Rôle de la niche mésenchymateuse dans la régulation du phénotype SP des progéniteurs hématopoïétiques humains

L hématopoïèse est un processus finement régulé pour permettre sa pérennité et son adaptation aux contraintes physiologiques et pathologiques. Ce potentiel repose en grande partie sur les capacités de quiescence, auto-renouvellement, division asymétrique et multipotence des cellules souches hématopoïétiques (CSH). Les CSH et progéniteurs hématopoïétiques (CSPH) sont principalement régulés de façon extrinsèque au sein des niches hématopoïétiques médullaires et cette régulation fait intervenir, des contacts intercellulaires et des facteurs diffusibles. Le phénotype side-population (SP), secondaire à l efflux actif d un colorant fluorescent (Hoechst 33342) par des pompes de type multidrugresistance, est une caractéristique des cellules souches de la plupart des tissus. Au sein de l hématopoïèse, le phénotype SP est un excellent moyen pour identifier les CSH murines et est associé à leur quiescence et à leur adhésion à la niche endostéale, mais sa valeur comme marqueur des CSH est plus discutée chez l homme. Les cellules SP, de par leur nature, sont également étudiées en oncologie, et sont associées aux cellules tumorales les plus résistantes et les plus tumorogènes. La compréhension des mécanismes régulant la fonctionnalité SP devrait permettre d ouvrir des pistes en physiologie quand à la compréhension de la régulation des CSPH par les niches mésenchymateuses et en pathologie pour cibler les mécanismes de chimiorésistance.Dans ce travail nous montrons pour la première fois chez l homme que l acquisition du phénotype SP est un phénomène dynamique et versatile sous le contrôle du stroma médullaire. Le stroma médullaire est en effet capable de maintenir le phénotype SP de CSPH médullaires et d induire le phénotype SP de CSPH circulants. L acquisition du phénotype SP par les cellules circulantes nécessite à la fois un nichage au sein du stroma et des facteurs diffusibles. Les cellules circulantes capables d acquérir le phénotype SP contiennent des CSPH au regard de (i) leur expression du CD34, (ii) leur richesse en cellules quiescentes, (iii) leur capacité clonogénique et proliférative en cultures secondaires, (iv) leur expression des gènes de nichage et de souchitude , (v) leur capacité de migration en réponse à un gradient de CXCL12, (vi) leur activité LT-SRC in vivo. De plus nous avons mis en évidence, au sein de ces CSPH SP+CD34+ révélés par le stroma médullaire, une sous-population CD44-/faible qui pourrait contenir les cellules plus immatures en raison de sa quiescence et de l intensité de son efflux du Hoechst 33342. Les études mécanistiques montrent que l acquisition du phénotype SP par les cellules circulantes est sous la dépendance de l intégrine VLA-4 et du CD44. La transduction du signal implique des protéines G et la famille des Src-kinases. Nous montrons également que le stroma médullaire peut induire/maintenir/amplifier la fonctionnalité SP de blastes circulants de leucémie aigüe myéloblastique de façon ß1-intégrine dépendante et que cette fonctionnalité est associée à une capacité d efflux de Mitoxantrone. Ce mécanisme de modulation de l activité d ABC-transporteurs par l adhésion au stroma correspond à un mécanisme encore jamais décrit de CAM-DR.Hematopoiesis is a finely tuned process to allow its long-term efficiency and its adaptation to various physiological and pathological stresses. Hematopoietic stem cell (HSC) is the keystone of hematopoiesis through its multipotency, quiescence, asymmetrical division and self-renewing properties. HSC bone marrow (BM) niches mainly regulate hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) through intercellular contacts and diffusible factors. Side-population (SP) cells are characterized by their capability to actively efflux Hoechst 33342 dye through multidrug resistance-like pumps. SP phenotype is a characteristic of stem cells in many tissues and especially, it is a stringent criterion to purify murine HSCs. In mice, this phenotype has been demonstrated to be related to quiescence and resistance to drugs/environmental stresses and to be controlled by endosteal niche adhesion. SP cells are also studied in oncology and are associated to chemo-resistance and tumor initiating capacity. At steady state, SP cells are mainly present in the BM and are mostly absent from the circulation except in stress conditions, raising the hypothesis of the versatility of the SP functionality. Therefore, studying SP phenotype regulation is of importance to understand how BM niches regulate HSPC and how to interfere with cancer cells chemo-resistance.In this work, we demonstrate for the first time and in human that SP phenotype acquisition is a dynamic phenomenon under control of stromal BM cells. Stromal cells from healthy donors maintain SP phenotype of BM HSPC and promote SP phenotype acquisition in circulating ones. SP phenotype promotion depends of stroma nesting and of diffusible factors secretion. This stroma-induced circulating SP cell fraction contains HSPC, as ascertained by (i) CD34 expression, (ii) proportion of cells in G0, (iii) clonogenic and proliferative potential, (iv) nesting and stemness gene expression, (v) CXCL12-related migration capability and (vi) LT-SRC activity. Moreover, we describe an SP+CD34+CD44-/low sub-population that could contain most immature HSPCs with regards to their quiescence and Hoechst efflux intensity. Mechanistic studies show that the stoma-mediated SP promoting effect is VLA-4/ 4ß1-integrin and CD44 dependent, and implicate G-protein and Src-kinase pathways. We also demonstrate that BM stroma from healthy donors can induce/maintain/amplify in a ß1-integrin dependent manner an SP sub-population with mitoxantrone efflux capability in blast cells from acute myeloid leukemia. The existence of a similar mechanism in circulating leukemic blasts suggests the possibility to interfere with the chemo-resistant phenotype of blast cells through integrin/CD44 axis blockade.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Tetraspanin CD9 participates in dysmegakaryopoiesis and stromal interactions in primary myelofibrosis

