Étude fonctionnelle du lignage des cellules exprimant le facteur de transcription mésenchymateux pro-fibrosant Prrx1 (Paired Related Homeobox protein 1) dans le poumon normal et de fibrose

par Méline Homps-Legrand

Thèse de doctorat en Physiologie et physiopathologie

Sous la direction de Arnaud Mailleux.

Soutenue le 29-04-2022

à l'Université Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Physiopathologie et Epidémiologie des Maladies Respiratoires (Paris ; 2014-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Bruno Crestani.

Le jury était composé de Bruno Crestani, Emilie Boncoeur, Laurent Plantier, Justine Frija-Masson, Olivier Burgy.

Les rapporteurs étaient Emilie Boncoeur, Laurent Plantier.

mots clés

• Fibrose pulmonaire idiopathique
• Fibroblastes
• Modèles animaux
• Lignage cellulaire
• Facteur de transcription
• Fibrose pulmonaire interstitielle diffuse
• Lignage cellulaire
• Fibroblastes

Résumé

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est une pathologie fibrosante pulmonaire associée à des agressions répétées de l'épithélium alvéolaire pulmonaire âgé et la réactivation de voies de développement embryonnaires, conduisant ainsi à la migration et l'accumulation de cellules mésenchymateuses, en particulier les myofibroblastes, au niveau de la lésion. Prrx1 est un facteur de transcription mésenchymateux essentiel au développement embryonnaire. Des travaux précédents de l'équipe sur ont démontré sa réactivation associée à des propriétés pro-fibrosantes au cours de la fibrose pulmonaire dans le poumon. En particulier, l'inhibition globale de Prrx1 diminuait drastiquement les lésions fibrosantes induites par la bléomycine. Ce premier article auquel j'ai participé (en tant que première co-auteure) est actuellement en révision à Nature Communications (et accessible en Preprint sur BioRxiv). J'ai également participé à une étude portant sur les fibrocytes et les formes graves de COVID-19 au cours de la première vague en 2020 (accepté dans Respiratory Research). Le projet de thèse visait à identifier et caractériser les cellules Prrx1-positives dans le poumon à l'aide de modèles de souris transgéniques. Les souris Prrx1:CreERT2-IRES-GFP; Rosa26iTomato présentent une portion du promoteur du gène Prrx1 (Prrx1-enh) qui permet de marquer de manière inductible Prrx1 par la protéine fluorescente tdTomato en utilisant du tamoxifène. Ces expériences de lignage ont déterminé que le promoteur minimal de Prrx1 ne marquait en fait qu'une sous-population des cellules Prrx1-positives dans le poumon. Récemment, l'amplification de cette sous-population avait été mise en évidence après une blessure dans la peau adulte. Des immunomarquages ont montré que les cellules tdTomato-positives sont rares dans le poumon au niveau basal puis s'accumulent lors de la phase fibrosante. Des doubles immunofluorescences ont caractérisé les cellules tdTomato-positives comme présentant un phénotype mésenchymateux. La souris transgénique Prrx1:CreERT2-IRES-GFP; Prrx1Flox/Flox; Rosa26iTomato, permet une perte de fonction conditionnelle et inductible de Prrx1 dans cette sous-population au cours de la fibrose (modèle bléomycine). Ainsi, la perte de fonction de Prrx1 dans cette sous-population au cours de la phase fibrosante était associée à une aggravation de la fibrose. Nos expériences décrivent donc une sous-population de cellules mésenchymateuses Prrx1-positives uniquement activée suite à une agression et aux propriétés paradoxalement « anti-fibrosantes » dans le poumon.

mots clés

• Idiopathic pulmonary fibrosis
• Fibroblasts
• Animal models
• Lineage tracing
• Transcription factor

Titre traduit

Study of cells expressing the mesenchymal profibrotic transcription factor Prrx1 (Paired Related Homeobox protein 1) by lineage tracing technique in a normal and fibrotic lung

Résumé

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a rare pulmonary disease, associated with disastrous prognosis. IPF results from progressive alterations of alveolar epithelial cells leading to the recruitment and activation of mesenchymal cells, mostly myofibroblasts, to the alveolar regions of the lung. The Prrx1 mesenchymal transcription factor is essential during embryonic lung development. Previous work of the lab demonstrated that it was reactivated and associated with profibrotic features during pulmonary fibrosis development in the lung. Particularly, total inhibition of Prrx1 dramatically reduced fibrotic lesions induced by bleomycin. I participated to this article as first co-author, which is currently in revision at Nature Communications (and available as a Preprint article on BioRxiv). Moreover, I was part of a project studying the link between fibrocytes and severe COVID-19 cases during the first wave in 2020 (accepted in Respiratory Research). The thesis project aimed to identify and characterize Prrx1-positive cells in the lung using transgenic mice models. Prrx1:CreERT2-IRES-GFP; Rosa26iTomato mice present a minimal cassette of Prrx1 promoter (Prrx1-enh), allowing the inducible labelling of the tdTomato fluorescent protein with tamoxifen treatment. These lineage tracing experiments determined that the minimal cassette of Prrx1 promoter was targeting only a subpopulation of Prrx1-positive cells. This subpopulation was detected recently after a skin injury. Immunohistochemistry performance showed the rarity of tdTomato-positive cells in the basal lung, but their accumulation during the fibrotic phase. Double immunofluorescence characterized tdTomatoPos cells with a mesenchymal phenotype. Prrx1:CreERT2-IRES-GFP; Prrx1Flox/Flox; Rosa26iTomato mice allow the conditional and inducible Prrx1 loss of function in this subpopulation during lung fibrosis (bleomycin model). Thus, Prrx1 loss of function in this subpopulation during the fibrotic phase leads to fibrosis worsening. To conclude, our experiments described a mesenchymal subpopulation of Prrx1-positive cells only activated after lung injury and associated with paradoxically "antifibrotic" properties in the lung.