L’érythropoïèse est un processus complexe qui aboutit à la formation de 100 milliards de globules rouges/jour. Elle est finement régulée pour permettre d’adapter la production de globules rouges aux besoins en oxygène des tissus périphériques. La compréhension des processus complexes mis en jeu lors de la régulation de l’érythropoïèse requière l’étude de nouveaux acteurs moléculaires tel que la protéine NACA (chaîne alpha du complexe associé aux polypeptides naissants), mise en évidence comme un régulateur positif de la différenciation érythroïde humaine. Nous avons identifié ERGIC-53 comme nouvel interacteur de NACA. ERGIC-53 est une lectine mannose spécifique membranaire impliquée dans le transport des glycoprotéines du Réticulum Endoplasmique (RE) vers le compartiment ERGIC (Endoplasmic Reticulum Golgi Intermediate Compartment). Nous avons démontré que ERGIC-53 et NACA participent à la régulation du trafficking de l’EPO-R. NACA est aussi un régulateur négatif de l’apoptose médié par FADD. Nous avons initié l’étude de NACA dans les Syndromes Myélodysplasiques de bas risque (ES-MDS) présentant une déficiente de l’érythropoïèse due à l’apoptose des progéniteurs érythroïdes. Nous avons démontré que la transduction de NACA des progéniteurs CD34+ de ES-MDS restore la différenciation érythroïde et augmente la survie des progéniteurs érythroïdes. De plus, cette étude suggère que la quantification du mRNA NACA pourrait être un nouveau marqueur prédictif de réponse au traitement par rhEPO. En conclusion, notre travail a souligné qu’une simple molécule de la machinerie cellulaire est impliquée dans la différenciation érythroïde normale et des ES-MDS. / The erythropoiesis is a complex process that leads to the formation of 100 billion red cells per day. It is finely regulated to adjust the production of red blood cells according to oxygen needs of peripheral tissues. To understand the complex processes involve in the regulation of erythropoiesis, it requires the study of molecular actors such as the NACA protein (the alpha chain of the nascent polypeptide-associated complex), highlighted as a positive regulator of erythroid human differentiation. We have identified ERGIC-53 as a novel interactor of NACA. ERGIC-53 is a lectin mannose-specific membrane involved in the transport of glycoproteins from the Endoplasmic Reticulum (ER) to the ERGIC compartment (Golgi Endoplasmic Reticulum Compartment Intermediate). We have shown that ERGIC-53 and NACA are involved in the regulation of trafficking of EPO-R. NACA may be also a negative regulator of apoptosis mediated by FADD. We investigated the role of NACA in early stages of myelodysplastic syndromes (ES-MDS) which have ineffective erythropoiesis due to apoptosis of erythroid progenitors. We have demonstrated that transduction of NACA in CD34 + progenitor cells from ES-MDS restores erythroid differentiation and increased survival of erythroid progenitors. Moreover, this study suggests that the level of mRNA NACA may be a new predictive marker of response to rhEPO treatment. In conclusion, our work highlighted that a molecule of the cellular machinery is involved in erythroid differentiation of both normal and ES-MDS CD34+ cells.

