Identification de nouveaux réseaux génétiques impliqués dans la régulation de l'homéostasie des cellules hématopoïétiques chez la drosophile

L'hématopoïèse est le processus de formation des cellules sanguines. Une régulation fine de ce processus permet d'assurer le remplacement de ces cellules et d'adapter leur production aux conditions environnementales. Chez la Drosophile, comme chez les vertébrés, l'hématopoïèse s'effectue en deux vagues. La première, qui prend place pendant l'embryogenèse, permet la genèse de cellules qui vont persister dans la circulation pendant tout le développement de l'animal jusqu'au stade adulte. La deuxième vague a lieu durant les stades larvaires dans un organe spécialisé, la glande lymphatique. Les cellules hématopoïétiques, nommées hémocytes, assurent des fonctions développementales et défensives. Les hémocytes sont donc des acteurs de l'immunité qui est uniquement de type innée chez cet insecte. Les deux principaux types d'hémocytes sont les plasmatocytes qui sont des macrophages et les cellules à cristaux qui participent à la mélanisation. Le troisième type cellulaire, les lamellocytes, sont uniquement générés durant la vie larvaire en réponse à certaines situations de stress telle que l'infection des larves par des oeufs de guêpe parasitoïde. Cette infection va induire une réponse immunitaire coordonnée impliquant à la fois les cellules sanguines circulantes et celles de la glande lymphatique pour aboutir à l'encapsulation du parasite par les lamellocytes. D'autre part, des mutations génétiques sont connues pour induire la différentiation massive de ces cellules en absence d'infection. La production inappropriée de ces cellules s'accompagne alors fréquemment d'une réaction d'encapsulation détectable par la formation d'amas d'hémocytes mélanisés, historiquement appelés " tumeurs mélanotiques ". Le contrôle de l'homéostasie du système hématopoïétique larvaire est donc primordial pour éviter l'apparition de tels désordres et d'assurer un système de défense efficace. L'objectif de mon travail de thèse était de découvrir de nouveaux gènes contrôlant l'homéostasie du système hématopoïétique et de mieux comprendre comment la différenciation des lamellocytes est régulée. Pour cela, Nous avons réalisé un crible génétique visant à découvrir de nouveaux gènes " suppresseurs de tumeurs mélanotiques" en exprimant spécifiquement dans les cellules sanguines des dsRNA permettant d'inhiber la fonction du gène ciblé par interférence à l'ARN. Nous avons criblé avec deux pilotes GAL4 spécifique des hémocytes plus de 1300 lignées UAS-dsRNA, ciblant ainsi environ 10% de l'ensemble gènes de la Drosophile codant pour des protéines. Après une phase de validation, cinquante-neuf gènes dont la perte de fonction conduit à la formation de capsules mélanotiques ont été identifiés, dont 55 n'avaient pas été associés au développement des cellules sanguines auparavant. La majorité des candidats se répartissent en 7 groupes fonctionnels (protéines chaperonnes, protéasome, trafic vésiculaire, protéines ribosomales, métabolisme des mitochondries, réparation de l'ADN, transcription). Grâce à l'utilisation de pilotes GAL4 ciblant différents tissus et sous population d'hémocytes avons montré que la formation de tumeur mélanotiques peut être provoquée par un défaut soit des hémocytes circulant soit de la glande lymphatique mais aussi par un défaut du corps gras, un acteur majeur de réponse immunitaire humorale. Cette stratégie couplée à une analyse de lignage nous a aussi permis de mettre en évidence que des plasmatocytes circulants d'origine embryonnaire peuvent se différencier en lamellocyte. Cette plasticité étonnante est notamment régulée par le cofacteur de transcription de la famille FOG U-shaped, qui est requis de manière cellulaire autonome pour empêcher la transformation des plasmatocytes en lamellocytes.In metazoans, the hematopoietic system plays a key role both in normal development and in defense of the organism. In Drosophila, the cellular immune response involves three types of blood cells: plasmatocytes, crystal cells and lamellocytes. This last cell type is barely present in healthy larvae, but its production is strongly induced upon wasp parasitization or in mutant contexts affecting larval blood cell homeostasis. Notably, several zygotic mutations leading to melanotic mass (or "tumor") formation in larvae have been associated to the deregulated differentiation of lamellocytes. To gain further insights into the gene regulatory network and the mechanisms controlling larval blood cell homeostasis, we conducted a tissue-specific loss of function screen using hemocyte-specific Gal4 drivers and UASdsRNA transgenic lines. By targeting around 10% of the Drosophila genes, this in vivo RNA interference screen allowed us to recover 59 melanotic tumor suppressor genes. In line with previous studies, we show that melanotic tumor formation is associated with the precocious differentiation of stem-cell like blood progenitors in the larval hematopoietic organ (the lymph gland) and the spurious differentiation of lamellocytes. We also find that melanotic tumor formation can be elicited by defects either in the fat body, the embryo-derived hemocytes or the lymph gland. In addition, we provide a definitive confirmation that lymph gland is not the only source of lamellocytes as embryo-derived plasmatocytes can differentiate into lamellocytes either upon wasp infection or upon loss of function of the Friend of GATA cofactor Ushaped. In this study, we identify 55 genes whose function had not been linked to blood cell development or function before in Drosophila. Moreover our analyses reveal an unanticipated plasticity of embryo-derived plasmatocytes, thereby shedding new light on blood cell lineage relationship, and pinpoint the Friend of GATA transcription cofactor U-shaped as a key regulator of the plasmatocyte to lamellocyte transformation

An in vivo RNA interference screen identifies gene networks controlling Drosophila melanogaster blood cell homeostasis

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>In metazoans, the hematopoietic system plays a key role both in normal development and in defense of the organism. In Drosophila, the cellular immune response involves three types of blood cells: plasmatocytes, crystal cells and lamellocytes. This last cell type is barely present in healthy larvae, but its production is strongly induced upon wasp parasitization or in mutant contexts affecting larval blood cell homeostasis. Notably, several zygotic mutations leading to melanotic mass (or "tumor") formation in larvae have been associated to the deregulated differentiation of lamellocytes. To gain further insights into the gene regulatory network and the mechanisms controlling larval blood cell homeostasis, we conducted a tissue-specific loss of function screen using hemocyte-specific Gal4 drivers and <it>UAS-dsRNA </it>transgenic lines.</p> <p>Results</p> <p>By targeting around 10% of the Drosophila genes, this <it>in vivo </it>RNA interference screen allowed us to recover 59 melanotic tumor suppressor genes. In line with previous studies, we show that melanotic tumor formation is associated with the precocious differentiation of stem-cell like blood progenitors in the larval hematopoietic organ (the lymph gland) and the spurious differentiation of lamellocytes. We also find that melanotic tumor formation can be elicited by defects either in the fat body, the embryo-derived hemocytes or the lymph gland. In addition, we provide a definitive confirmation that lymph gland is not the only source of lamellocytes as embryo-derived plasmatocytes can differentiate into lamellocytes either upon wasp infection or upon loss of function of the Friend of GATA cofactor U-shaped.</p> <p>Conclusions</p> <p>In this study, we identify 55 genes whose function had not been linked to blood cell development or function before in Drosophila. Moreover our analyses reveal an unanticipated plasticity of embryo-derived plasmatocytes, thereby shedding new light on blood cell lineage relationship, and pinpoint the Friend of GATA transcription cofactor U-shaped as a key regulator of the plasmatocyte to lamellocyte transformation.</p