Rôle de la désensibilisation de CXCR4 dans la spécification lympho-myéloïde des progéniteurs hématopoïétiques multipotents. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Role of CXCR4 desensitization in lympho-myeloid specification of hematopoietic multipotent progenitors.

Rôle de la désensibilisation de CXCR4 dans la spécification lympho-myéloïde des progéniteurs hématopoïétiques multipotents.

Résumé

Hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs), including the multipotent progenitors (MPPs), are responsible for replenishing immune cells. They reside in bone marrow (BM) endosteal and (peri)-vascular niches, which provide all cellular and molecular components required for their lifelong maintenance and fate. Among them, the CXCL12 chemokine and one of its receptor, CXCR4, exert a dominant role in promoting HSPC retention and quiescence. These processes are deregulated in the WHIM Syndrome (WS), a rare immunodeficiency caused by inherited heterozygous autosomal gain-of-function CXCR4 mutations that affect homologous desensitization of the receptor. Clinically, WS is notably characterized by severe, chronic circulating lymphopenia whose mechanisms remain to be elucidated. Using a mouse model carrying a naturally occurring WS-linked Cxcr4 mutation as well as human BM and blood samples, we explored the possibility that the lymphopenia in WS originates from defects at the HSPC level in BM. We reported that Cxcr4 desensitization is required for lymphoid differentiation of HSPCs and further identified the MPP stage as defective in mutant mice. The divergence between lymphoid and myeloid lineages occurs at the MPP stage, which is composed of distinct subpopulations, i.e., MPP2 and MPP3 are reported as distinct myeloid-biased MPP subsets that operate together with lymphoid-primed MPP4 to control blood leukocyte production. Our understanding of how cell-extrinsic niche-related and cell-intrinsic cues drive the lymphoid versus myeloid fate decision of MPPs is still fragmentary. Therefore, my PhD project aimed at determining whether and how CXCR4 signaling regulates bioenergetics demands of MPPs and at understanding how these metabolic pathways shape the lympho-myeloid fate of MPPs. We unraveled a myeloid skewing of the HSPC compartment in BM of WS mice and patients. In mutant mice, this partly relied on the contraction of the MPP4 pool and on cell-autonomous molecular and metabolic changes that reprogramed MPP4 away from lymphoid differentiation. Interestingly, chronic treatment with the CXCR4 antagonist AMD3100 normalized mitochondrial metabolism and fate of MPP4, while correcting circulating lymphopenia in WS mice. This study provides evidence that CXCR4 signaling acts as an essential gatekeeper for integrity of the mitochondrial machinery, which in turn controls lymphoid potential of MPP4.
Les cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques (CSPHs), incluant les progéniteurs multipotents (MPPs), sont responsables de la production des cellules immunes circulantes. Ils résident dans la moelle osseuse (MO) au sein de structures spécialisées, les niches endostéale et (péri)-vasculaire, qui régulent la spécification et l'engagement lymphoïde versus myéloïde des CSPHs. Dans la MO, le couple formé par la chimiokine CXCL12 et l’un de ses récepteurs, CXCR4, exerce un rôle clé dans la régulation de la rétention et la quiescence des CSPHs. Ces processus sont dérégulés dans le Syndrome WHIM (SW), une maladie immuno-hématologique rare liée à des mutations autosomiques dominantes du gène codant CXCR4, qui altèrent la désensibilisation du récepteur et conduisent à un gain de fonction en réponse à CXCL12. Cliniquement, le SW se caractérise notamment par une profonde leucopénie circulante qui affecte les lignages lymphoïde et myéloïde et dont les mécanismes restent à déterminer. Grâce à un modèle murin génétiquement modifié du SW et à l'accès à des prélèvements biologiques de patients atteints du SW, nous avons testé l'hypothèse que la lymphopénie circulante associée au SW résultait de défauts hématopoïétiques dans la MO. Nous avons révélé un rôle clé de la désensibilisation de CXCR4 dans la différenciation lymphoïde des CSPHs et identifié les MPPs comme étant le stade défectueux dans le SW. La divergence entre les lignages lymphoïde et myeloïde se produit précisément à ce stade au sein duquel règne une hétérogénéité : les MPP2/3 sont biaisés myéloïde et les MPP4 sont orientés lymphoïde. Notre compréhension de la façon dont les signaux extrinsèques (niches) et intrinsèques aux MPPs déterminent leur devenir lymphoïde versus myéloïde est encore parcellaire. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse a été de déterminer si et comment la signalisation de CXCR4 régule la dépendance énergétique des MPPs et à comprendre comment les voies métaboliques façonnent leur spécification lympho-myéloïde. Dans la MO des souris porteuses de la mutation gain de fonction de Cxcr4, nous avons observé une diminution du nombre de MPP4 qui contrastait avec l'augmentation des MPP2/3. L’analyse de prélèvements médullaires de patients a également permis de rapporter une diminution de la fréquence des progéniteurs lymphoïdes et une augmentation de celle des progéniteurs myéloïdes. Chez la souris mutantes, ce biais myéloïde du compartiment de MPPs s'avèrait associé à une expansion anormale et une reprogrammation moléculaire et métabolique des MPP4. Fait marquant, un traitement chronique par l’AMD3100, un antagoniste de CXCR4, permettait de normaliser le nombre de MPP4 dans la MO, de restaurer leurs propriétés métaboliques, et de corriger la lymphopénie des souris mutantes. Par conséquent, nos résultats suggèrent que l’axe CXCL12/CXCR4 est requis au maintien du potentiel lymphoïde des MPP4 au travers de la modulation de leur activité métabolique mitochondriale.
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  • HAL Id : tel-03218548 , version 1

Citer

Vincent Rondeau. Rôle de la désensibilisation de CXCR4 dans la spécification lympho-myéloïde des progéniteurs hématopoïétiques multipotents.. Immunologie. Université Paris-Saclay, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPASQ022⟩. ⟨tel-03218548⟩
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