Primary myelofibrosis is characterized by clonal myeloproliferation, dysmegakaryopoiesis, extramedullary hematopoiesis associated with myelofibrosis and altered stroma in the bone marrow and spleen. The expression of CD9, a tetraspanin known to participate in megakaryopoiesis, platelet formation, cell migration and interaction with stroma, is deregulated in patients with primary myelofibrosis and is correlated with stage of myelofibrosis. We investigated whether CD9 participates in the dysmegakaryopoiesis observed in patients and whether it is involved in the altered interplay between megakaryocytes and stromal cells. We found that CD9 expression was modulated during megakaryocyte differentiation in primary myelofibrosis and that cell surface CD9 engagement by antibody ligation improved the dysmegakaryopoiesis by restoring the balance of MAPK and PI3K signaling. When co-cultured on bone marrow mesenchymal stromal cells from patients, megakaryocytes from patients with primary myelofibrosis displayed modified behaviors in terms of adhesion, cell survival and proliferation as compared to megakaryocytes from healthy donors. These modifications were reversed after antibody ligation of cell surface CD9, suggesting the participation of CD9 in the abnormal interplay between primary myelofibrosis megakaryocytes and stroma. Furthermore, silencing of CD9 reduced CXCL12 and CXCR4 expression in primary myelofibrosis megakaryocytes as well as their CXCL12-dependent migration. Collectively, our results indicate that CD9 plays a role in the dysmegakaryopoiesis that occurs in primary myelofibrosis and affects interactions between megakaryocytes and bone marrow stromal cells. These results strengthen the “bad seed in bad soil” hypothesis that we have previously proposed, in which alterations of reciprocal interactions between hematopoietic and stromal cells participate in the pathogenesis of primary myelofibrosis

Generation of a Novel Regulatory NK Cell Subset from Peripheral Blood CD34+ Progenitors Promoted by Membrane-Bound IL-15

BACKGROUND: NK cells have been long time considered as cytotoxic lymphocytes competent in killing virus-infected cells and tumors. However, NK cells may also play essential immuno-regulatory functions. In this context, the real existence of a defined NK subset with negative regulatory properties has been hypothesized but never clearly demonstrated. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Herein, we show the in vitro generation from human peripheral blood haematopoietic progenitors (PB-HP), of a novel subset of non-cytolytic NK cells displaying a mature phenotype and remarkable immuno-regulatory functions (NK-ireg). The main functional hallmark of these NK-ireg cells is represented by the surface expression/release of HLA-G, a major immunosuppressive molecule. In addition, NK-ireg cells secrete two powerful immuno-regulatory factors: IL-10 and IL-21. Through these factors, NK-ireg cells act as effectors of the down-regulation of the immune response: reconverting mature myeloid DC (mDC) into immature/tolerogenic DC, blocking cytolytic functions on conventional NK cells and inducing HLA-G membrane expression on PB-derived monocytes. The generation of "NK-ireg" cells is obtained, by default, in culture conditions favouring cell-to-cell contacts, and it is strictly dependent on reciprocal trans-presentation of membrane-bound IL-15 forms constitutively and selectively expressed by human CD34(+) PB-HP. Finally, a small subset of NKp46(+) HLA-G(+) IL-10(+) is detected within freshly isolated decidual NK cells, suggesting that these cells could represent an in vivo counterpart of the NK-ireg cells. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: In conclusion, NK-ireg cells represent a novel truly differentiated non-cytolytic NK subset with a self-sustainable phenotype (CD56(+) CD16(+) NKp30(+) NKp44(+) NKp46(+) CD94(+) CD69(+) CCR7(+)) generated from specific pSTAT6(+) GATA3(+) precursors. NK-ireg cells could be employed to develop new immuno-suppressive strategies in autoimmune diseases, transplant rejection or graft versus host diseases. In addition, NK-ireg cells can be easily derived from peripheral blood of the patients and could constitute an autologous biotherapic tool to be used combined or in alternative to other immuno-regulatory cells

