Caractérisation du rôle et des mécanismes d’action des gènes Hoxa dans l’hématopoïèse adulte

Chez les humains, un large pourcentage de leucémies myéloïdes et lymphoïdes exprime des gènes Homéobox (Hox) de façon aberrante, principalement ceux du groupe des gènes Hoxa. Cette dérégulation de l’expression des gènes Hox peut provenir directement des translocations impliquant des gènes Hox ou indirectement par d’autres protéines ayant un potentiel oncogénique. De plus, plusieurs études indiquent que les gènes Hox jouent un rôle essentiel dans l'initiation de diverses leucémies. Comprendre le fonctionnement des gènes Hox dans l'hématopoïèse normale est donc une condition préalable pour élucider leurs fonctions dans les leucémies, ce qui pourrait éventuellement conduire à l’élaboration de nouveaux traitements contre cette maladie. Plusieurs études ont tenté d’élucider les rôles exacts des gènes Hox dans l'hématopoïèse via l’utilisation de souris mutantes pour un seul gène Hox. Or, en raison du phénomène de redondance fonctionnelle chez cette famille de gènes, ces études ont été peu concluantes. Il a été précédemment démontré que dans une population de cellules enrichies en cellules souches hématopoïétiques (CSH), les gènes du cluster Hoxa sont plus exprimés que les gènes Hox des autres clusters. Aussi, il a été établi que les gènes du cluster Hoxb sont non essentiels à l’hématopoïèse définitive puisque les CSH mutantes pour les gènes Hoxb1-9 conservent leur potentiel de reconstitution à long terme. En nous basant sur ces données, nous avons émis l'hypothèse suivante : les gènes Hoxa sont essentiels pour l'hématopoïèse normale adulte. Pour tester notre hypothèse, nous avons choisi d’utiliser un modèle de souris comportant une délétion pour l’ensemble des gènes Hoxa. Dans le cadre de cette recherche, nous avons démontré que les CSH, les progéniteurs primitifs et les progéniteurs des cellules B sont particulièrement sensibles au niveau d'expression des gènes Hoxa. Plus particulièrement, une baisse de la survie et une différenciation prématurée semblent être à l’origine de la perte des CSH Hoxa-/- dans la moelle osseuse. L’analyse du profil transcriptionnel des CSH par séquençage de l'ARN a révélé que les gènes Hoxa sont capables de réguler un vaste réseau de gènes impliqués dans divers processus biologiques. En effet, les gènes Hoxa régulent l’expression de plusieurs gènes codant pour des récepteurs de cytokine. De plus, les gènes Hoxa influencent l’expression de gènes jouant une fonction dans l’architecture de la niche hématopoïétique. L’expression de plusieurs molécules d’adhésion est aussi modulée par les gènes Hoxa, ce qui peut affecter la relation des CSH avec la niche hématopoïétique. L’ensemble de ces résultats démontre que les gènes Hoxa sont d'importants régulateurs de l'hématopoïèse adulte puisqu’ils sont nécessaires au maintien des CSH et des progéniteurs grâce à leurs effets sur plusieurs processus biologiques comme l'apoptose, le cycle cellulaire et les interactions avec la niche.In humans, a large percentage of myeloid and lymphoid leukemias exhibit aberrant Homeobox (Hox) genes expression, predominantly Hoxa genes. This aberrant expression is known to be caused by either translocations involving Hox genes or indirect activation of Hox genes. In addition, evidence now indicates a critical role for Hox genes in the initiation of leukemias. Clearly, understanding how Hox genes function in normal hematopoiesis is prerequisite to elucidate their involvement in leukemogenesis and this may eventually lead to new treatments for this disease. Attempts to determine the precise role(s) of Hox genes in normal hematopoiesis using single gene loss of function mutants have shown little success due to functional complementation by the remaining Hox genes. We previously showed that the Hoxa genes are much higher expressed in enriched hematopoietic stem cell (HSC) populations than the other members of the Hox gene family. Moreover, Hoxb cluster genes were found to be dispensable for HSCs long-term repopulation of irradiated mice. Thus, we hypothesize that Hoxa genes are critical for normal adult hematopoiesis. We have used a multi-gene knockout (KO for the entire Hoxa cluster) approach to thoroughly evaluate this issue. In this thesis, we showed that HSC, primitive progenitors and B cell progenitors are particularly sensitive to the levels of Hoxa gene expression. Furthermore, a lower survival and a premature differentiation account for the loss HSC Hoxa-/- in bone marrow. Differential expression profiling by RNASeq revealed that Hoxa genes are capable of regulating a broad array of genes involved in various biological processes. Indeed, Hoxa genes regulate the expression of several genes coding for cytokine receptors. Furthermore, Hoxa genes modulate the expression of genes implicated in the regulation and formation of the niche architecture. The expression of several adhesion molecules is also modulated by the Hoxa genes, which can affect the relationship of HSC with the hematopoietic niche. Through their action on several biological processes such as apoptosis, cell cycle and niche interactions, Hoxa genes are necessary for maintenance of HSC and progenitors. Taken together, these results demonstrate that Hoxa genes are important regulators of adult hematopoiesis