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L’anémie est un symptôme fréquent chez les patients atteints de cancer. La libération de la cytokine pro-inflammatoire TNFα, un inhibiteur connu de l’érythropoïèse, en est l’une des causes. L’érythropoïèse est un processus nécessitant l’arrêt de la prolifération et l’autophagie. Les résultats précédents ont montré que le TNFα inhibe l’expression des marqueurs érythroïdes et module l’expression de facteurs de transcription (FT) hématopoïétiques. Notre objectif est d’étudier l’implication de la voie TNFα/sphingomyélinase (SMase)/céramide dans l’inhibition de l’érythropoïèse en utilisant des cellules souches hématopoïétiques CD34+ induites à se différencier par l’érythropoïétine recombinante (Epo). Par l’utilisation de céramides exogènes, de SMase bactérienne et d’inhibiteurs de SMases, nous montrons l’implication de la voie SMase/céramide dans l’inhibition de l’expression des marqueurs érythroïdes mais également dans l’induction de la différenciation myéloïde avec une augmentation de l’expression du CD11b. Cet effet sur la différenciation est corrélé à la modulation du réseau FT/miR impliquant GATA-1, GATA-2 et PU.1 et les miR-144, 451, 155, 146a et 223. De plus, l’analyse par microscopie électronique à transmission, l’absence de formation de punctae GFP-LC3 et l’accumulation de SQSTM1/p62 montrent que le TNFα et les céramides inhibent l’autophagie induite par l’Epo. L’analyse des protéines impliquées dans la régulation de l’autophagie montre que le TNFα et les céramides activent mTOR. Son implication est confirmée par l’utilisation de rapamycine et l’inhibition de ULK1 et Atg13. De plus, le TNFα et les céramides inhibent l’expression de bécline 1 et de la formation du complexe Atg5-Atg12. Ces résultats démontrent que la voie TNFα/SMase/céramide joue un rôle dans l’homéostasie hématopoïétique par l’inhibition de l’érythropoïèse au profit de la myélopoïèse, en impactant les réseaux de régulation FT/miR et le processus d’autophagie / Anemia is a common symptom in cancer patients. It can be caused by the release of pro-inflammatory cytokines such as TNFα, a known inhibitor of erythropoiesis. Erythropoiesis involves proliferation arrest and autophagy. Our previous studies showed that TNFα inhibits the expression of erythroid markers as well as hematopoietic transcription factors (TF) expression. The aim is to study the involvement of TNFα/sphingomyelinase (SMase)/ceramide pathway in erythropoiesis inhibition using recombinant erythropoietin (Epo)-induced CD34+ hematopoietic stem cells. Using exogenous ceramides, a bacterial SMase and sphingomyelinase inhibitors, we show the involvement of SMase/ceramide pathway in the inhibition of erythroid markers as well as the induction of myeloid differentiation as shown by the increase in CD11b expression. This effect is correlated to the modulation of the TF/miR network involving GATA-1, GATA-2 and PU.1 as well as miR-144, 451, 155, 146a and 223. We show that TNFα and ceramides inhibit Epo-induced autophagy through transmission electron microscopy analysis, the absence of GFP-LC3 punctae formation and SQSTM1/p62 accumulation. Analysis of proteins involved in autophagy regulation showed that TNFα and ceramides activate mTOR, which is confirmed using rapamycin as well as the inhibition of ULK1 and Atg13. Moreover, TNFα and ceramides inhibit Beclin 1 expression and Atg5-Atg12 complex formation. These results demonstrate the role of TNFα/SMase/ceramide pathway in hematopoietic homeostasis through an erythropoiesis-myelopoiesis switch resulting from perturbation of TF/miR network and autophagy

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Tout au long de la vie d’un individu, il existe un nombre optimal de cellules à produire et de progéniteurs à conserver en réserve. On parle de maintien de l’homéostasie tissulaire. De façon générale, l’organisme a cinq possibilités pour réguler l’homéostasie : l’autorenouvellement et la quiescence, souvent utilisés pour maintenir un ‘pool’ fonctionnel de progéniteurs, la différenciation qui permet de produire des cellules effectrices, l’apoptose et la sénescence, qui permettent de limiter la production de cellules ou encore d’en faire diminuer le nombre quand elles sont en excès. La régulation de ces quatre mécanismes peut se faire de façon extrinsèque en passant par différentes voies de signalisation combinées à l’action intrinsèque de facteurs de transcription comme Ikaros et GATA1. Le facteur de transcription Ikaros joue un rôle critique dans le devenir des cellules progénitrices et la différenciation des lignages hématopoïétiques. Cependant, il demeure surtout connu pour son influence sur la voie Notch dans les cellules lymphoïdes, notamment les lymphocytes T. Les cellules érythroïdes sont hautement sensibles à l’environnement et donc, particulièrement adaptées à l’étude des régulations de l’homéostasie. Les