Interaction SDF-1a/TGF-b1 dans la régulation du cycle cellulaire des progéniteurs hématopoiétiques

PARIS-BIUP (751062107) / SudocSudocFranceF

Effets de l'hypoxie respiratoire sur les progéniteurs médullaires dans un modèle murin d'hypodynamie (Intérêt pour la réparation osseuse)

La réparation osseuse est assurée par le recrutement constant de cellules souches/progéniteurs ostéo-compétents de nature hématopoïétique (CSH/PH), et mésenchymateuse (CSM). Une approche prometteuse pour le traitement des défauts osseux graves consisterait à favoriser le recrutement et la mobilisation des CSH/PH et des CSM à partir de la moelle osseuse vers le site de lésion. Plusieurs facteurs environnementaux sont connus pour moduler la prolifération, la mobilisation et la différenciation des progéniteurs ostéocompétents, dont l hypoxie et l hypodynamie (absence de contraintes mécaniques). Le but de ce travail de thèse a été d investiguer in vivo l impact de l hypoxie respiratoire et de l absence de contraintes mécaniques, appliquées séparément ou ensemble sur i) la mobilisation des progéniteurs ostéocompétents et sur ii) la réparation d un défaut osseux cavitaire fémoral chez la souris. Sur un modèle murin dépourvu de défaut osseux, nos données montrent que l hypoxie respiratoire est un agent mobilisateur des progéniteurs ostéocompétents, et qu elle pourrait donc potentiellement exercer des effets bénéfiques sur la réparation osseuse. Toutefois, les effets de l hypoxie sont modulés selon le statut hypodynamique ou non de l animal. L absence de contraintes mécaniques limite la mobilisation des progéniteurs érythrocytaires et mésenchymateux initiée par l hypoxie, suggérant un effet potentiellement délétère de l hypodynamie en condition hypoxique dans le contexte de la réparation osseuse. Chez les souris opérées, nous confirmons que l hypoxie respiratoire déclenchée lors des phases de remodelage améliore la réparation du défaut osseux cavitaire. Une mobilisation des progéniteurs mésenchymateux et hématopoïétiques du fémur contra-latéral vers le fémur opéré est noté, mais le mode d action de l hypoxie passerait plutôt par une accélération du mécanisme de réparation dans la zone lésée. De façon intéressante, nous montrons que l hypodynamie ne diminue pas le bénéfice apporté par l hypoxie respiratoire à la réparation osseuse. En conclusion, ce travail de thèse identifie l hypoxie respiratoire comme un candidat thérapeutique pertinent pour l amélioration de la réparation osseuse. Bien que la perte des contraintes mécaniques module la biologie des cellules ostéoprogénitrices en absence de lésion, l hypodynamie ne semble pas influencer la consolidation osseuse dans le cadre d une amélioration de la réparation par un épisode hypoxique tardif.Many environmental factors are known to influence bone cell fate, including proliferation, mobilization and differentiation of osteoprogenitor cells deriving from both hematopoietic and mesenchymal lineages. Among these factors, hypoxia and unloading (lack of mechanical loading / hypodynamia) are of particular interest. This study aims at investigating the impact of short-term hypobaric hypoxia and hindlimb unloading applied alone or in combination i) on the mobilization of osteocompetent progenitor cells on mice and ii) on the healing in a mouse model of surgical metaphyseal bone defect.In mice free of bone defect, our data indicate that respiratory hypobaric hypoxia acts as a mobilizing stimulus for osteoprogenitor cells. However, the effects of hypoxia in the bone marrow depend on whether mice are subjected to hindlimb unloading or not: hypodynamia tends to restrain the mobilization of both mesenchymal and erythroid progenitors under hypoxia. This suggests a potential detrimental influence of hypodynamia in the course of bone healing in hypoxic condition.In mice with surgery, we showed that hypobaric hypoxia during the remodelling process strongly enhances bone healing. A mobilization of both mesenchymal and hematopoietic progenitors is detected from the contralateral femur to the operated femur. In the lesion area, an acceleration of the repair process is evidenced. Interestingly, hindlimb unloading does not exert any negative influence on bone repair in our animal model. In conclusion, this study identifies delayed hypobaric hypoxia as a potent candidate to enhance bone healing. Even if unloading exerts significant effects on the biology of osteoprogenitor cells on mice free of bone defect, its influence is not detrimental for bone repair.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Rôle du couple Flt3-ligand/Flt3 et de l'activation des "Mitogen-activated protein kinases" p38 dans la dysmégacaryopoïèse des patients atteints de myélofibrose primitive.

