Le contrôle micro/environmental de l'homéostasie du système sanguin de la larve de drosophile

L'homéostasie du système sanguin est préservée grâce à une régulation très fine de la balance entre le maintien et la différenciation des cellules souches hématopoïétiques et de leurs descendances. Cet équilibre est régulé par une relation complexe de signaux intrinsèques (cellulaires autonomes) issus de la cellule elle-même et de signaux extrinsèques (cellulaires non-autonomes) issus des cellules voisines (microenvironnement) et de l'environnement (tels que les conditions nutritionnelles ou la présence de pathogènes). La dérégulation de l'équilibre du système hématopoïétique est à l'origine de nombreuses pathologies chez l'homme dont des leucémies. Au cours de ma thèse, je me suis attaché à décrypter et à comprendre dans quelle mesure et par quels mécanismes ces facteurs extrinsèques du microenvironnement et de l'environnement influencent le destin des précurseurs hématopoïétiques et l'homéostasie du système sanguin. Je me suis plus précisément concentré sur l'impact de la nutrition et la voie de signalisation Insuline/TOR ainsi que sur le rôle d'un microenvironnement spécialisé appelé " la niche hématopoïétique " dans le maintien indifférencié des progéniteurs sanguins de la larve de Drosophile. Différents aspects du développement des cellules sanguines sont conservés de la Drosophile aux mammifères aussi bien d'un point de vue ontogénique et fonctionnel que par l'implication de régulateurs transcriptionnels et voies de signalisations similaires. Plus particulièrement, l'organe hématopoïétique de la larve de Drosophile appelé " glande lymphatique ", qui contient à la fois des progéniteurs sanguins et leurs descendances, s'est illustré comme un excellent modèle pour décrypter les bases moléculaires et les mécanismes intra et extracellulaires qui contrôlent le destin des cellules hématopoïétiques et ainsi l'équilibre du système sanguin. Dans cet organe, les progéniteurs hématopoïétiques, appelés également prohémocytes, forment la Zone Médullaire et se différencient dans la Zone Corticale. La glande lymphatique présente également une troisième zone appelée Centre de Signalisation Postérieur (PSC) exprimant le facteur de transcription de type EBF/Collier et proposée comme niche hématopoïétique. Mon premier projet de thèse consistait à étudier l'impact de la nutrition et de la voie de signalisation Insuline/TOR dans le contrôle de l'homéostasie de la glande lymphatique. En effet, adapter le développement et l'homéostasie des tissus aux conditions nutritionnelles et au stress métabolique représente un enjeu majeur pour chaque organisme. Par des expériences de perte et de gain de fonction dirigées, nous avons montré que la voie de signalisation Insuline/TOR contrôle l'homéostasie de la glande lymphatique en agissant à la fois sur la croissance du PSC et de manière cellulaire autonome sur le destin des précurseurs hématopoïétiques. De plus, les expériences de carence nutritionnelle mettent en évidence un contrôle nutritionnel du devenir des progéniteurs sanguins. Ainsi, nous avons montré pour la première fois que la signalisation Insuline/TOR relie le maintien de l'homéostasie du système sanguin aux conditions nutritionnelles de la larve de Drosophile. Mon deuxième projet de thèse consistait à étudier le rôle du PSC (microenvironnement) proposé comme niche hématopoïétique dans le maintien de l'homéostasie de la glande lymphatique. En effet, les communications dynamiques entre les cellules souches et leurs microenvironnements jouent un rôle crucial dans le maintien de l'homéostasie des tissus. Par l'ablation génétique du PSC, nos résultats montrent clairement que le PSC n'est pas requis pour le maintien de l'état indifférencié des progéniteurs hématopoïétiques. De plus, l'inhibition ciblée du facteur de transcription Collier/EBF dans les progéniteurs hématopoïétiques est suffisante pour induire leur différenciation précoce. Ainsi, nos résultats suggèrent un nouveau modèle de régulation du système hématopoïétique de la larve de Drosophile ; indépendant du PSC mais qui fait appel à une fonction cellulaire autonome de Collier/EBF dans les progéniteurs sanguins.The homeostasis of the haematopoietic system is maintained through a very fine control of the balance between the maintenance and the differentiation of haematopoietic stem cells and their progeny. This balance is regulated by a complex relationship of intrinsic signals (cell autonomous factors) provided by the cell itself and extrinsic signals (non cell autonomous factors) arising from neighbouring cells (microenvironment) and environmental cues (e.g. nutrition or infection by pathogen) The deregulation of blood system homeostasis causes many human diseases including leukaemia. During my PhD, I tried to decipher by which mechanisms these extrinsic signals impact on haematopoietic progenitor fate and blood system homeostasis. I focused on the impact of nutrition and the role of the Insulin/TOR signalling pathway as well as on the role of a specialized microenvironment called the haematopoietic niche on the maintenance of Drosophila larval blood progenitors. Different aspects of blood cell development are conserved from Drosophila to mammals including ontogenic and functional conservation as well as involvement of similar transcriptional regulators and signalling pathways. More particularly, the Drosophila larval haematopoietic organ called " lymph gland ", which contains both blood progenitors and their progeny, has emerged as an excellent model to decipher the molecular basis and the intra/extracellular mechanisms that control blood cell fate and blood system homeostasis. In this organ, hematopoietic progenitors, also called prohaemocytes form the Medullary Zone and differentiate in a peripheral area called the Cortical Zone. The lymph gland presents also a third cluster of cells, called the Posterior Signalling Centre (PSC), expressing the transcription factor EBF/Collier and proposed to act as a haematopoietic niche. My first project was to investigate the impact of nutrition and the role of the Insulin/TOR signalling pathway on the control of lymph gland homeostasis. In fact, adapting development and tissue homeostasis to nutritional conditions and metabolic stress is a major challenge for every organism. Using site-directed loss- and gain-of-function analysis, we demonstrated that Insulin/TOR signalling controls lymph gland homeostasis by acting both on PSC growth and cell-autonomously on blood cell progenitor fate. Moreover, starvation experiments highlighted the nutritional control of hematopoietic progenitor maintenance. Thereby, we showed for the first time that Insulin/TOR signalling pathway connects blood system homeostasis to the Drosophila larval nutritional conditions. In my second project, I reinvestigated the role of the PSC (microenvironment), which was proposed to act as hematopoietic niche required for prohemocyte maintenance. Indeed, the dynamic communication between stem cells and their microenvironment plays a crucial role in maintaining tissue homeostasis. In contrast with the prevailing model, our genetic ablation experiments clearly demonstrate that the PSC is not required for Drosophila haematopoietic progenitor maintenance. Moreover, the targeted inhibition of the transcription factor Collier/EBF in the progenitor population is sufficient to cause their precocious differentiation. Thereby, we propose a new model of Drosophila haematopoietic progenitor maintenance, which is independent of the PSC but relies on the cell-autonomous function of the transcription factor EBF/Collier in these cells

