Chromatin Disorganization as a Regulator of Irradiation-Induced L1Md Expression and Hematopoietic Stem Cell Function - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Chromatin Disorganization as a Regulator of Irradiation-Induced L1Md Expression and Hematopoietic Stem Cell Function

La désorganisation de la chromatine régule l'expression des L1Md induite par l'irradiation et la fonction des cellules souches hématopoïétiques

Résumé

Exposure to ionizing radiations (IR), like in radiotherapy, affects hematopoietic stem cell (HSC) integrity and function. As a consequence, IR is associated with the development of therapy-related myeloid malignancies such as myelodysplastic syndromes (MDS) and secondary acute myeloid leukemias. Therefore, studying the molecular mechanisms that contribute towards stress-induced HSC loss of function, could help identify patients at risk and eventually find new strategies to prevent these diseases.Our team has recently uncovered a new mechanism responsible for murine HSC loss of function upon IR that involves L1Md, the young and active subfamilies of Long Interspersed Elements LINE-1. We showed that L1Md expression is increased following IR and that this leads to an accumulation of DNA damage and HSC defects. We have also shown that thrombopoietin (TPO), a niche HSC cytokine involved in self-renewal, prevents IR-induced HSC loss of function, accumulation of DNA damage and L1Md derepression.Microarray analysis had shown that TPO induced an enrichment of IFN-I signaling genes in HSCs, many of which are viral restriction factors. At the beginning of my PhD I was involved in a study that showed that TPO controlled L1Md expression via this signaling pathway. These results were published in J Exp Med in 2018, in an article in which I am co-first author.L1Md are recognized as major contributors of gene regulatory networks. Their expression is tightly regulated by epigenetic mechanisms, such as the repressive histone mark H3K9me3.The main objectives of my PhD project are thus to:1. Understand the mechanisms by which IR affects HSC epigenetics, and in particular heterochromatin.2. Determine if TPO, via its IFN-like signaling, may regulate L1Md repression through epigenetic mechanisms.3.Determine if, and how, L1md expression may impact HSC gene expression.We perfomed ChIP-qPCR experiments on HSCs one month post IR, and found that L1Md derepression is linked to a decreased H3K9me3 enrichment at their promoters, which is prevented by TPO. These results where further confirmed by ChIPseq experiments that showed that a vast majority of L1Md loci showed a reduced H3K9me3 enrichment upon IR compared to the non-irradiated condition, and that this was prevented by TPO. This was not the case for older retroelement subfamilies, such as the Lx5, or for endogenous retroviruses (ERV). RNA-seq data showed that IR strongly deregulates the HSC transcriptome. These effects are prevented by TPO injection 1h prior to IR. We also show that genes repressed upon IR, and not in the IR+TPO condition, are significantly more prone to contain an L1Md in their introns than by chance (p<0.05). This is specific for the L1Md family and for genes that are downregulated upon IR. Some of these genes are involved in oncogenesis or HSC function. IR induces a loss of the HSC signature. Interestingly, 55% of the genes belonging to the HSC signature and that are repressed upon IR contain an L1Md in their introns. The human orthologous of 75% of the genes repressed upon IR and hosting an L1Md, also host young human and primate L1, suggesting a conserved functional role of young L1 in regulating hematopoietic gene expression.We have analyzed in more details several target genes, and validated a decreased expression upon IR that is accompanied by a loss of H3K9me3 at their respective intronic L1Md.These results show for the first time a link between IR and HSC epigenetics, and suggest a role for L1Md in regulating hematopoietic gene expression.
