Attenuation of AMPK signaling by ROQUIN promotes T follicular helper cell formation

T follicular helper cells (Tfh) are critical for the longevity and quality of antibody-mediated protection against infection. Yet few signaling pathways have been identified to be unique solely to Tfh development. ROQUIN is a post-transcriptional repressor of T cells, acting through its ROQ domain to destabilize mRNA targets important for Th1, Th17, and Tfh biology. Here, we report that ROQUIN has a paradoxical function on Tfh differentiation mediated by its RING domain: mice with a T cell-specific deletion of the ROQUIN RING domain have unchanged Th1, Th2, Th17, and Tregs during a T-dependent response but show a profoundly defective antigen-specific Tfh compartment. ROQUIN RING signaling directly antagonized the catalytic α1 subunit of adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK), a central stress-responsive regulator of cellular metabolism and mTOR signaling, which is known to facilitate T-dependent humoral immunity. We therefore unexpectedly uncover a ROQUIN–AMPK metabolic signaling nexus essential for selectively promoting Tfh responses

Canagliflozin impairs T cell effector function via metabolic suppression in autoimmunity

Augmented T cell function leading to host damage in autoimmunity is supported by metabolic dysregulation, making targeting immunometabolism an attractive therapeutic avenue. Canagliflozin, a type 2 diabetes drug, is a sodium glucose co-transporter 2 (SGLT2) inhibitor with known off-target effects on glutamate dehydrogenase and complex I. However, the effects of SGLT2 inhibitors on human T cell function have not been extensively explored. Here, we show that canagliflozin-treated T cells are compromised in their ability to activate, proliferate, and initiate effector functions. Canagliflozin inhibits T cell receptor signaling, impacting on ERK and mTORC1 activity, concomitantly associated with reduced c-Myc. Compromised c-Myc levels were encapsulated by a failure to engage translational machinery resulting in impaired metabolic protein and solute carrier production among others. Importantly, canagliflozin-treated T cells derived from patients with autoimmune disorders impaired their effector function. Taken together, our work highlights a potential therapeutic avenue for repurposing canagliflozin as an intervention for T cell-mediated autoimmunity

The role of metabolic regulators, LKB1, AMPK, and mTORC1, in T cell function, metabolism and immunity