La myélofibrose primitive (MFP) est un néoplasme myéloprolifératif (NMP) chronique BCR-ABL1-négatif associant une dérégulation de l hématopoïèse (myéloprolifération, dysmégacaryopoïèse et migration des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques (CSH/PH)) à une altération du stroma médullaire et splénique (fibrose ostéomyélosclérose, néoangiogenèse). Le mégacaryocyte (MK) est un acteur majeur de sa pathogenèse, via la production de cytokines et facteurs fibrosants, dans un contexte inflammatoire. Plusieurs arguments suggèrent que les mutations JAK2V617F et MPL515L/K qui caractérisent les NMP ne sont pas les événements initiaux de la MFP car elles ne sont retrouvées que chez la moitié des patients. L objectif de mon travail a été de rechercher si d autres anomalies, géniques ou non, pouvaient expliquer la pathogenèse de la MFP. Pour cela, parallèlement à une démarche génomique (transcriptome et CGH array), nous avons développé une approche de biologie cellulaire ciblée sur le rôle du stroma hématopoïétique. Bien que n ayant pas identifié d autres anomalies génomiques que celles décrites dans la littérature et en particulier, la délétion 13q, les approches génomiques que nous avons développées nous ont permis de préciser les bornes de cette délétion dans les PH CD34+ et les polynucléaires des patients. Cette délétion (région chromosomique minimale 13q14-13q21) est située à 2 mégabases (télomérique) du cluster FLT où est localisé le gène FLT3. Plusieurs arguments nous ont ensuite conduits à rechercher si le couple Flt3-ligand/Flt3 était impliqué dans la dérégulation de l hématopoïèse et plus particulièrement dans la dysmégacaryopoïèse observée chez les patients. Parmi ceux-ci, citons : 1) l existence d une modulation d expression de gènes inclus dans la zone de délétion 13q et dans le cluster FLT, dont le gène FLT3 et 2) le fait que Flt3, un récepteur clé de la régulation de l hématopoïèse primitive, soit souvent impliqué dans la pathogenèse d hémopathies malignes et que son ligand, Flt3-ligand, soit majoritairement produit par le stroma hématopoïétique. Notre étude montre une dérégulation de Flt3 et des MAPKs p38 dans les PH CD34+ et les MK des patients atteints de MFP et ceci, quelque soit leur statut mutationnel Jak2. Elle démontre également que la persistance de la stimulation de l axe Flt3/p38 en réponse à une production accrue de Flt3 ligand, participe à la dysmégacaryopoïèse qui caractérise la maladie. En effet, nous avons mis en évidence : 1) une augmentation du taux sérique de Flt3 ligand et de son expression par les cellules du stroma médullaire et splénique ainsi que par les PH des patients atteints de MFP, 2) une surexpression spécifique de son récepteur Flt3 et de sa phosphorylation dans les CSH/PH CD34+ et les progéniteurs mégacaryocytaires (MK), qui persistent au cours de la différenciation MK, quelque soit le statut mutationnel de Jak2 des patients, 3) une activation de Flt3 dans les progéniteurs MK en réponse au Flt3 ligand conduisant à la phosphorylation en cascade de la voie de signalisation des MAPKs p38 et à l expression de ses gènes cibles tels que AP-1, p53, NFATc4, ATF2, IL-8, 4) une restauration de la mégacaryopoïèse et une inhibition de la migration (Flt3-ligand)-dépendante des progéniteurs MK des patients après inhibition de Flt3 ou de p38.Nos résultats confirment l importance d une altération des MAPKs dans une dérégulation de l hématopoïèse et soulignent le rôle d une activation persistante de la voie p38, via le couple Flt3-ligand/Flt3, dans la dysmégacaryopoïèse qui caractérise la myélofibrose primitive. Ils suggèrent également que cette dérégulation participe au processus inflammatoire à l origine de la réaction stromale et lit d une transformation leucémique potentielle. Ce dialogue altéré entre les cellules hématopoïétiques pathologiques (Bad seeds), en particulier mégacaryocytaires et les cellules stromales (Bad soil), conforte notre concept Bad seeds in Bad soil . Ce travail pourrait contribuer à l amélioration de ce dialogue par des approches thérapeutiques ciblées sur l axe Flt3-ligand/Flt3 médié par l activation de p38 qui, en réduisant le processus inflammatoire, rétablirait un lien entre le Seed et le Soil .The primary myelofibrosis (PMF) is a chronic myeloproliferative neoplasm (NMP) BCR-ABL1-negative associating a dysregulation