Expression and functional analysis of the Notch signaling pathway within the thymus microenvironment

Resumen

El timo proporciona un microambiente especializado para el desarrollo de las células T, pero ni la identidad de los nichos responsables de este proceso, ni la naturaleza de sus interacciones funcionales con los timocitos en desarrollo se conocen bien, especialmente en humanos. La vía de Notch es una de las vías de señalización que hacen del timo un nicho único para la generación de los linfocitos T. Los progenitores hematopoyéticos, que principalmente expresan principalmente el receptor Notch1, reciben señales activadoras de las células epiteliales del timo (TECs) que expresan diversos ligandos. Como el desarrollo de las células T implica la migración de los timocitos a través de distintos nichos intratímicos, hemos querido determinar si una distribución diferencial de receptores y ligandos de Notch en el timo podrían definir microambientes discretos con funciones específicas en el desarrollo T, prestando especial atención al punto de control crítico que determina la bifurcación de los progenitores intratímicos en células de linaje ab o gd. Para ello, y mediante inmunohistoquímica y microscopía confocal, hemos analizado la regulación de la expresión de los componentes de la vía Notch durante la ontogenia humana y la de ratón. El estudio ha proporcionado información acerca de la localización in vivo de los progenitores CD34+ humanos, los que se activa el receptor Notch1. Además, hemos obtenido evidencia de una regulación espacio-temporal de la expresión de ligandos y receptores Notch, confirmando que Notch define nichos específicos regulados de forma dinámica durante la ontogenia y la involución del timo, que difieren entre ratón y humanos. Adicionalmente, ensayos funcionales in vitro han mostrado que el patrón opuesto de expresión de Jag1 y Jag2 observado in vivo, correlaciona con funciones divergentes en la regulación de los linajes T γδ y αβ, así como en el proceso de expansión de células T γδ y en su maduración funcional. De hecho, los dos nichos definidos por la expresión de Jag1 y Jag2, albergan diferentes etapas de la maduración de los timocitos γδ, definiendo así la dinámica de diferenciación intratímica de las células T γδ. Por último, nuestro el estudio demuestra que la activación de Notch1 también desempeña un papel clave en la biología del estroma tímico, ya que no sólo los progenitores del timo, sino también las TECs expresan Notch1 activo y Hes1 in vivo. En concreto, el hallazgo de que la activación de Notch1 en TECs aumenta con la edad sugiere su implicación en la involución natural del timo. Mediante el uso de un modelo de pérdida de función en ratón, hemos demostrado que los timos de ratones defectivos en la activación de Notch en TECs, presentan alteraciones en el microambiente medular, así como un desarrollo defectuoso de linfocitos T, y una generación aberrante de células B. Por tanto, nuestro estudio revela un papel crucial de Notch en la dinámica de interacciones entre diversos componentes celulares del timo, y pone de relieve la importancia que los nichos específicos definidos por la regulación espacio-temporal de la expresión de los ligandos de Notch pueden desempeñar, no sólo en la especificación del linaje T, sino también en el desarrollo de las células T gd, en la biología de las TECs y en la involución del timo.