Thymus Organogenesis

Abstract

The epithelial architecture of the thymus fosters growth, differentiation, and T cell receptor repertoire selection of large numbers of immature T cells that continuously feed the mature peripheral T cell pool. Failure to build or to maintain a proper thymus structure can lead to defects ranging from immunodeficiency to autoimmunity. There has been long-standing interest in unraveling the cellular and molecular basis of thymus organogenesis. Earlier studies gave important morphological clues on thymus development. More recent cell biological and genetic approaches yielded new and conclusive insights regarding the germ layer origin of the epithelium and the composition of the medulla as a mosaic of clonally derived islets. The existence of epithelial progenitors common for cortex and medulla with the capacity for forming functional thymus after birth has been uncovered. In addition to the thymus in the chest, mice can have a cervical thymus that is small, but functional, and produces T cells only after birth. It will be important to elucidate the pathways from putative thymus stem cells to mature thymus epithelial cells, and the properties and regulation of these pathways from ontogeny to thymus involution.

A novel aspect of the structure of the avian thymic medulla

“…7a). In a cross-section, the epithelial cord and the club-shaped enlargements appear as islets embedded in mesenchyme (Rodewald 2008;Rodewald et al 2001) of neural crest origin. These experimental observations confirm the early histological findings, which described the thymic anlage as an epithelial island surrounded by mesenchyme (Maximov and Bloom 1938).…”

“…The three-dimensional thymic epithelial reticulum develops from the third and fourth branchial pouch endoderm (Farley et al 2013;Gill et al 2003;Gordon and Manley 2011;Le Douarin 1967;Le Douarin et al 1984;Neves et al 2012;Rodewald 2008;Venzke 1952) and differentiates into cortical and medullary epithelial cells. Le Douarin (1967) isolated the branchial pouch endoderm, before fusion with the ectoderm of the branchial groove and co-cultured it with the mesenchyme; this resulted in the formation of functional thymic tissue providing evidence that (1) branchial endoderm without ectoderm was capable of thymic organogenesis and (2) thymic epithelial cell (TEC) differentiation required mesenchymal cell cooperation.…”

L’épithélium thymique, un passé dans la dualité et un présent unifié

“…La première colonisation hématopoïétique se produit autour de E11,5, et la délimitation des compartiments du cortex et de la médulla est reconnaissable à partir de E14 [4]. À partir de ce stade chez la souris, la taille du thymus augmente et ce jusqu'au l'homme) entourés d'un tissu conjonctif.…”

“…Ces deux compartiments possèdent des caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles distinctes [3]. Les cTEC ont un rôle important lors des étapes primaires du développement T, elles permettent l'engagement et la prolifération des précurseurs T via deux molécules cruciales à ce stade : l'expression du ligand de Notch1 delta like 4 (DL4) et de la cytokine interleukine (IL)-7 [4]. Le cortex permet aussi la sélection des thymocytes double-positifs (coexprimant les molécules CD4 et CD8) notamment par l'expression d'une diversité de peptides du « soi » présentés par les molécules du CMH (complexe majeur d'histocompatibilité) de classes I et II.…”

“…Malgré leurs différences fonctionnelle et anatomique, les cTEC et mTEC partagent quelques marqueurs phénotypiques comme par exemple l'expression de la molécule d'adhésion CD326 (EpCAM, epithelial cell adhesion molecule) et le CMH II. Elles n'expriment pas la molécule CD45 spécifique des cellules hémato-poïétiques, et sont donc classées comme non hématopoïétiques [4].…”