Study of Impact of Pten-loss in leukemic development of T cell: Boolean modelling and transcriptomic analysis at single-cell resolution

Thèse en préparation à Aix-Marseille , dans le cadre de Mathématiques et informatique de Marseille (184) , en partenariat avec le Centre d’Immunologie de Marseille Luminy (équipe Instabilité génomique et hémopathies humaines) et l’Institut de Mathématiques de Marseille (équipe de recherche MABIOS du groupe ALEA) depuis le 07-11-2018.

Membres du jury / The juries compose of:

Résumé : Les leucémies lymphoblastiques aiguës à cellules T (LAL-T) sont des proliférations malignes de thymocytes. Dans les LAL-T, le gène PTEN est inactivé de façon récurrente et son altération est fréquemment associée aux LAL-T TCRαβ+; mon laboratoire d’accueil (CIML) a montré que la signalisation TCRαβ est directement impliquée dans la leucémogenèse médiée par PTEN. L’objectif de mon projet de thèse a été de comprendre l’interaction fonctionnelle entre la signalisation TCRαβ et PTEN afin de décrypter les mécanismes moléculaires déterminant le destin des thymocytes PTEN-déficients vers la leucémie ou la mort.

Notre premier projet a utilisé des données scRNA-seq pour comparer des thymocytes physiologiques et pathologiques (Pten^del). Nous observons que les thymocytes Pten-del présentent une réduction de l’activité de la voie de signalisation du calcium, ce qui est confirmé ex vivo par un test de flux de calcium. Pour comprendre ce mécanisme, j’ai construit un modèle mathématique centré sur les mécanismes contrôlant le flux de calcium, qui inclut PTEN et la signalisation externe du TCR. Ce modèle a identifié les éléments clés de l’inhibition du flux calcique, qui sont confirmés ex vivo dans les thymocytes Pten-del. J’ai débuté une analyse préliminaire de données scRNA-seq multimodales (ARNm, protéines de surface et clonotypes TCR ). Cette analyse devrait contribuer à une meilleure compréhension de la genèse des leucémies des thymocytes Ptendel. Dans l’ensemble, mon travail montre qu’une approche interdisciplinaire, impliquant la modélisation et des technologies de pointe single-cell, peut contribuer à la compréhension de processus biologiques tels que la leucémogenèse.

Mots clés : PTEN, signalisation TCR, Analyse des cellules uniques, modélisation logique, réseaux de régulation.

Study of Impact of Pten-loss in leukemic development of T cell: Boolean modelling and transcriptomic analysis at single-cell resolution

Abstract: T-cell acute lymphoblastic leukemias (T-ALL) are malignant proliferations of thymocytes. In T-ALL, PTEN is recurrently inactivated and is frequently associated with TCRαβ+ T-ALL; moreover, my host laboratory (CIML) showed that TCRαβ signaling is directly involved in PTEN-mediated leukemogenesis of thymocytes. The main objective of my thesis project was to better understand the functional interaction between TCRαβ signaling and PTEN in order to decipher mechanisms determining the fate of PTEN-deficient T cells toward leukemia or cell death.

Our first project utilized scRNA-seq data to compare physiological and pathological (Cd4-Cre x Pten^fl/fl, called Pten^del) thymocytes. We found that Pten-del thymocytes exhibit a decrease in calcium signaling pathway activity, which is confirmed ex vivo by calcium flux assay. To understand this mechanism, I constructed a mathematical model focusing on the mechanisms controlling calcium flux, which includes PTEN and the external TCR signaling. This qualitative model reproduces the dynamics reported in the literature and identified key elements of calcium flux inhibition, which are confirmed experimentally in Pten-del thymocytes. Another preliminary project focuses on PTEN involvement before and during leukemogenesis. We used single-cell multimodal data (mRNA, surface proteins expression and TCR clonotype) to better understand the impact of the thymic selection on the fate of Pten-del thymocytes. Overall, my work shows that an interdisciplinary approach, involving mathematical modeling and cutting-edge single-cell technologies, has contributed to understanding complex biological processes such as leukemogenesis.

Keywords: PTEN, TCR signaling, single cell analysis, logic modeling, regulatory networks.

Liens / Links:
https://ecole-doctorale-62.univ-amu.fr/fr/soutenance/2521
https://college-doctoral.univ-amu.fr/inscrit/11167
https://doc2amu.univ-amu.fr/fr/saran-pankaew-phd-candidate-2018-class
https://adum.parisnanterre.fr/as/ed/cv.pl?mat=103449&site=adumR
https://scholar.google.com/citations?user=SATTl9sAAAAJ&hl=en
https://www.researchgate.net/profile/Saran-Pankaew
http://www.ciml.univ-mrs.fr/saran-pankaew-best-oral-presentation-award-international-course-computational-systems-biology