Fonctions nucléaires du récepteur de CSF-1 dans les monocytes humains

par Laura Bencheikh

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Éric Solary et de Nathalie Droin.

Soutenue le 22-11-2017

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé (Villejuif, Val-de-Marne) , en partenariat avec Hématopoïèse normale et pathologique (Villejuif, Val-de-Marne) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .


  • Résumé

    CSF-1R (colony-stimulating factor 1 receptor) est un récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase exprimé à la surface des monocytes, des macrophages et de leurs progéniteurs. Son ligand, CSF-1, oriente les cellules souches hématopoïétiques vers le lignage myéloïde et permet la différenciation des monocytes en macrophages. Une localisation nucléaire de CSF-1R a été décrite dans certaines lignées tumorales, dans des tumeurs mammaires primitives et dans les macrophages murins. Dans le noyau de ces cellules, CSF-1R régulerait la phosphorylation de protéines nucléaires et l'expression de gènes de la prolifération. Nous avons identifié une localisation nucléaire de CSF-1R dans les monocytes primaires humains par différentes approches et différents anticorps. La forme nucléaire de CSF-1R correspond à la protéine entière monomérique qui est transportée depuis la membrane plasmique vers le noyau, de manière rétrograde, après activation par son ligand et avec celui-ci. L'utilisation d'inhibiteurs de l'activité kinase de CSF-1R diminue la quantité de récepteur dans le noyau. En revanche le blocage des mécanismes d'export nucléaire dépendant de CRM1 par la leptomycine B conduit à l'accumulation de la protéine dans ce compartiment. Dans les monocytes, CSF-1R est localisé sur la chromatine, dans les régions intergéniques et introniques et colocalise avec la marque H3K4me1 présente au niveau des enhancers activés. CSF-1R est situé à proximité de gènes régulant la morphogénèse, le développement du système nerveux, l'ossification et la différenciation cellulaire. Le récepteur est présent sur le promoteur du gène PU.1, facteur de transcription clé dans la différenciation myéloïde et la génération des monocytes, ainsi que sur des gènes impliqués dans la différenciation, la polarisation, la survie et les fonctions des macrophages. Au niveau de la chromatine, CSF-1R interagit avec des facteurs de transcription comme EGR1 sur lequel il exerce un effet co-répresseur. Cette localisation nucléaire de CSF-1R est conservée lorsque les monocytes se différencient en macrophages en réponse à CSF-1. CSF-1R nucléaire est alors relocalisé vers les régions promotrices et exoniques où il colocalise avec la marque H3K4me3. Il est présent à proximité de gènes régulant la vascularisation, la phagocytose, le métabolisme, la réponse au stress et à l'hypoxie. Il interagit avec les facteurs de transcription ELK1 et YY1, et joue un rôle de co-activateur. Lorsque les monocytes sont différenciés en macrophages par une autre cytokine, le GM-CSF, CSF-1R reste dans le noyau des cellules mais sa localisation sur la chromatine et ses interacteurs diffèrent de ceux des monocytes et des macrophages générés par CSF-1, démontrant un régulation différentielle de CSF-1R nucléaire selon le stade de différenciation et les signaux environnementaux. Dans des monocytes de patients atteints de leucémie myélomonocytaire chronique, l’expression, la localisation sur l’ADN et les interacteurs de CSF-1R sont modifiés, indiquant une dérégulation des fonctions nucléaires du récepteur en condition pathologique. CSF-1R est donc localisé dans le noyau des monocytes et des macrophages où il exerce un rôle de régulation de l'expression des gènes dont PU.1. Des résultats préliminaires suggèrent une localisation nucléaire du récepteur dans certaines populations de progéniteurs myéloïdes où il pourrait participer à la regulation de la différenciation. De nombreux inhibiteurs de CSF-1R sont en développement afin de cibler les macrophages infiltrant les tumeurs. Nos résultats démontrent que certains inhibiteurs ont la capacité de cibler la forme membranaire et la forme nucléaire du récepteur et donc d'inhiber l'ensemble des activités de CSF-1R dans les cellules, renforçant l'activité potentielle de ces traitements.

  • Titre traduit

    CSF-1 receptor nuclear functions in human monocytes


  • Résumé

    CSF-1R (colony-stimulating factor 1 receptor) is a transmembrane receptor with a tyrosine kinase activity. It is expressed at the cell surface of monocytes, macrophages and their progenitors. Its ligand, CSF-1, has an instructive role on hematopoietic stem cells to direct their differentiation into the myeloid lineage. CSF-1R is also able to differentiate monocytes into macrophages. A nuclear location was described for CSF-1R in cancer cell lines, primary breast tumors and murine macrophages. In the cell nucleus, CSF-1R was suggested to regulate nuclear protein phosphorylation and gene expression. We demonstrate that a small part of CSF-1R is in the nucleus of primary human monocytes, using different antibodies and technical approaches. Nuclear CSF-1R corresponds to full length monomeric receptor. After activation by its ligand, CSF-1R is translocated form cell surface to the nucleus through a retrograde transport, together with CSF-1. Kinase activity inhibitors impaired this process while inhibitors of CRM1-dependant nuclear export (leptomycin B) can revert this effect. In monocytes, CSF-1R is localized on chromatin, mainly on intergenic and intronic regions. It colocalizes with H3K4me1 mark which signs active enhancers. The receptor is present around genes involved in morphogenesis, nervous system development, ossification and cell differentiation. CSF-1R is also located on PU.1 promoter, which is a master transcription factor involved in myeloid and monocyte differentiation. CSF- 1R is also present on genes implicated in macrophage functions, differentiation, polarization and survival. At the chromatin level, CSF-1R interacts with different transcription factors like EGR1 and exerts a co-repressive role to decrease or limit gene expression. CSF-1R nuclear localization persists in macrophages generated by exposure of monocytes to CSF-1. It entails CSF-1R relocalization on promoter-TSS and exonic regions where it colocalizes with H3K4me3 mark. The receptor is close to genes regulating vascularization, phagocytosis, metabolism, stress and hypoxia responses. CSF-1R interacts with ELK1 and YY1 to promote macrophage functions. When monocytes are differentiated into macrophages with GM-CSF, CSF-1R also remains in the nucleus. However, its chromatin localization and interactions change compared to monocytes and CSF-1 differentiated macrophages. This indicates that nuclear CSF-1R is differentially regulated, depending on the cytokine that triggers cell differentiation. In monocytes from chronic myelomonocytic leukemia, CSF-1R expression, chromatin localization and interactors are modified, indicating a deregulated CSF-1R nuclear function under pathological state. Altogether, we showed that CSF-1R is localized in the nucleus of human monocytes and macrophages where it regulates gene expression including PU.1. Preliminary results suggest CSF-1R nuclear location in myeloid progenitor subsets where the receptor could directly regulate the expression of myeloid differentiation genes. Targeting CSF-1R is currently tested as a therapeutic strategy to impair tumor infiltrating macrophages. Our results show that CSF-1R inhibitors are able to target both membrane and nuclear forms and thus to inhibit all CSF-1R activities in the cells, enhancing the potential therapeutic effects of these molecules.


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