Emergence des cellules souches hématopoïétiques et cancer (K. Kissa)

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L’origine des cellules souches hématopoïétiques (CSH) fait l’objet de vives discussions depuis un siècle. En effet, alors que certains auteurs ont décrit l’existence d’un endothélium aortique ayant des propriétés «hémogéniques» en raison de la présence de grappes de cellules hématopoïétiques dans la paroi ventrale de l’aorte (Minot, CS 1912), d’autres ont signalé l’émergence de CSH dans la sous-région mésenchyme aortique (Sabin, F. 1920; Murray, PD 1932). Cette question est restée sans solution pendant de nombreuses années.

En raison de sa transparence, le poisson zèbre apparaît comme un modèle pertinent pour aborder cette question. Nous avons cherché à savoir si ces CSH pourraient provenir directement de l'endothélium aortique. Pour cela, nous avons tiré parti de la lignée KDR:GFP dans lequel la GFP met en évidence l’ensemble du système vasculaire, pour résoudre le problème recherché des CSH. Nous avons observé que les cellules endothéliales, formant le plancher de l'aorte, se pliés avant de quitter l'endothélium pour devenir des CSH individuelles libres. Nous avons conclu que les CSH émergent de l'endothélium de l'aorte par un nouveau processus appelé transition endothéliale-hématopoïétique ou EHT (Kissa and Herbomel, Nature 2010).

À partir de 2012, j’ai initié mon projet PI dans l’UMR5235 intitulé «Emergence des cellules souches hématopoïétiques: Mécanisme et Devenir». Nous abordons 2 questions:
(i) quel est le mécanisme permettant le processus d'EHT,
(ii) quel est le sort de chaque HSC lorsque celui-ci se présente à l'AGM
(iii) quelles sont les voies qui régissent le processus d'EHT.

Activités de recherche
L'embryon de poisson zèbre, grâce à sa transparence et au développement récent d'outils moléculaires et de lignées fluorescentes transgéniques, est un modèle pertinent in vivo pour étudier les différentes étapes menant à l'hématopoïèse définitive, tant en termes de voies de régulation que de parcours cellulaire dans les différents compartiments de l'embryon. 

L'imagerie d'embryons vivants de poisson zèbre au cours de la première semaine de développement a montré la présence d'un nombre croissant de cellules rondes présentant la morphologie des précurseurs hématopoïétiques dans la partie vénale de la queue, autour du plexus de la veine caudale. Cette population hématopoïétique s'est accrue au cours du développement de ce plexus CV. À 48 hpf, ce tissu s'était largement étendu au-delà de la limite ventrale des muscles somitiques et était entièrement recouvert de chaque côté au cours des 24 heures suivantes. De petites grappes de cellules ont alors commencé à se développer à 3 dpf et ont formé des groupes plus importants de 5 à 7 dpf. Nous avons appelé ce plexus CV le tissu caudal hématopoïétique (CHT) et nous avons montré qu'il s'agit de l'homologue fonctionnel du foie de foetus de mammifère (Murayama et al, Immunity, 2006). Chez les mammifères, la protéine de surface CD41 fortement exprimée à la surface des plaquettes est également exprimée, mais dans une moindre mesure, par les CSH embryonnaires. En utilisant la lignée transgénique de poisson zèbre CD41:GFP, il a été démontré que la protéine de surface CD41 est également fortement exprimée dans les thrombocytes (homologues des mégacaryocytes de souris). Nos études ont montré que les premières cellules CD41:GFP+ apparaissent dans l’AGM des poissons à partir de 30 hpf. Ensuite, ils migrent vers le CHT et plus tard vers le thymus et les reins. Nous avons ensuite mené une expérience d'imagerie confocale 4D pour étudier in vivo, pour la première fois, et chez un vertébré, la dynamique des précurseurs hématopoïétiques multipotents de l'AGM au thymus en développement (Film 1, Kissa et al, Blood, 2008).
 




Film 1. Routes des premiers immigrants hématopoïétiques au thymus naissant. Kissa et al, Blood, 2008.

 

Enfin, afin de visualiser l'émergence de CSH de l'aorte, nous avons entrepris une analyse microscopique confocale 4D de l'aorte en développement dans la région du tronc entre 18 et 72 hpf. Nous avons utilisé la lignée transgénique KDRl:GFP+ de poisson zèbre dont les cellules endothéliales aortiques expriment la GFP sous le contrôle du promoteur KDRl (orthologue du récepteur 2 de Flk1 / VEGF). Une forte expression de la GFP a été détectée à la surface de l'endothélium artériel dans cette lignée transgénique. Nous avons systématiquement suivi chaque cellule aortique dans des embryons vivants. Nos résultats ont montré que les précurseurs multipotents émergeaient directement du plancher de l'aorte par un processus stéréotypé impliquant une forte courbure puis la sortie de cellules endothéliales uniques de la paroi ventrale aortique dans l'espace sous-aortique et leur transformation concomitante en cellules hématopoïétiques. Nous avons appelé ce processus la transition hématopoïétique endothéliale (EHT, Kissa & Herbomel, 2010).

Ainsi, nous avons décrit que les CSH émergent de la paroi ventrale de l'aorte, mais que les événements moléculaires et cellulaires à l'origine de ce processus doivent encore être traités. De plus, il reste à élucider la caractérisation et le devenir à long terme des CSH émergeant de la partie ventrale de l'aorte.

Axes de recherche:

Notre projet de recherche est basé sur ce travail récemment publié et est divisé en trois parties.

Axe1: Caractériser l'identité des CSH émergentes de l'aorte

Nous avons développé différents outils permettant le destin à long terme des cellules: imagerie en direct, transplantation de cellules, dépistage cellulaire et parabiosis (voir film 2).




Film 2. Colonisation croisée par des cellules myéloïdes et érythroïdes primitives dans une paire de parabiotes gata1: dsred (right) // pu1: gfp (left) 18.5–52 h.p.f. Demy et al, Nature Methods, 2014.

Axe 2: Voies de régulation qui régissent le processus d'EHT
La deuxième partie se concentre sur le déchiffrement des voies de régulation qui régissent le processus d'EHT.

Axe 3: Déformation mécanique aortique et processus EHT
En collaboration avec Andrea Parmeggiani (Physique biologique et biologie des systèmes, DIMNP - UMR 5235 CNRS / UM2 / UM1 et systèmes complexes et phénomènes non linéaires, Laboratoire Charles Coulomb, UMR5221 CNRS / UM2, Université Montpellier II), nous étudions la relation entre le mécanisme de déformation de l'aorte et le processus d'EHT (voir film 3).



Film 3. Imagerie confocale time-lapse d'un embryon de poisson zèbre de 1 à 4 jours après la fécondation, montrant la corrélation entre l'expansion radiale de l'aorte puis la constriction et la période de transition endothéliale-hématopoïétique (EHT) des cellules du plancher de l'aorte. Kissa & Herbomel, Nature, 2010.

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Karima KISSA
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