Hoxa cluster genes determine the proliferative activity of adult mouse hematopoietic stem and progenitor cells

Determination of defined roles for endogenous homeobox (Hox) genes in adult hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) activity has been hampered by a combination of embryonic defects and functional redundancy. Here we show that conditional homozygous deletion of the Hoxa cluster (Hoxa−/−) results in a marked reduction of adult HSPC activity, both in vitro and in vivo. Specifically, proliferation of Hoxa−/− HSPCs is reduced compared with wild-type (WT) cells in vitro and they are less competitive in vivo. Notably, the loss of Hoxa genes had little impact on HSPC differentiation. Comparative RNA sequencing analyses of Hoxa−/− and WT hematopoietic stem cells (CD150+/CD48−/Lineage−/c-kit+/Sca-1+) identified a large number of differentially expressed genes, three of which (Nr4a3, Col1a1, and Hnf4a) showed >10-fold reduced levels. Engineered overexpression of Hoxa9 in Hoxa−/− HSPCs resulted in partial phenotypic rescue in vivo with associated recovery in expression of a large proportion of deregulated genes. Together, these results provide definitive evidence linking Hoxa gene expression to proliferation of adult HSPCs

Hoxa9 collaborates with E2A-PBX1 in mouse B cell leukemia in association with Flt3 activation and decrease of B cell gene expression

Background: The fusion protein E2A-PBX1 induces pediatric B cell leukemia in human. Previously, we reported oncogenic interactions between homeobox (Hox) genes and E2A-PBX1 in murine T cell leukemia. A proviral insertional mutagenesis screen with our E2A-PBX1 B cell leukemia mouse model identified Hoxa genes as potential collaborators to E2A-PBX1. Here we studied whether Hoxa9 could enhance E2A-PBX1 leukemogenesis. Results: We show that Hoxa9 confers a proliferative advantage to E2A-PBX1 B cells. Transplantation experiments with E2A-PBX1 transgenic B cells overexpressing Hoxa9 isolated from bone marrow chimeras showed that Hoxa9 accelerates the generation of E2A-PBX1 B cell leukemia, but Hoxa9 is unable to transform B cells alone. Quantitative-reverse transcriptase polymerase chain reaction analysis demonstrated a strong repression of B cell specific genes in these E2A-PBX1/Hoxa9 leukemias in addition to Flt3 activation, indicating inhibition of B cell differentiation in combination with enhanced proliferation. Overexpression of Hoxa9 in established E2A-PBX1 mouse leukemic B cells resulted in a growth advantage in vitro, which was also characterized by an enhanced expression of Flt3. Conclusions: we show for the first time that Hoxa9 collaborates with E2A-PBX1 in the oncogenic transformation of B cells in a mouse model that involves Flt3 signaling, which is potentially relevant to human disease