Mécanismes de régulation de GATA-1 par les protéines de choc thermique Hsp27 et Hsp70 au cours de la différenciation érythroïde terminale. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Mechanisms of GATA-1 regulation by heat shock proteins Hsp70 and Hsp27 along terminal erythroid differentiation.

Mécanismes de régulation de GATA-1 par les protéines de choc thermique Hsp27 et Hsp70 au cours de la différenciation érythroïde terminale.

Résumé

Erythropoiesis is a process leading to red cells production. This differentiation program is mainly under control of the transcription factor GATA-1 that controls the expression of erythroid genes and the anti-apoptotic protein Bcl-xL. During apoptosis, GATA-1 is cleaved by activated caspase-3, leading to decreased Bcl-xL expression. During terminal erythroid differentiation, transient caspase-3 activation is required but GATA-1 remains uncleaved. In this study we demonstrated that during differentiation but not during apoptosis, the chaperone protein Hsp70 protects GATA-1 from caspase 3-mediated proteolysis. At the onset of caspase activation, Hsp70 translocates into nucleus and protects GATA-1, allowing Bcl-xL. In contrast, EPO starvation induces the nuclear export of Hsp70 and the cleavage of GATA-1 leading to apoptosis. On the other hand, GATA-1 overexpression induces a blocage of maturation, then GATA-1 expression must be tighly regulated for proper erythroid differentiation. Here, we showed that Hsp27 is accumulated into nucleus of differentiating erythroblasts through p38 MAPPK phosphorylation. Nuclear Hsp27 interacts with acetylated GATA-1 to favor it's ubiquitinylation and proteasomal degradation. Those results show a new role for Hsp70 and Hsp27 along terminal erythroid differentiation through the fine tuning of GATA-1 expression. Further, we determined the mechanisms of nuclear accumulation during terminal erythroid differentiation. Erythropoiesis is positively regulated by two factors necessary for proliferation and survival of erythroid progenitors, SCF from early stage until the stage of basophilic erythroblast and Epo since CFU-E until erythroblast. Before c-Kit (SCF receptor) down-modulation at basophilic stage, Hsp70 is mainly localized into cytoplasm. Indeed, SCF induced Hsp70 nuclear export via S400 Hsp70 AKT phosphorylation resulting in a weak nuclear Hsp70. At the onset of c-Kit down-modulation, SCF induced Hsp70 nuclear export was decreased. On the other hand, Epo activated Lyn induced Hsp70 nuclear accumulation. Then, we described here a new mechanism of c-Kit erythroid blocage since it's down modulation is necessary for caspase-3 GATA-1 protection by Hsp70. Moreover, we highlighted a new survival and differentiating role for Lyn kinase under Epo. We tested if our model could be applicated to low grade myelodysplastic syndrome (MDS), characterized by anemia, associated with excessive caspase activation leading to apoptosis and delayed expression of the glycophorin A marker of erythroid progenitors. Here, we demonstrated that a defect in nuclear localization of Hsp70 is partially responsible for the observed phenotype since expression of nuclear Hsp70 partially rescues phenotype observed in differentiating cells of MDS patients. These results confirm our physiologic model. Moreover, c-Kit could be a new therapeutic target in MDS.
L'érythropoïèse est le processus permettant la production de globules rouges matures à partir de cellules souches hématopoïétiques. Ce programme de différenciation est en grande partie sous le contrôle du facteur de transcription GATA-1 qui active la transcription des gènes érythroïdes et de la protéine anti-apoptotique Bcl-xL. Au cours de l'apoptose, la caspase-3 clive GATA-1 induisant la diminution d'expression de Bcl-xL. Il a été montré que l'activation transitoire de la caspase-3 est indispensable pour la différenciation érythroïde terminale, mais GATA-1 n'est pas clivé. Dans ce travail, nous montrons qu'à la différence du proccessus apoptotique induit par la privation en Epo, au cours de la différenciation érythroïde, GATA-1 est protégé du clivage de la caspase-3 par la protéine chaperonne Hsp70. Au moment de l'activation de la capase-3, Hsp70 s'accumule dans le noyau des érythroblastes et protège GATA-1, permettant ainsi l'expression de Bcl-xL. Par contre, lors de la privation en Epo, Hsp70 est exportée du noyau et GATA-1 est clivé par la caspase-3 ce qui induit l'apoptose. D'autre part, la surexpression de GATA-1 induit un blocage de la maturation donc, l'expression de GATA-1 doit être finement régulée pour permettre une différenciation érythroïde normale. Nous avons montré qu'Hsp27 s'accumule dans le noyau des érythroblastes en cours de différenciation sous l'action de la phosphorylation de la MAPK p38. Hsp27 nucléaire interagit avec la forme acétylée de GATA-1 et induit son ubiquitinylation et sa dégradation par le protéasome. Ces résultats montrent un nouveau rôle d'Hsp70 et Hsp27 au cours de la différenciation érythroïde terminale en intervenant dans des mécanismes de régulation fine de l'expression de GATA-1. Nous avons déterminé les mécanismes par lesquels Hsp70 est accumulé dans le noyau des érythroblastes au cours de la différenciation érythroïde terminale. L'érythropoïèse est régulée positivement par deux facteurs indispensables à la prolifération et la survie des progéniteurs éythroïdes, le SCF pour les phases précoces jusqu'au stade d'érythroblaste basophile et l'Epo à partir des CFU-E jusqu'au stade d'érythroblastes. Avant la diminution d'expression de c-Kit, le récepteur au SCF, au stade d'érythroblastes basophiles, Hsp70 est principalement cytoplasmique. En effet, le SCF induit l'export nucléaire d'Hsp70 par la phosphorylation induite par AKT sur la sérine 400 résultant en une faible quantité d'Hsp70 nucléaire. Au stade de la diminution d'expression de c-Kit, l'export nucléaire induit par le SCF est diminué. D'autre part, l'Epo, en activant Lyn, induit la rétention nucléaire d'Hsp70. Nous décrivons donc un nouveau mécanisme du retard de la différenciation érythroïde par c-Kit puisque sa diminution est nécessaire pour que GATA-1 soit protégé du clivage de la caspase-3 par Hsp70 nucléaire. De plus, nous suggérons un nouveau mécanisme de Lyn dans la survie et la différenciation des érythroblastes sous Epo. Nous avons testé notre modèle au cours de syndromes myélodysplasiques (SMD) de bas grade, caractérisés par une anémie associée à un excès d'activation des caspases et de l'apoptose ainsi qu'un retard de différenciation des progéniteurs érythroïdes. Nous avons démontré qu'un défaut de localisation nucléaire d'Hsp70 est en partie responsable du phénotype observé puisque l'expression d'Hsp70 nucléaire restaure en partie le phénotype des progéniteurs érythroïdes de patients atteints de SMD. Ces résultats concordent avec notre modèle physiologique. De plus, il est envisageable que c-Kit pourrait être une nouvelle cible thérapeutique pour les patients atteints de SMD.
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Dates et versions

tel-00432780 , version 1 (17-11-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00432780 , version 1

Citer

Julie Vandekerckhove. Mécanismes de régulation de GATA-1 par les protéines de choc thermique Hsp27 et Hsp70 au cours de la différenciation érythroïde terminale.. Biologie cellulaire. Université Paris Sud - Paris XI, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00432780⟩

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