Effet autocrine/paracrine de la signalisation de CXCL12/CXCR4-CXCR7 dans la niche endostéale de la moelle osseuse: impact sur la spécification et l'engagement lymphoïde.

par Julie Nguyen

Projet de thèse en Immunologie

Sous la direction de Karl Balabanian.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué , en partenariat avec Cytokines, chimiokines et immunopathology (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2014 .


  • Résumé

    Les cellules souches hématopoïétiques et les progéniteurs (CSPH) sont responsables de la génération des cellules sanguines et des cellules du système immunitaire. Des altérations des CSPH sont impliquées dans différentes pathologies telles que les immunodéficiences et les leucémies. Afin d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques, il est important de comprendre le développement de ces pathologies. Les CSPH résident dans la moelle osseuse où elles sont entourées de cellules appelées « cellules stromales ». Ces cellules forment les niches hématopoïétiques qui confèrent tous les éléments nécessaires au maintien et au devenir des CSPH. Deux niches principales ont été décrites dans la moelle osseuse. La niche endostéale, localisée au niveau de l'os, est composée d'ostéoblastes et d'ostéoclastes, responsables principalement de la formation de la masse osseuse. La niche périvasculaire, localisée au niveau des sinusoïdes, contient diverses cellules stromales. Ces niches sont importantes pour le devenir des CSPH. En effet, elles jouent un rôle dans la spécification et l'engagement des progéniteurs dans les lignages lymphoïdes et myéloïdes, s'effectuant à partir du stade des progéniteurs multipotents (MPP). Cependant, les mécanismes à l'origine de ce processus de spécification et la contribution de l'environnement ne sont pas connus. L'axe formé par la chimiokine CXCL12 et CXCR4 est important dans l'homéostasie de l'organisme et joue un rôle important dans la survie, le maintien et la quiescence des CSPH. Un nouveau récepteur de cette chimiokine à été identifié : CXCR7, cependant son rôle au sein de cet axe reste à définir. Il a été démontré par délétion conditionnelle de la chimiokine CXCL12 dans les ostéoblastes que cela impactait le lignage lymphoïde à partir de stades précoces de l'hématopoïèse. Le Syndrome WHIM (Warts, Hypogammaglobulinemia, Infections and Myelokathexis) est un déficit immuno-hématologique caractérisé par une leucopénie circulante. Ce syndrome résulte de mutations dans le gène codant pour CXCR4, qui tronquent partiellement le domaine C-terminal de la protéine et entraînent un défaut de désensibilisation en réponse à CXCL12. Afin de déterminer l'origine de la lymphopénie, nous avons généré un modèle murin hétérozygote (Cxcr4+/1013). Ces souris présentent une lymphopénie circulante et un défaut d'internalisation de Cxcr4, traduit par une hypersensibilité à Cxcl12. Les analyses de la moelle osseuse (MO) révèlent que le nombre de cellules souches hématopoïétiques (HSC) n'est pas altéré, cependant les progéniteurs MPP, LMPP et CLP (précurseurs du lignage lymphoïde) sont diminués. Ces anomalies s'accompagnent d'une augmentation de la détection de Cxcl12 dans la MO des souris mutantes. De plus les reconstitutions de l'hématopoïèse à long terme indiquent que ces altérations résultent de défauts intrinsèques (leucocytes) mais aussi extrinsèques (stroma). En effet CXCR4 est exprimé de façon ubiquitaire, le gain de fonction est donc également présent dans les cellules de l'environnement. L'analyse des cellules stromales dans la MO des souris mutantes révèle que le nombre d'ostéoblastes (OBs) dans la niche endostéale est diminué. De plus la quantité de transcrits de Cxcl12 dans ces OBs est augmentée chez les souris mutantes. L'objectif du projet est de déterminer comment CXCL12 et ses récepteurs contribuent au maintien de la niche endostéale dans la MO mais également de définir comment cette niche est impliquée dans la localisation des MPP spécifiés lymphoïdes et dans leur différenciation.

  • Titre traduit

    Autocrine/paracrine CXCL12/CXCR4-CXCR7 signaling within the bone marrow endosteal niche: impact on lymphoid specification and commitment


  • Résumé

    Hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) are responsible for the generation of blood cells and immune system cells. Alterations of HSPC are involved in various pathologies such as immunodeficiencies and leukemias. To identify new therapeutic targets, it is important to understand the development of these diseases. The HSPC reside in the bone marrow (BM) where they are surrounded by cells called "stromal cells". These cells form hematopoietic niches that give all the factors important for the maintain and the fate of HSPC. Two main niches have been described in the bone marrow. The endosteal niche, located at the bones, consists of osteoblasts and osteoclasts that are responsible for the formation of bone mass. The perivascular niche, localized at the sinusoids, contains various stromal cells. These niches are important for the fate of HSPC. In fact, they play a role in the specification and the commitment of progenitors in lymphoid and myeloid lineages, taking place from the stade multipotent progenitors (MPP). However, the mechanisms behind this process specification and environmental contributions are still unknown. The axis formed by the chemokine CXCL12 and CXCR4 is involve in the homeostasis of body and plays an important role in the survival, maintenance and quiescence of HSPC. A new receptor of this chemokine has been identified: CXCR7, however its role within this axis has to be defined. It has been shown that conditional deletion of the chemokine CXCL12 in osteoblasts impairs lymphoid lineage from early stages of hematopoiesis. The WHIM syndrome (Warts, hypogammaglobulinemia, infections and Myelokathexis) is an immuno-hematological deficit characterized by a circulating leukopenia. This syndrome is caused by mutations in CXCR4 which truncate partially the C-terminal domain of the protein and result in desensitization of defect in response to CXCL12. To determine the origin of lymphopenia, we generated a heterozygous mouse model (CXCR4 + / 1013). These mice exhibit circulating lymphopenia and an internalization of CXCR4 default, resulting in hypersensitivity to CXCL12. Analysis of bone marrow (BM) indicates that the number of hematopoietic stem cells (HSC) are not significantly affected, however progenitors MPP LMPP and CLP (precursors of lymphoid lineage) are reduced. These abnormalities are associated with an increase in detection of CXCL12 in the BM mutant mice. The long-term hematopoiesis reconstructions indicate that these alterations are intrinsic defects (white blood cells) but also extrinsic (stroma). Indeed, CXCR4 is expressed ubiquitously, the gain function is also present in the cells of the environment. Analysis of stromal cells in the BM mutant mice shows that the number of osteoblasts in the endosteal niche is decreased. Moreover the quantity of transcripts of CXCL12 in these cells is increased in the mutant mice. The project objective is to determine how CXCL12 and its receptors contribute to the maintenance of endosteal niche in the BM but also to define how this niche is involved in the location specified lymphoid MPP and differentiation.