Rôle de l’AMPK au cours de l’érythropoïèse murine et humaine

par Meriem Ladli

Thèse de doctorat en Hématologie

Sous la direction de Frédérique Verdier.

Soutenue le 29-11-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Institut Cochin / UM3 (UMR 8104 / U1016) (laboratoire) .

Le président du jury était Benoît Viollet.

Le jury était composé de Frédérique Verdier, Benoît Viollet, Emmanuel Gyan, Loïc Garçon, Isabelle Plo, Arnaud Jacquel.

Les rapporteurs étaient Emmanuel Gyan, Loïc Garçon.


  • Résumé

    L’érythropoïèse adulte est un processus complexe qui a lieu dans la moelle osseuse, il aboutit à la formation de globules rouges (GR) à partir des cellules souches hématopoïétiques. L’AMPK (AMP-activated protein kinase) est un complexe hétérotrimérique (αβγ) connu pour son rôle de régulateur du métabolisme énergétique cellulaire. L'implication de l’AMPK dans le maintien de la survie et de l’intégrité des globules rouges murins a été démontrée. En effet, les souris invalidées pour Ampk α1, β1 ou γ1 présentent une anémie hémolytique due à une anomalie de la déformabilité des globules rouges. Nous avons émis l’hypothèse que les altérations observées dans les érythrocytes déficients en AMPK pourraient se mettre en place au cours du processus de différenciation des érythroblastes. L’objectif de ce travail est donc d’étudier le rôle de l'AMPK au cours de l’érythropoïèse murine et humaine adulte. Chez la souris, nos résultats démontrent que l’absence de l’AMPK n’affecte ni la prolifération ni la survie ni la différenciation des érythroblastes Ampkα1-/-. De la même façon, l’activation de l’AMPK n’a pas d’effet sur les érythroblastes murins. Chez l’homme, nous avons montré par une approche shRNA que l’inhibition de l’expression de la sous-unité α1 de l’AMPK induit un ralentissement de la prolifération cellulaire et une anomalie de l’érythropoïèse révélée par une modification de l’expression des protéines membranaires à la surface des érythroblastes au cours de la différenciation. Nous avons également montré que l’AMPK est fortement activée dans les érythroblastes immatures (Pro-E –Baso-E) et que cette activation diminue dans les érythroblastes matures (Poly-E – Retic). Une activation de l’AMPK par des activateurs directs (GSK621 et 991) dans les érythroblastes immatures n’a pas d’effet. Par contre, le maintien de son activation par les activateurs directs dans les érythroblastes matures induit, un arrêt du cycle cellulaire en phase S, une induction de l’autophagie, une apoptose caspase dépendante conduisant à un arrêt de la différenciation au stade Baso-E. Ces résultats montrent l’importance de la diminution de l’activation de l’AMPK pour la survie et la différenciation des érythroblastes matures. L’AMPK est donc importante pour la différenciation des cellules érythroïdes humaines alors que chez la souris, elle est impliquée dans le fonctionnement du globule rouge. Notre travail illustre donc un nouveau point de divergence entre l’érythropoïèse murine et l’érythropoïèse humaine.


  • Résumé

    AMPK (AMP-activated protein kinase) is a heterotrimeric complex containing α, β, and γ subunits, known for its role in the maintenance of cellular energy homeostasis. It has been shown that Ampk is involved in maintaining integrity of murine RBCs as well as their survival. Indeed, Ampk α1-/- and Ampk γ1-/- mice present a hemolytic anemia, and their RBCs show elasticity defects in their plasma membrane. We hypothesized that the alterations observed in AMPK-deficient erythroblasts were the results of a lack of Ampk earlier during erythroid differentiation. Therefore, we aim to study the role of AMPK during human and murine erythropoiesis. We showed that the absence or activation of Ampk in mice does not affect either the survival, proliferation, or the differentiation of KO erythroblasts compared to WT ones. In human, our data show that the knockdown of the α1 subunit expression by shRNA induces a slowing down of cell proliferation and a dyserythropoiesis, indicated by the shift in pattern of cell surface markers expression during differentiation. In addition, we showed that phosphorylation of AMPK (Thr172) and its target ACC (Ser 79) are elevated in immature (Pro-E –Baso-E) erythroblasts, and then decreased conjointly with the erythroid differentiation. AMPK activation in immature erythroblasts has no effect. Conversely, in mature (Poly-E – Retic) erythroblasts, the persistence of AMPK expression induces a cell cycle arrest in S phase, followed by the induction of autophagy, and of caspase-dependent apoptosis with a differentiation arrest at basophilic erythroblast stage. Our results demonstrate the importance of finely-tuned regulation of AMPK during adult human erythropoiesis. AMPK is needed for efficient erythropoiesis in human, whereas it is involved solely in RBCs function in mice, showcasing yet another contrasting point between human and mouse erythropoiesis.

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