Molecular Basis of Erythroid Cell Proliferation and Differentiation / Tipparat Penglong ; sous la direction de Stany Chretien et de Punnee Butthep

Résumé / Abstract : Pour assurer la production de milliards de globules rouges, l’érythropoièse doit parfaitement contrôler les processus de prolifération et de différenciation. Ces deux processus sont régulés par l’expression de gènes spécifiques dépendant d’une coordination entre l’activité des facteurs de transcription (FT) et les fonctions épigénétiques portées par exemple par les protéines à bromodomaine. Cette étude se concentre sur les conséquences de l’association ou la dissociation du FT clef de l’érythropoièse GATA-1 avec les FT déterminant pour le cycle cellulaire, pRb et E2F. Dans la première partie de ma thèse, j’ai participé à l’étude du rôle de l’association/dissociation de GATA-1 et FOG-2 avec pRb/E2F dans le contrôle la balance prolifération/différenciation cellulaire. Nos résultats montrent que les souris exprimant une mutation de GATA-1 sur la sérine 310 (GATA-1S310A), qui a la capacité accrue à séquestrer E2F-2, présentent une anémie létale lorsqu’un mécanisme de compensation de production de E2F-2 induit par l’IGF-1 est inhibé. Puis, nous avons trouvé que les propriétés décrites pour GATA-1 sont partagées par le FT FOG-2 et montré que l’abrogation de sa fixation avec pRb induit une perturbation de l’adiposité dans des souris FOG-2pRb-. Dans la deuxième partie, l’expression de c-Myc étant régulé différentiellement par GATA-1 et E2F, j’ai testé si la drogue « JQ1 », premier inhibiteur épigenétique chimique de l’expression de c-Myc, pouvait contrôler l’érythropoièse. Pour cela, j’ai utilisé la ligné érythroleucémique UT7 qui prolifère sans se différencier en présence d’érythropoiétine (stade proérythroblaste). Les résultats montrent que le traitement par JQ1 bloque la prolifération des cellules UT7 et permet de réinitier le programme de différentiation érythroide terminale. J’ai alors recherché les mécanismes moléculaires impliqués dans cette régulation et trouvé que l’inhibition transcriptionnelle de c-Myc par JQ1 est associée à l’inhibition de l’activité transcriptionnelle de STAT5 sans modification de son état de phosphorylation. Enfin, j’ai montré que JQ1 pouvait avoir une activité comparable à celle du TGF-b mais sans implication les voies Smad. Des études in vivo montre que JQ1 augmente la viabilité cellulaire et accélère la maturation des cellules érythroides à la fois chez les souris sauvages et thalassémiques. Cette différence d’action de JQ1 sur l’érythropoièse normale et pathologique implique des modifications épigénétiques différentielles entre ces deux types cellulaires et sont à la base de nouvelles stratégies du traitement du cancer. Le rôle clef de la régulation de l’association/dissociation de GATA-1 ou FOG-2 avec pRb/E2F dans l’érythropoièse et l’adipogénèse, nous a conduit, dans une troisième partie, à déterminer in vivo, les conséquences physiologiques de la séquestration de E2F par pRb. Pour cela nous avons crée une souris transgénique exprimant de façon conditionnelle un peptide contenant la partie N terminale de GATA-1 qui se fixe à pRb (GATA-1Nter). In vitro, ce peptide séquestre E2F dans le complexe GATA-1Nter/pRb et inhibe la prolifération cellulaire de façon irréversible. In vivo, aucune souris transgéniques exprimant le peptide GATA-1Nter n’a pu être sélectionnée et une mortalité au stade embryonnaire est observée. Une expression induite de ce peptide au stade adulte ne produit que des souris chimériques avec une fréquence de recombinaison du transgène GATA-1Nter importante. L’établissement de lignées stables de souris exprimant le peptide GATA-1Nter permettra de déterminer les conséquences physiologiques de la séquestration de E2F dans le complexe GATA-1Nter/pRb.

Résumé / Abstract : To ensure the generation of billions of erythrocytes daily, erythropoiesis must be well controlled by proliferation and differentiation processes. These two processes are regulated by expressions of specific genes, coordinated by transcription factors (TFs) and epigenetic factors, such as bromodomain proteins. This study focused on the effects of the binding and dissociation of a key erythroid TF, GATA-1, to the crucial cell cycle TFs, pRb and E2F. In the first part of this thesis, the role of GATA-1 and FOG-2 binding to pRb/E2F in a control balances between cell proliferation and differentiation was studied. Mice bearing a GATA-1 mutation (GATA-1S310A) displayed higher levels of E2F2 sequestration and suffered from fatal anemia when the compensatory pathway of E2F2 production via IGF-1 signaling was also inhibited. The properties described for GATA-1 were found to be common to FOG-2, and the abolition of FOG-2 binding to pRb led to obesity resistance in FOG-2pRb- mice. In the second part of this work, as c-Myc is regulated by GATA-1 and E2F, the first chemical epigenetic inhibitor repressing c-Myc expression to be described, JQ1, was investigated to see if it could control erythropoiesis. The UT7 erythroleukemia cell line, which proliferates without differentiating was used. This cell line stops differentiation at the proerythroblast stage, in response to erythropoietin. JQ1 treatment inhibited UT7 proliferation and restored terminal erythroid differentiation. The molecular mechanism underlying this regulation by JQ1 was shown that the inhibition of c-Myc expression was associated with the inhibition of STAT5 transcription, with no change in the phosphorylation of this protein. It was found that JQ1 had a putative TGF--like activity, which did not involve the Smad pathway. It was shown in the ex vivo studies that JQ1 increased the viability of erythroid cells and accelerated the maturation of these cells in both WT and thalassemic mice. The observed differences between leukemic and normal erythropoiesis involved differential epigenetic modifications that could be at the basis of new strategies regarding cancer treatment.The key role of the association of GATA-1 or FOG-2 had with pRb/E2F, and the dissociation of these factors, in erythropoiesis and adipogenesis, respectively, led us to investigate, in vivo, the physiological consequences of E2F sequestration by pRb. As a result, transgenic mice displaying conditional expression of a peptide containing the N-terminal part of GATA-1 that binds to pRb (GATA-1Nter) were developed. In vitro, this peptide traps E2F in a GATA-1Nter/pRb complex, resulting in the irreversible inhibition of cell proliferation. The yield of transgenic mice expressing the GATA-1Nter peptide in vivo was unsuccessful, as this expression lead to lethality at the embryonic stage. Using an alternative approach, based on the inducible expression of the peptide in adults, chimeric mice with a high frequency of recombination of the GATA-1Nter transgene were obtained for this study. The establishment of a stable mouse line expressing the GATA-1Nter peptide should make it possible to determine the pathophysiological consequences of E2F sequestration in the GATA-1Nter/pRb complex.