Caractérisation cellulaire et moléculaire des anomalies des cellules souches hématopoïétiques et de leur niche dans l’anémie de Fanconi

Fanconi anemia is a DNA repair deficiency syndrome associating developmental anomalies, bone marrow failure and leukemia predisposition. The principal function of the FANC/BRCA pathway is to maintain genomic stability dealing with DNA interstrand crosslinks repair and stalled replication forks. Despite the progress made in recent years, the exact mechanism by which the bone marrow failure arises is not completely understood. The objective of this project was to shed light on the cellular and molecular abnormalities characterizing the hematopoietic stem cells and their niche in Fanconi anemia. First, I demonstrated that Fanconi anemia cells are characterized by the constitutive expression of the Microphthalmia transcription factor (MiTF), which regulates hematopoietic stem cells quiescence. MiTF overexpression impacts hematopoietic stem cells self-renewal ability participating to their attrition. Hematopoietic stem cells reside in the hematopoietic niche, which comprises many different cell types contributing to their homeostasis. Among these are the osteoclasts, giant multinucleated cells of hematopoietic origin capable of bone-resorption. Since MiTF participate also to osteoclasts differentiation, we hypothesize that, following its dysregulation, osteoclasts and therefore the niche may be dysfunctional and have an impact on the bone marrow failure and the development of cancer. My data shows that indeed there are major cellular and molecular alterations in the differentiation of osteoclasts isolated from Fanca-/- mice, associated with an alteration with p53 activity. The identification of the origins and consequences on the hematopoietic stem cells of such anomalies may contribute to a better definition of the pathophysiology of Fanconi anemia and may open new therapeutic perspectives for the patients.L'anémie de Fanconi est une maladie héréditaire de la réparation de l'ADN associant anomalies du développement, aplasie médullaire et prédisposition aux leucémies. La fonction principale de la voie moléculaire FANC/BRCA est de maintenir la stabilité génomique en permettant la réparation de l’ADN endommagé et la sauvegarde des fourches de réplication bloquées. Dans un premier temps, j’ai démontré que les cellules d’anémie de Fanconi présentent une surexpression constitutive du facteur de transcription Microphtalmia (MiTF), régulateur de la quiescence des cellules souches hématopoïétiques. Cela impacte leur capacité d’auto-renouvellement et participe à leur épuisement. Les cellules souches hématopoïétiques résident dans la niche hématopoïétique, qui comprend plusieurs types cellulaires qui contribuent à leur homéostasie. Parmi ces types cellulaires se trouvent les ostéoclastes, cellules géantes multinucléées d'origine hématopoïétique et responsables de la résorption de l’os. MiTF participant également à la différenciation des ostéoclastes, j’ai émis l'hypothèse que, par suite de sa dérégulation, les ostéoclastes et la niche pouvaient être dysfonctionnels dans l'anémie de Fanconi et avoir un impact sur l'aplasie médullaire et le développement du cancer. Mes données montrent des altérations cellulaires et moléculaires majeures dans la différenciation des ostéoclastes isolés de souris modèles d’anémie de Fanconi, associé à une altération dans l’activité de p53. L’identification des origines et conséquences sur les cellules souches hématopoïétiques de telles anomalies contribuera à une meilleure définition de la pathophysiologie de l’anémie de Fanconi et pourrait ouvrir des nouvelles perspectives thérapeutiques pour les patients

Caractérisation cellulaire et moléculaire des anomalies des cellules souches hématopoïétiques et de leur niche dans l’anémie de Fanconi

