IL-2 sensitivity and exogenous IL-2 concentration gradient tune the productive contact duration of CD8+ T cell-APC: a multiscale modeling study

Autor: Fabien Crauste, Sotiris A. Prokopiou, Jacqueline Marvel, Olivier Gandrillon, Xuefeng Gao, Christophe Arpin
Přispěvatelé: Multi-scale modelling of cell dynamics : application to hematopoiesis (DRACULA), Centre de génétique et de physiologie moléculaire et cellulaire (CGPhiMC), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut Camille Jordan (ICJ), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Immunité et lymphocytes cytotoxiques – Immunity and cytotoxic lymphocytes, Centre International de Recherche en Infectiologie (CIRI), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Biologie Moléculaire de la Cellule (LBMC), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Camille Jordan (ICJ), This work has been supported by ANR grant PrediVac ANR-12-RPIB-0011,the Finovi Fondation, the Rhône-Alpes Complex Systems Institute (IXXI), theUniversité Claude Bernard Lyon 1, the Fonds Europeen de DeveloppementRegional, and institutional grants from the Institut National de la Sante Et dela Recherche Medicale., ANR-12-RPIB-0011,PrediVac,Outils de modélisation innovants pour la prédiction de l'efficacité de vaccins basés sur les lymphocytes T CD8(2012), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut Camille Jordan [Villeurbanne] (ICJ), Université de Lyon-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre International de Recherche en Infectiologie - UMR (CIRI), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Institut Camille Jordan [Villeurbanne] (ICJ), BMC, BMC, RECHERCHES PARTENARIALES ET INNOVATION BIOMEDICALE - Outils de modélisation innovants pour la prédiction de l'efficacité de vaccins basés sur les lymphocytes T CD8 - - PrediVac2012 - ANR-12-RPIB-0011 - RPIB - VALID
Jazyk: angličtina
Předmět:
0301 basic medicine
Productive contact duration
Secondary infection
T cell
[SDV]Life Sciences [q-bio]
Population
Antigen-Presenting Cells
Biology
CD8-Positive T-Lymphocytes
CD8+ T cells
Models
Biological
Diffusion
03 medical and health sciences
Mice
0302 clinical medicine
Immune system
Structural Biology
Modelling and Simulation
medicine
Cytotoxic T cell
Animals
Multiscale modeling
Antigen-presenting cell
education
Molecular Biology
Activation threshold
education.field_of_study
Dose-Response Relationship
Drug
IL-2
Applied Mathematics
Toll-Like Receptors
Differentiation pathway
Computer Science Applications
Cell biology
[SDV] Life Sciences [q-bio]
030104 developmental biology
medicine.anatomical_structure
Modeling and Simulation
Immunology
Interleukin-2
Intracellular
CD8
030215 immunology
Research Article
Zdroj: BMC Systems Biology
BMC Systems Biology, 2016, 10 (1), pp.77. ⟨10.1186/s12918-016-0323-y⟩
BMC Systems Biology, BioMed Central, 2016, 10 (1), pp.77. ⟨10.1186/s12918-016-0323-y⟩
ISSN: 1752-0509
DOI: 10.1186/s12918-016-0323-y
Popis: Background The CD8+ T cell immune response fights acute infections by intracellular pathogens and, by generating an immune memory, enables immune responses against secondary infections. Activation of the CD8+ T cell immune response involves a succession of molecular events leading to modifications of CD8+ T cell population. To understand the endogenous and exogenous mechanisms controlling the activation of CD8+ T cells and to investigate the influence of early molecular events on the long-term cell population behavior, we developed a multiscale computational model. It integrates three levels of description: a Cellular Potts model describing the individual behavior of CD8+ T cells, a system of ordinary differential equations describing a decision-making molecular regulatory network at the intracellular level, and a partial differential equation describing the diffusion of IL-2 in the extracellular environment. Results We first calibrated the model parameters based on in vivo data and showed the model’s ability to reproduce early dynamics of CD8+ T cells in murine lymph nodes after influenza infection, both at the cell population and intracellular levels. We then showed the model’s ability to reproduce the proliferative responses of CD5hi and CD5lo CD8+ T cells to exogenous IL-2 under a weak TCR stimulation. This stressed the role of short-lasting molecular events and the relevance of explicitly describing both intracellular and cellular scale dynamics. Our results suggest that the productive contact duration of CD8+ T cell-APC is influenced by the sensitivity of individual CD8+ T cells to the activation signal and by the IL-2 concentration in the extracellular environment. Conclusions The multiscale nature of our model allows the reproduction and explanation of some acquired characteristics and functions of CD8+ T cells, and of their responses to multiple stimulation conditions, that would not be accessible in a classical description of cell population dynamics that would not consider intracellular dynamics. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:10.1186/s12918-016-0323-y) contains supplementary material, which is available to authorized users.
Databáze: OpenAIRE
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