Breaking down barriers: Tumors make a leaky brain

International audienceThe causes of death among cancer patients are multifactorial, and the mechanisms that drive pathological conditions that are associated with, but take place outside of, the tumor are still poorly characterized. In this issue of Developmental Cell, Kim et al. (2021) identify a paraneoplastic syndrome that affects blood-brain barrier permeability and host survival

Brain inflammation triggers macrophage invasion across the blood-brain barrier in Drosophila during pupal stages

International audienceThe nervous system is shielded from circulating immune cells by the blood-brain barrier (BBB). During infections and autoimmune diseases, macrophages can enter the brain where they participate in pathogen elimination but can also cause tissue damage. Here, we establish a Drosophila model to study macrophage invasion into the inflamed brain. We show that the immune deficiency (Imd) pathway, but not the Toll pathway, is responsible for attraction and invasion of hemolymph-borne macrophages across the BBB during pupal stages. Macrophage recruitment is mediated by glial, but not neuronal, induction of the Imd pathway through expression of Pvf2. Within the brain, macrophages can phagocytose synaptic material and reduce locomotor abilities and longevity. Similarly, we show that central nervous system infection by group B Streptococcus elicits macrophage recruitment in an Imd-dependent manner. This suggests that evolutionarily conserved inflammatory responses require a delicate balance between beneficial and detrimental activities

Characterization of the Drosophila Adult Hematopoietic System Reveals a Rare Cell Population With Differentiation and Proliferation Potential

International audienc

An original infection model identifies host lipoprotein import as a route for blood-brain barrier crossing

International audiencePathogens able to cross the blood-brain barrier (BBB) induce long-term neurological sequelae and death. Understanding how neurotropic pathogens bypass this strong physiological barrier is a prerequisite to devise therapeutic strategies. Here we propose an innovative model of infection in the developing Drosophila brain, combining whole brain explants with in vivo systemic infection. We find that several mammalian pathogens are able to cross the Drosophila BBB, including Group B Streptococcus (GBS). Amongst GBS surface components, lipoproteins, and in particular the B leucine-rich Blr, are important for BBB crossing and virulence in Drosophila. Further, we identify (V)LDL receptor LpR2, expressed in the BBB, as a host receptor for Blr, allowing GBS translocation through endocytosis. Finally, we show that Blr is required for BBB crossing and pathogenicity in a murine model of infection. Our results demonstrate the potential of Drosophila for studying BBB crossing by pathogens and identify a new mechanism by which pathogens exploit the machinery of host barriers to generate brain infection