune. Hace algunos años se describió que, en órganos linfáticos secundarios (OLS) de animales WT no expuestos a antígenos, existe entre un 10-15% de células T CD8+ que presentaban un fenotipo similar al de memoria (CD44hiCD122+) con capacidad de producir interferón gamma (IFN) de manera rápida frente a estímulos innatos, independientemente de la señalización del TCR. En base a estas características y a su similitud con células de memoria convencional dependientes de antígeno (TMEM), estas células de “memoria-like” fueron designadas originalmente como: “células T CD8+ innatas”, “células con fenotipo de memoria”, “células de memoria innata” (TIM, por Innate memory cells) a las presentes en timo o “células de memoria virtual” (TVM, por virtual memory cells) a las presentes en periferia. Inicialmente, las células T CD8+ innatas fueron identificadas en timo de animales transgénicos que carecían de la expresión de distintas moléculas involucradas en la señalización a través del TCR. Desde entonces, distintos laboratorios se han abocado a su estudio y a determinar diversas señales que pudieran ser importantes en la inducción de esta población, principalmente en timo (TIM). Hoy se sabe que estas células también pueden originarse en OLS, sin embargo, su origen y desarrollo en periferia (células TVM) aún es controversial. A partir del año 2015, ha sido descripta en sangre periférica de dadores sanos, una población de células T CD8+ que comparte todas las características de las células TVM murinas. A partir de este momento, el interés en estas células incrementó de manera sustancial. Publicaciones recientes aportan nuevos datos sobre distintas facetas de las células TVM como: su origen, capacidad funcional, formas de discriminarlas con las células TMEM y su rol en distintas patologías. Actualmente, se describen dos poblaciones de células TIM/TVM en humanos: TIM/TVM KIR+ y TIM/TVM NKG2A+, aunque su fenotipo y funcionalidad es aún motivo de investigaciones recientes. En este trabajo de tesis demostramos que tanto las células TIM como las TVM o sus precursores pueden originarse en el timo, ya sea en condiciones homeostáticas como en la etapa aguda de la infección con Trypanosoma cruzi (T. cruzi). Además, determinamos que estas células pueden ser exportadas a OLS, donde ejercen sus mecanismos citotóxicos en el curso de la infección por T. cruzi. Esta capacidad citotóxica no estaría mediada por la interacción entre el receptor NKG2D y su ligando RAE-1. Por el contrario, nuestros datos ex vivo e in vitro sugieren que en días tempranos post- infección con el parásito, la producción de las citoquinas inflamatorias IL-12 e IL-18 actuarían a nivel de sus receptores expresados en forma constitutiva en células TVM, induciendo la producción de grandes cantidades de IFN que a su vez, podría gatillar los mecanismos citotóxicos de células infectadas como los macrófagos, potenciando su actividad microbicida. En nuestros resultados obtenidos en humanos proponemos a IL-4 e IL-15 como citoquinas involucradas en el origen tímico de las células TIM/TVM humanas, y posterior diferenciación una vez en periferia. Además, hemos logrado caracterizar con mayor profundidad las poblaciones de células TIM/TVM KIR+ y TIM/TVM NKG2A+, confirmando que tienen fenotipo y funciones diversas.

The thymus is a primary lymphatic organ (PLO) of great importance for the immune system, where the development and differentiation of thymocytes that will constitute T cells, one of the main populations of adaptive immunity, takes place. The study of the immune system is very complex and there are continuous reports of new cell populations that participate and orchestrate the immune response. Some years ago it was described that, in secondary lymphoid organs (SLO) of WT animals not exposed to antigens, there were 10-15% of CD8+ T cells presenting a memory-like phenotype (CD44hiCD122+) with the capacity to rapidly produce interferon gamma (IFN) in response to innate stimuli, independently of TCR signaling. Based on these characteristics and their similarity to conventional antigen-dependent memory cells, these cells were originally designated as: “innate CD8+ T cells”, “cells with memory phenotype”, “innate memory cells” (TIM) to those present in the thymus or “virtual memory cells” (TVM) to those present in the periphery. Initially, innate CD8+ T cells were identified in thymus of transgenic animals lacking the expression of different molecules involved in TCR signaling. Since then, different laboratories have been devoted to their study and to determine different signals that could be important in the induction of this population, mainly in thymus (TIM). Today it is known that these cells can also originate in SLO, however, their origin and development in the periphery (TVM cells) is still controversial. As of 2015, a CD8+ T cell population that shares all the characteristics of murine TVM cells has been described in peripheral blood from healthy donors. From this moment on, the interest in these cells increased substantially. Recent publications provide new data on different facets of TVM cells such as: their origin, functional capacity, ways to discriminate them from TMEM cells and their role in different pathologies. Currently, two populations of TIM/TVM cells are described in humans: TIM/TVM KIR+ and TIM/TVM NKG2A+, although their phenotype and functionality are still controversial. In this thesis we demonstrate that both TIM and TVM cells or their precursors can originate in the thymus, either under homeostatic conditions or in the acute stage of Trypanosoma cruzi (T. cruzi) infection. Furthermore, we determined that these cells can be exported to SLO, where they exert their cytotoxic mechanisms during T. cruzi infection. This cytotoxic capacity would not be mediated by the interaction between the NKG2D receptor and its ligand RAE-1. On the contrary, our ex vivo and in vitro data suggest that in early days post-infection with the parasite, the production of the inflammatory cytokines IL-12 and IL-18 would act at the level of their constitutively expressed receptors in TVM cells, inducing the production of large amounts of IFN trigger the cytotoxic mechanisms of infected cells such as macrophages, enhancing their microbicidal activity. In our results obtained in humans we propose IL-4 and IL-15 as cytokines involved in the thymic origin of human TIM/TVM cells, and subsequent differentiation once in the periphery. In addition, we have been able to further characterize the TIM/TVM KIR+ and TIM/TVM NKG2A+ cell populations, confirming that they have diverse phenotype and functions.