L'exposition à l’irradiation, comme lors des radiothérapies, affecte l'intégrité et la fonction des cellules souches hématopoïétiques (CSH). L’IR est donc associée au développement de maladies myéloïdes liées à la thérapie, telles que les syndromes myélodysplasiques (SMD) et les leucémies myéloïdes aiguës secondaires. Par conséquent, l'étude des mécanismes moléculaires qui contribuent à la perte de fonction des CSH induite par le stress, pourrait aider à identifier les patients à risque et à trouver éventuellement de nouvelles stratégies pour prévenir ces maladies.Notre équipe a récemment découvert un nouveau mécanisme responsable de la perte de fonction des CSH murines suite à l’IR qui implique les L1Md, les sous-familles jeunes et actives des éléments LINE-1. Nous avons montré que l'expression des L1Md est augmentée suite à l'IR et que cela entraîne une accumulation de dommages à l'ADN et de défauts des CSH. Nous avons également montré que la thrombopoïétine (TPO), une cytokine de niche des CSH , prévient la perte de fonction des CSH induite par l'IR, l'accumulation de dommages à l'ADN et la dérépression des L1Md.L'analyse de microarray a montré que la TPO induit un enrichissement des gènes de signalisation de l'IFN-I dans les CSH, dont beaucoup sont des facteurs de restriction virale. Au début de ma thèse, j'ai participé à une étude qui a montré que la TPO contrôlait l'expression des L1Md par cette voie de signalisation.Les L1Md sont reconnues comme des contributeurs majeurs des réseaux de régulation des gènes. Leur expression est étroitement régulée par des mécanismes épigénétiques, tels que la marque répressive de l'histone H3K9me3.Les principaux objectifs de mon projet de thèse sont donc de :1. Comprendre les mécanismes par lesquels l’IR affecte l'épigénétique des CSH, et en particulier l'hétérochromatine.2. Déterminer si la TPO, via sa signalisation de type IFN, peut réguler la répression des L1Md par des mécanismes épigénétiques.3. Déterminer si, et comment, l'expression des L1md peut affecter l'expression génique des CSH.Des expériences de ChIP-qPCR sur des CSH un mois après IR, montrent que la dérépression des L1Md est liée à une perte de H3K9me3 au niveau de leurs promoteurs, qui est empêché par la TPO. Ces résultats ont été confirmés par des expériences de ChIPseq montrant qu'une grande majorité des loci L1Md présentaient une perte de H3K9me3 suite à l’IR par rapport à la condition non irradiée, et que cela était empêché par la TPO. Ce n'était pas le cas pour les sous-familles de rétroéléments plus anciens, comme le Lx5, ou pour les rétrovirus endogènes. Les données RNAseq ont montré que l'IR dérégule fortement le transcriptome des CSH. Une injection de TPO 1h avant l’IR empêche cela. Nous montrons également que les gènes réprimés lors de l’IR, et pas dans la condition IR+TPO, sont significativement plus susceptibles de contenir un L1Md dans leurs introns que par hasard (p<0,05). Ceci est spécifique aux L1Md et aux gènes qui sont réprimés par l’IR. Certains de ces gènes sont impliqués dans l'oncogenèse ou la fonction des CSH. L’IR induit une perte de la signature CSH. Il est intéressant de noter que 55% des gènes appartenant à la signature CSH et qui sont réprimés lors de l’IR contiennent un L1Md dans leurs introns. L'orthologue humain de 75% des gènes réprimés lors de l’IR et hébergeant une L1Md, contient également un L1 jeune chez l’homme, suggérant une fonctionne conservée dans la régulation de l'expression des gènes hématopoïétiques.Nous avons analysé plusieurs cibles et validé une diminution de l'expression en IR accompagné d'une perte de H3K9me3 au niveau de leur L1Md intronique respective.Ces résultats montrent un lien entre l'IR et l'épigénétique des CSH, et suggèrent un rôle pour les L1Md dans la régulation de l'expression des gènes hématopoïétiques.
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tel-02923611 , version 1 (27-08-2020)

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  • HAL Id : tel-02923611 , version 1

Citer

Yanís Pelinski. Chromatin Disorganization as a Regulator of Irradiation-Induced L1Md Expression and Hematopoietic Stem Cell Function. Hematology. Université Paris-Saclay, 2020. English. ⟨NNT : 2020UPASS122⟩. ⟨tel-02923611⟩
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