L'anémie de Fanconi est une maladie héréditaire de la réparation de l'ADN associant anomalies du développement, aplasie médullaire et prédisposition aux leucémies. La fonction principale de la voie moléculaire FANC/BRCA est de maintenir la stabilité génomique en permettant la réparation de l’ADN endommagé et la sauvegarde des fourches de réplication bloquées. Dans un premier temps, j’ai démontré que les cellules d’anémie de Fanconi présentent une surexpression constitutive du facteur de transcription Microphtalmia (MiTF), régulateur de la quiescence des cellules souches hématopoïétiques. Cela impacte leur capacité d’auto-renouvellement et participe à leur épuisement. Les cellules souches hématopoïétiques résident dans la niche hématopoïétique, qui comprend plusieurs types cellulaires qui contribuent à leur homéostasie. Parmi ces types cellulaires se trouvent les ostéoclastes, cellules géantes multinucléées d'origine hématopoïétique et responsables de la résorption de l’os. MiTF participant également à la différenciation des ostéoclastes, j’ai émis l'hypothèse que, par suite de sa dérégulation, les ostéoclastes et la niche pouvaient être dysfonctionnels dans l'anémie de Fanconi et avoir un impact sur l'aplasie médullaire et le développement du cancer. Mes données montrent des altérations cellulaires et moléculaires majeures dans la différenciation des ostéoclastes isolés de souris modèles d’anémie de Fanconi, associé à une altération dans l’activité de p53. L’identification des origines et conséquences sur les cellules souches hématopoïétiques de telles anomalies contribuera à une meilleure définition de la pathophysiologie de l’anémie de Fanconi et pourrait ouvrir des nouvelles perspectives thérapeutiques pour les patients.Fanconi anemia is a DNA repair deficiency syndrome associating developmental anomalies, bone marrow failure and leukemia predisposition. The principal function of the FANC/BRCA pathway is to maintain genomic stability dealing with DNA interstrand crosslinks repair and stalled replication forks. Despite the progress made in recent years, the exact mechanism by which the bone marrow failure arises is not completely understood. The objective of this project was to shed light on the cellular and molecular abnormalities characterizing the hematopoietic stem cells and their niche in Fanconi anemia. First, I demonstrated that Fanconi anemia cells are characterized by the constitutive expression of the Microphthalmia transcription factor (MiTF), which regulates hematopoietic stem cells quiescence. MiTF overexpression impacts hematopoietic stem cells self-renewal ability participating to their attrition. Hematopoietic stem cells reside in the hematopoietic niche, which comprises many different cell types contributing to their homeostasis. Among these are the osteoclasts, giant multinucleated cells of hematopoietic origin capable of bone-resorption. Since MiTF participate also to osteoclasts differentiation, we hypothesize that, following its dysregulation, osteoclasts and therefore the niche may be dysfunctional and have an impact on the bone marrow failure and the development of cancer. My data shows that indeed there are major cellular and molecular alterations in the differentiation of osteoclasts isolated from Fanca-/- mice, associated with an alteration with p53 activity. The identification of the origins and consequences on the hematopoietic stem cells of such anomalies may contribute to a better definition of the pathophysiology of Fanconi anemia and may open new therapeutic perspectives for the patients

Microphthalmia transcription factor expression contributes to bone marrow failure in Fanconi anemia

International audienc

Fanca deficiency is associated with alterations in osteoclastogenesis that are rescued by TNFα

Abstract Background Hematopoietic stem cells (HSCs) reside in the bone marrow (BM) niche, which includes bone-forming and bone-resorbing cells, i.e., osteoblasts (OBs) and osteoclasts (OCs). OBs originate from mesenchymal progenitors, while OCs are derived from HSCs. Self-renewal, proliferation and differentiation of HSCs are under the control of regulatory signals generated by OBs and OCs within the BM niche. Consequently, OBs and OCs control both bone physiology and hematopoiesis. Since the human developmental and bone marrow failure genetic syndrome fanconi anemia (FA) presents with skeletal abnormalities, osteoporosis and HSC impairment, we wanted to test the hypothesis that the main pathological abnormalities of FA could be related to a defect in OC physiology and/or in bone homeostasis. Results We revealed here that the intrinsic differentiation of OCs from a Fanca −/− mouse is impaired in vitro due to overactivation of the p53–p21 axis and defects in NF-kB signaling. The OC differentiation abnormalities observed in vitro were rescued by treating Fanca −/− cells with the p53 inhibitor pifithrin-α, by treatment with the proinflammatory cytokine TNFα or by coculturing them with Fanca-proficient or Fanca-deficient osteoblastic cells. Conclusions Overall, our results highlight an unappreciated role of Fanca in OC differentiation that is potentially circumvented in vivo by the presence of OBs and TNFα in the BM niche