of hematopoiesis (myeloproliferation, dysmegacaryopoiesis and egress of hematopoietic stem and progenitor cells (HSC / PH)) from an altered bone marrow stroma (osteosclerosis, fibrosis, angiogenesis) to the spleen. The megakaryocyte (MK) is a major player in its pathogenesis through the production of cytokines and fibrotic factors in an inflammatory context. Several arguments suggest that mutations JAK2V617F and MPL515L / K which characterize the NMP are not the initial events of the PMF since they are found only in half of patients. The aim of my work was to investigate whether other abnormalities, genetic or otherwise, could explain the pathogenesis of the PMF. For this, a process parallel to genomics (transcriptome and CGH array), we developed a cell biology approach focused on the role of hematopoietic stroma.Although we have not identified other genomic abnormalities as those described in the literature and in particular, deletion 13q, by genomic approaches we have clarified the limits of this deletion in the PH CD34+ and polymorphonuclear patients. This deletion (chromosomal region 13q14-13q21 minimum) is located 2 megabases (telomeric) of the cluster where is located the FLT gene FLT3. Several arguments have then led to inquire whether the couple was involved in Flt3-ligand/Flt3 deregulation of hematopoiesis, especially in the dysmegakaryopoiesis observed in patients. Among these are: 1) the existence of an expression modulation of genes included in the area of deletion 13q and FLT in the cluster, as gene FLT3 and 2) the fact that Flt3, a key receptor the regulation of primitive hematopoiesis, is often implicated in the pathogenesis of hematologic malignancies and its ligand, Flt3-ligand, was predominantly produced by the hematopoietic stroma.Our study shows dysregulation of Flt3 and p38 MAPKs in CD34+ and PH MK from patients with PMF and this, whatever their Jak2 mutation status. It also shows that persistent stimulation of the axis Flt3/p38 in response to increased production of Flt3 ligand, participates in the dysmegacaryopoiesis that characterizes the disease. Indeed, we have highlighted: 1) an increase in serum Flt3 ligand and its expression by stromal cells and bone marrow and spleen by PH patients with PMF, 2) a specific overexpression of its receptor Flt3 and its phosphorylation in HSC / PH CD34+ and megakaryocytic progenitors (MK), which persist during the MK differentiation, regardless of the mutational status of Jak2 patients, 3) activation of Flt3 in MK progenitors by the Flt3 ligand leads to phosphorylation cascade signaling pathway, p38 MAPK and expression of its target genes such as AP-1, p53, NFATc4, ATF2, IL-8, 4) a restoration of megakaryopoiesis and inhibition of migration (Flt3-ligand)-dependent patients after of MK progenitors by Flt3 or p38 inhibitors.Our results confirm the importance of an alteration of MAPKs in a deregulation of hematopoiesis and highlight the role of a persistent activation of the p38 pathway, via the couple Flt3-ligand/Flt3 in the dysmegakaryopoiesis that characterizes idiopathic myelofibrosis. They also suggest that this dysregulation contributes to the inflammatory process at the origin of the stromal reaction and "bed" of a leukemic transformation potential. The dialogue among impaired hematopoietic cell disease (Bad Seeds), especially the stromal cells and megakaryocyte (Bad Soil), reinforces our concept of "Bad Seeds in Bad Soil". This work could help improve the dialogue with therapeutic approaches targeting the axis Flt3-ligand/Flt3 mediated by activation of p38 which, by reducing the inflammatory process, re-establish a link between the "seed" and the "Soil".PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Contribution de la chimiokine SDF-1 à la régulation de l'hématopoïèse primitive chez l'homme

PARIS7-Bibliothèque centrale (751132105) / SudocPARIS-BIUP (751062107) / SudocSudocFranceF

Rôle de la chimiokine SDF-1/CXCL12 et de des récepteurs CXCR4 et CXCR7 dans la régulation de la quiescence des progéniteurs hématopoïétiques humains

LE KREMLIN-B.- PARIS 11-BU Méd (940432101) / SudocSudocFranceF

Intérêt de la fonctionnalité SP ALDH et de la modélisation des niches hématopoïétiques pour une meilleure approche de la régulation de l'hématopoïèse

LE KREMLIN-B.- PARIS 11-BU Méd (940432101) / SudocSudocFranceF