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Thèse Année : 2020

Single-cell study of the stem and progenitor cell compartment of myelodysplastic syndromes

Étude à l’échelle unicellulaire du compartiment des cellules souches et progénitrices des syndromes myélodysplasiques

Charles Dussiau

Résumé

Myelodysplastic syndromes (MDS) are clonal hematopoietic stem cell (HSC) malignancies. The accumulation of mutations and and/or cytogenetic abnormalities in bone marrow HSC compartment confers a proliferative advantage to pathological cells. These diseases are characterized by dysplastic and ineffective hematopoiesis and evolve in 40% of cases into acute myeloid leukemia with poor prognosis. In this work, we mapped the MDS CD34+ compartment with flow cytometry, and also with single-cell RNA-Seq that allow to characterize the transcriptome at single cell level.We demonstrated that the characterization of CD34+ stem and progenitor cells of MDS by flow cytometry can differentiate them from healthy age-matched controls. Indeed, some MDS appear to have a diminished proportion of CMPMEP3 populations as compared to controls. In addition, a subgroup of MDS appears to have an increased number of B/NK progenitors relative to the other SMD and controls. We also showed that CMP and LMPP populations are over-represented in a portion of high-risk MDS. In addition, we determined that the entropy of cell distribution within the different highlighted clusters, which reflects the cell diversity of the CD34+ compartment, is significantly decreased in high-risk MDS consistent with the expansion of a pathological clone to the detriment of the diversity of normal hematopoiesis.From publicly available scRNA-Seq healthy donor bone marrow data, we have established that during hematopoietic differentiation there is a peak in intercellular gene expression variability as measured by Shannon entropy. This entropy peak is observed in all the processes studied including erythropoiesis, granulopoiesis, B lymphopoiesis as well as in the maturation process of dendritic cells. Our work showed that this entropy peak is also present in MDS hematopoiesis. In addition, we showed that MDS HSCs had significantly higher entropy than age-matched healthy controls HSCs Our data also allowed us to observe significant variations in HSC entropy associated with the response to one-year azacytidine therapy in MDS patients. There are therefore variabilities in intercellular gene expression objectified by Shannon entropy in the HSCs of MDS patients that should be compared with the dysplasia and intramedullary abortion of hematopoietic progenitors leading to cytopenias observed in these diseases.
Les syndromes myélodysplasiques (SMD) sont des maladies clonales de la cellule souche hématopoïétique (CSH). L’accumulation de mutations et/ou d’anomalies cytogénétiques dès le compartiment des CSH de la moelle osseuse des malades confère un avantage prolifératif aux cellules pathologiques au détriment de l’hématopoïèse normale. Ces maladies sont caractérisées par une hématopoïèse dysplasique et inefficace, et évoluent dans 40% des cas en leucémie aiguë myéloïde de pronostic sombre. Nous avons cherché à cartographier le compartiment des cellules CD34+ de SMD par cytométrie en flux, mais aussi en utilisant la technologie single-cell RNA-Seq (scRNA-Seq) qui permet la caractérisation du transcriptome à l’échelle unicellulaire. Nous avons démontré que la caractérisation des cellules souches et progénitrices CD34+ des SMD par cytométrie en flux peut permettre de les différencier des sujets sains d’âge comparable. Une partie des SMD semble avoir une diminution des populations CMPMEP3 par rapport aux témoins. De plus un sous-groupe de SMD semble présenter un nombre augmenté de progéniteurs B/NK par rapport aux autres SMD et aux témoins. Nous montrons également que les populations CMP et LMPP sont surreprésentés dans une partie des SMD de haut risque. De plus, nous avons déterminé que l’entropie de la répartition des cellules au sein des différents clusters mis en évidence et qui reflète la diversité cellulaire du compartiment CD34+, est significativement diminué dans les SMD de haut risque en accord avec l’expansion d’un clone pathologique au détriment de la diversité de l’hématopoïèse normale.A partir de données publiques de scRNA-Seq de moelle osseuse de donneur sain, nous avons établi qu’au cours de la différenciation hématopoïétique il existe un pic de variabilité de l’expression génique intercellulaire mesuré par l’entropie de Shannon. Ce pic d’entropie est observé dans tous les processus étudiés dont l’érythropoïèse, la granulopoïèse, la lymphopoïèse B ainsi que dans le processus de maturation des cellules dendritiques. Nos travaux démontrent que ce pic d’entropie est également présent dans l’hématopoïèse des SMD. Par ailleurs, nous avons montré que les CSH de SMD présentent une entropie significativement supérieure aux CSH de témoins sains appariés en âge. Nos données nous ont également permis d’observer des variations significatives de l’entropie des CSH associées à la réponse à un traitement au long court par azacytidine chez les patients SMD. Il existe donc des variabilités de l’expression génique intercellulaire objectivée par l’entropie de Shannon au sein des CSH de patients SMD qu’il convient de mettre en regard de la dysplasie et de l’avortement intramédullaire des progéniteurs hématopoïétiques aboutissant aux cytopénies observées dans ces maladies.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03272879 , version 1 (28-06-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03272879 , version 1

Citer

Charles Dussiau. Étude à l’échelle unicellulaire du compartiment des cellules souches et progénitrices des syndromes myélodysplasiques. Microbiologie et Parasitologie. Université Paris Cité, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UNIP7156⟩. ⟨tel-03272879⟩

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