Étude des kinases PIMs dans l’érythropoïèse normale et pathologique

par Pierre Montanari

Thèse de doctorat en Hématologie et oncologie

Sous la direction de Yaël Zermati.

Soutenue le 30-11-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) .


  • Résumé

    L’érythropoïèse désigne l’ensemble des phénomènes de prolifération et de maturation qui permettent d’obtenir les globules rouges à partir de cellules souches médullaires. C’est un processus de différenciation continue qui génère des cellules érythroïdes de plus en plus matures. L’érythropoïétine (EPO) est le principal régulateur de l’érythropoïèse. En effet, il est indispensable à la survie et à la prolifération des progéniteurs érythroïdes et des précurseurs érythroblastiques. Le rôle des Pims kinases dans la régulation de l'érythropoïèse n’a pas été étudié bien qu’il ait été montré que les souris invalidées pour les trois gènes de la famille Pim présentent une anémie. De plus, une forte diminution du nombre de progéniteurs érythroïdes est observée chez les souries invalidées pour le gène Pim2 et Pim1, suggérant l’importance de cette kinase dans l’érythropoïèse murine. Aucune étude n’a été réalisée pour comprendre le rôle des PIMs dans l’érythropoïèse humaine. Nous avons donc cherché à comprendre l'implication des PIMs kinases dans l'érythropoïèse normale humaine. Nous avons pu montrer que les PIMs kinases sont exprimées dans des érythroblastes humains normaux. En effet, elles sont fortement exprimées en début de différenciation et leur expression diminue au cours de la maturation terminale. Nous avons mis en évidence que l'expression des trois PIMs est régulée au niveau transcriptionnel par l'EPO. Nous avons également montré que les PIMs kinases régulent positivement la prolifération des cellules érythroïdes immatures. Nous avons aussi observé qu'elles soutiennent l'expression du récepteur de la transferrine (TFR1) à la surface des érythroblastes immatures. TFR1 est important pour les érythroblastes car il permet de faire entrer le fer dans ces cellules, où il est intégré dans l’hème permettant la synthèse de l'hémoglobine. L'hémoglobine est nécessaire à la fonction du globule rouge dans le transport de l'oxygène ainsi que pour l'oxygénation des cellules. Ensuite, nous avons voulu étudier le rôle de chacune de ces trois kinases dans les érythroblastes. Nous avons mis en évidence que la kinase PIM2 joue un rôle clef dans l'érythropoïèse normale en étant indispensable à la survie des cellules érythroïdes. Au niveau moléculaire, l’inhibition de PIM2 ne modifie pas la balance des facteurs pro et anti-apoptotiques mais entraîne des dommages à l’ADN. L'apparition de ces dommages est suivie d'une induction de l'apoptose cellulaire. Dans une pathologie comme la Maladie de Vaquez (MV), nous avons mis en évidence que l'inhibition des PIMs diminue le nombre et la taille des colonies érythroïdes, entraîne la diminution de prolifération cellulaire et aussi, pour certains patients, l'apoptose de leurs cellules. Nos résultats mettent donc en évidence que les PIMs sont importantes dans l’érythropoïèse normale humaine et que les inhibiteurs des PIMs pourraient être un traitement alternatif aux traitements classiques dans la MV.


  • Résumé

    Erythropoiesis encompasses both the proliferation and maturation of bone marrow stem cells, leading to the production of Red Blood Cells (RBCs). It is a process of continuous differentiation that generates more and more mature erythroid cells. Survival and proliferation of erythroid progenitors and erythroblastic precursors is dependent on the cytokine Erythropoietin (EPO), which is the main regulator of erythropoiesis. The PIMs kinases are proto-oncogenes involved in survival and proliferation, whose family is comprised of three members in Humans. The role of PIMs kinases in the regulation of erythropoiesis has not been studied, although it has been shown that mice knocked out for all three genes of the PIM family have anemia. In addition, a sharp decrease in the number of erythroid progenitors is observed in mice knocked out for both the Pim2 and Pim1 gene. All in all, it suggests the importance of these kinases in murine erythropoiesis, and may be also relevant in human erythropoiesis. Therefore, we sought to understand the involvement of PIMs kinases in normal human erythropoiesis. We have been able to show that PIMs kinases are expressed in normal human erythroblasts. Indeed, they are strongly expressed at the beginning of the erythroid differentiation, and their expression decreases during terminal maturation. We have shown that the expression of the three PIMs kinases is regulated at the transcriptional level by EPO. We also have shown that PIMs kinases positively regulate the proliferation of immature erythroid cells. We observed that they support the expression of the transferrin receptor 1 (TFR1) on the surface of immature erythroblasts. TFR1 is crucial for erythroblasts as it allows iron to enter these cells, where it is used for hemoglobin synthesis. Hemoglobin is absolutely required for RBCs function as oxygen transporters, responsible for the oxygenation of the whole organism. Then, we wanted to study the role of each of these three kinases in erythroblasts. We have shown that PIM2 kinase plays a key role in normal erythropoiesis by being essential for the survival of erythroid cells. At the molecular level, inhibition of PIM2 does not alter the balance of pro- and anti-apoptotic factors, but results in damages to DNA. The appearance of these damages is followed by an induction of cellular apoptosis. In a pathology such as Polycythemia Vera (PV), we have demonstrated that the inhibition of PIMs decreases both the number and the size of erythroid colonies. It also slows down cell proliferation, and for some patients, it induces cellular apoptosis. Our results highlight that PIMs are important in human normal erythropoiesis and that inhibitors of PIMs could be an alternative to conventional treatments in PV.

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