T cells are sentinels of the adaptive immune response. Once activated by their cognate peptide, T cells are required to undergo DNA replication, cell division, and differentiation towards pathogen-specific lineages. All these process require a coordinated effort of coupling signal transduction to nutrient availability in order to support their metabolic demand. Transitioning from naïve T cells, a state of quiescence and catabolic activity, to actively blasting T cells, a state of biosynthetic or anabolic activity, has been termed metabolic reprogramming. One major phenomenon observed is the Warburg effect which is annotated as increased glucose uptake and elevated levels of glucose breakdown through glycolysis coupled to a marked increase of lactate production under aerobic conditions. Major regulators of metabolic processes are themselves regulated by the nutrient milieu, as well as signal transduction pathways downstream of the TCR. Two master kinases involved in energy sensing, yet work in antithesis of each other are the mTORC1 and LKB1. Our lab has over the last five years focused on these two antagonizing pathways and their role in T cell development, activation, and immune function. The mTORC1 pathway is a major regulator of protein and lipid synthesis and can be regulated downstream of the TCR or through the nutrient environment (e.g. glucose or amino acids). Here I further investigate in Chapter 3 the dependence of mTORC1 on glycolysis and glutamine catabolism in T cells as well as the potential contribution of mTORC2 through utilizing two known inhibitors: Rapamycin and Torin. While mTORC1 promotes anabolic pathways, the LKB1-AMPK pathway negatively regulates mTORC1 and promotes catabolic metabolism. LKB1 is a master regulator and activates 13 AMPK-related kinases; however, AMPK is the major energy sensing kinase downstream of LKB1. We sought to investigate the contribution of LKB1 and AMPK in T cell development, proliferation, cytokine production, glycolysis and fatty acid oxidation. Unfortunately, many of these metabolic studies have strictly focused on the transition from naïve to activated T cells. However, once T cells have proliferated and differentiated, they egress to the site of infection and encounter a different metabolic environment. We are the first to study the role of AMPK in effector T cells in vivo and whether or not activated T cells invoke metabolic adaptation when under nutrient stressful conditions, and whether this phenomenon is dependent on AMPK. To study the physiological and cellular contribution of these energy-sensing kinases, we employed the Cre-Lox technology. All LoxP sites were inserted either in the raptor, stk11, or pkraa1 genes and crossed to transgenic mice harboring Cre recombinase under the Lck promoter. The infection models utilized in these studies were with recombinant Listeria monocytogenes expressing ova and the Influenza A virus. In summary, this thesis provides a thorough analysis of the metabolic regulators, mTORC1, LKB1, and AMPK on T cell metabolism, function, and immunity.Une fois activées par leur peptide antigénique, les cellules T entreprennent la réplication de leur ADN, effectuent la division cellulaire et se différentient en des lignées spécifiques aux pathogènes. Tous ces processus requièrent un effort coordonné afin de coupler la transduction du signal à la disponibilité des nutriments, de telle sorte que les cellules puissent répondre à leurs besoins métaboliques accrus. La transition de la forme T naïve, un état caractérisé par la quiescence et une activité catabolique, à la forme T active, un état de biosynthèse et d’activité anabolique, est un exemple important de reprogrammation métabolique. Un phénomène majeur observé dans ce contexte est l’effet Warburg, qui est caractérisé par une augmentation de la capture de glucose et un niveau élevé de glycolyse couplé à une augmentation marquée de la production de lactate sous condition aérobie. Les régulateurs majeurs des procédés métaboliques sont eux-mêmes régulés par le milieu nutritionnel, de même que par la transduction signalétique issue du TCR. Deux kinases maitresses impliquées dans la détection du niveau énergétique cellulaire et qui travaillent de manière opposée sont mTORC1 et LKB1. Au cours des cinq dernières années, notre laboratoire s’est concentré à l’étude de ces deux voies antagonistes, ainsi qu’à leur rôle dans le développement des cellules T, leur activation et leur réponse immunitaire. La voie mTORC1 est majeure dans la régulation de la biosynthèse de protéines et de lipides, et peut se retrouver associée à la signalisation du TCR selon le contexte nutritionnel (par exemple, la disponibilité en glucose ou en acides aminés). Nous explorons davantage dans le chapitre 3 de cette thèse les liens qui unissent la voie mTORC1 à la glycolyse et le catabolisme de la glutamine dans les cellules T, de même que la contribution potentielle de mTORC2 en utilisant deux inhibiteurs connus : Rapamycine et Torin 1. Alors que mTORC1 favorise l’anabolisme, la voie LKB1-AMPK régule négativement mTORC1 et promeut les réactions cataboliques. LKB1 est un régulateur central et active 13 kinases AMPK-related; cependant, AMPK est la kinase majeure qui détecte les variations d’énergie en aval de LKB1. Nous oeuvrons à découvrir la contributions de LKB1 et AMPK dans le développement des cellules T, leur prolifération, leur production de cytokines, la glycolyse, ainsi que l’oxydation des acides gras. Cependant, la majorité des études métaboliques antérieures on strictement insisté sur la transition de la forme naïve à la forme active des cellules T. Or, une fois que les cellules T ont proliféré et entamé leur différentiation, leur déploiement au site d’infection les mène à un environnement métabolique considérablement différent. Nous sommes donc les premiers à étudier le rôle d’AMPK dans les cellules T effectrices in vivo, à caractériser la présence d’une adaptation des cellules T activées dans un environnement de stress nutritionnel, et à déterminer si ce phénomène est dépendant d’AMPK. Afin d’étudier la contribution physiologique et cellulaire de ces kinases de détection du niveau d’énergie, nous avons employé la technologie Cre-Lox. Tous les sites LoxP on été insérés soit dans les gènes Raptor, Stk11 ou Pkraa1 et croisés à des souris transgéniques exprimant la recombinase Cre sous contrôle du promoteur Lck. Les modèles d’infection utilisés dans ces études étaient une version recombinante de Listeria monocytogenes exprimant ova, ainsi que le virus de l’influenza A. En résumé, cette thèse présente une analyse approfondie du rôle des régulateurs métaboliques mTORC1, LKB1 et AMPK dans le métabolisme des cellules T, leur fonction et la réponse immunitaire