Etude du rôle D'ISG15, une protéine apparentée à l'ubiquitine, au cours dela différentiation érythroide

Study of the role of the ubiquitin-like protein ISG15 in erythroid development

• Auteur / Autrice : Ana-Leticia Maragno
• Direction : Christine Tran Quang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine
• Date : Soutenance le 08/04/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé (2000-2015 ; Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Simon Saule
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Ghysdael
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marieke Von Lindern, Olivier Gandrillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteur de transcription STAT-5

Cytokines

Érythropoïèse

Mots clés libres

ISGylation

Isg15

Différenciation érythroide

Stat5

ISGylation

Isg15

Erythroid differentiation,

Stat5.

Résumé

L’érythropoïèse constitue un processus continu et ordonné au cours duquel des progéniteursérythroides commis prolifèrent et se différencient en globules rouges. Au cours d’un criblage visant à identifierdes gènes dont l’expression est régulée au cours de la différenciation terminale, nous avons identifié ISG15comme un gène dont l’expression est induite dans les stades tardifs de la différenciation érythroïde. ISG15appartient à la famille des protéines apparentées à l’ubiquitine et est conjuguée directement à des résidus Lysinede protéines cibles. La séquence des évènements moléculaires qui président à la modification de résidus Lysinedes protéines par ISG15 (ISGylation) est très semblable à ceux mis en oeuvre dans l’ubiquitination des protéines.Nous avons montré que l’expression d’ISG15 et des enzymes liées au processus d’ISGylation Ube1L, UbcM8 etHerc6 est induite au cours de l’érythropoièse in vivo et aussi dans des érythroblastes en culture induits à sedifférencier en réponse à l’Epo. Grâce à ce système de culture in vitro, nous avons montré que l’induction de cesgènes est majoritairement indépendante de la voie de signalisation IFN, et partiellement dépendante de la voie designalisation Epo. La comparaison de l’érythropoïèse dans des souris contrôles et des souris dans lesquelles legène ISG15 a été inactivé (ISG15-/-), montre une diminution du nombre de progéniteurs BFU-E et CFU-E dansla moelle osseuse avec une augmentation des BFU-E/CFU-E dans la rate des animaux ISG15-/-. Nous avonsaussi montré que les érythroblastes ISG15-/- sont inhibés dans leur différenciation terminale, à la fois in vivo et invitro. A l’inverse, la surexpression d’ISG15 dans les érythroblastes se révèle faciliter la différenciationérythroide. Au niveau moléculaire, nous avons montré que des acteurs importants de la différenciation érythroidepeuvent être ISGylés, comme par exemple STAT5, Globine, PLCγ et ERK2. En ce qui concerne plusprécisément STAT5, nous avons montré que son ISGylation est induite au cours de la différenciation et avonscherché à identifier les conséquences de son ISGylation. Dans le contexte d’une protéine de fusion, STAT5ISGylée se lie mieux à son site de liaison à l’ADN, une propriété associée avec une régulation positive de TfR etBCL-XL, deux gènes précédemment décrits comme étant régulés par STAT5 dans les érythroblastes. L’ensemblede ces résultats établit un nouveau rôle pour ISG15 au cours de la différenciation érythroide, en plus de sesfonctions anti-virales bien caractérisées

Erythropoiesis is an orderly continuous process during which committed erythroid progenitorcells proliferate and differentiate into mature red blood cells. In a search for genes that are deregulated duringthis differentiation process, we have identified ISG15 as being induced during the late stages of erythroiddifferentiation. ISG15 belongs to the ubiquitin-like protein family and is covalently linked to target proteins bythe enzymes of the ISGylation machinery. Using both in vivo and in vitro differentiating erythroblasts, we haveshown that expression of ISG15 as well as the ISGylation process related enzymes Ube1L, UbcM8 and Herc6are induced during erythroid differentiation. Moreover, using in vitro differentiating erythroblasts, we haveshown that the induction of these genes is mostly independent of IFN signaling, while it is partially dependent onEpo signaling in these cells. Our analysis of the ISG15 deficient mice have shown a decreased number of BFUE/CFU-E in the bone marrow, associated with an increased number of these cells in the spleen of these animals,a phenotype reminiscent of stress erythropoiesis. While ISG15-/- bone marrow and spleen-derived erythroblastsshowed a less differentiated phenotype both in vivo and in vitro, over-expression of ISG15 in erythroblasts wasfound to facilitate erythroid differentiation. At the molecular level, we have shown that important effectors oferythroid differentiation can be ISGylated, including STAT5, Globin, PLCγ and ERK2. Attempt to identify theconsequences of ISGylation has only been performed for STAT5. When studied in the context of a fusionprotein, ISGylated STAT5 was found endowed with a higher capacity to bind DNA, a property associated withup-regulation of TfR and Bcl-XL, two genes previously described as being regulated by STAT5 during erythroiddifferentiation. This establishes a new role for ISG15, in addition to its well-characterized anti-viral functions,during erythroid differentiation.