résultats de différentes études ont permis de démontrer qu’Ikaros et la voie Notch influencent l’érythropoïèse. Cependant le détail de leurs actions demeure en grande partie inconnu à ce jour. Au cours de notre étude nous avons voulu déterminer l’action d’Ikaros dans le maintien de l’homéostasie des cellules érythroïdes et si son rôle passe par un dialogue avec la voie Notch. Nous avons voulu décrypter les mécanismes de régulation transcriptionnelle utilisés par Ikaros et par Notch au cours de l’érythropoïèse et leurs effets. Notre étude montre qu’Ikaros réprime à l’aide de GATA1 le gène Hes1, une cible importante de la voie Notch, en recrutant un complexe de la famille Polycomb, le PRC2 ii (Polycomb Repressive Complex 2). Cette répression permet la promotion de la différenciation des cellules érythroïdes. Au niveau du maintien de l’homéostasie par régulation de l’apoptose, Ikaros est connu pour cibler l’anti-apoptotique Bcl2l1 dans les lymphocytes. Puisque Gata-1, partenaire préférentiel d’Ikaros cible Bcl2l1 dans les cellules érythroïdes, nous avons caractérisé leur effet sur l’expression de Bcl2l1. Nous avons découvert qu’Ikaros active de façon directe Bcl2l1 et qu’il recrute sur le gène deux complexes partenaires d’élongation : un de la famille SET1/MLL, et le complexe P-TEFb-NuRD. En l’absence d’Ikaros, le fragment intracellulaire de Notch (NICD) et son cofacteur RBP-J remplacent Ikaros et favorisent l’hyper-activation de l’expression de Bcl2l1. Ceci est associé à la modification du complexe d’élongation recruté, ainsi qu’à la mise en place de modifications épigénétiques distinctes de celles observées avec Ikaros ce qui modifie l’élongation transcriptionnelle du gène. Ikaros et Notch sont fréquemment mutés ou présentent des fonctions altérées dans les leucémies. Notre étude montre un dialogue Ikaros/Notch influençant aussi bien la différenciation que l’apoptose et met en évidence l’existence d’un circuit génétique dont le dérèglement pourrait favoriser l’apparition d’une hématopoïèse maligne. / Throughout the life of an individual, there is an optimal count of cells to produce and progenitors to conserve in stock. This is the tissue homeostasis maintenance. In a general fashion the organism has five means to regulate the homeostasis. Self-renewal and quiescence, often used in order to maintain a functional progenitors pool. Differentiation enhances effector cells production. Apoptosis and senescence can limit cell production and reduce cell number in case of excess. These regulation mechanisms can be performed in an extrinsic fashion using different signaling pathways combined with the action of transcription factors like Ikaros and GATA1. The transcription factor Ikaros is critical for progenitor cells fate and hematopoietic lineages differentiation. However, Ikaros is mostly known for its influence on Notch signaling in lymphoid cells, notably T lymphocytes. Erythroid cells are highly sensitive to the environment thus, particularly adapted to study homeostasis maintenance regulation. Results obtained in different studies showed Ikaros and Notch signaling influencing erythropoiesis. However, the detail of their effect remains mainly unknown to day. Our aim was to determine Ikaros effect on erythroid cells homeostasis maintenance and if its role involved a cross-talk with Notch signaling. We will decipher transcription regulation mechanisms used by Ikaros and Notch during erythropoiesis and their effects. We show Ikaros uses GATA1 to repress Hes1, a major Notch target by recruiting a Polycomb family complex, the PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2). This repression promotes erythroid cells differentiation. At the apoptosis mediated control of homeostasis level, Ikaros is known to target Bcl2l1 in lymphocytes. As GATA1, Ikaros preferential partner, targets Bcl2l1 in erythroid cells, we assessed their effect on Bcl2l1 expression. We discovered Ikaros directly activates Bcl2l1 iv and recruits two elongation associated complexes: one from SET1/MLL complex family, and the P-TEFb-NuRD complex. In the absence of Ikaros, the intracellular fragment of Notch (NICD) and its cofactor RBP-J replace Ikaros and favors Bcl2l1 overactivation. This is associated with a switch of recruited elongation associated complex and the establishment of distinct epigenetic modifications from those observed with Ikaros, which modifies the gene transcriptional elongation. Ikaros and Notch are frequently mutated or present altered functions in leukemia. Our works present an Ikaros/Notch cross-talk influencing as well differentiation as apoptosis and reveal the existence of a genetic circuit for which a malfunction could favor hematologic disorders. Keywords : transcription, homeostasis, erythropoiesis

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L’érythropoïèse inefficace joue un rôle central dans la physiopathologie de l’anémie des β-TM. Ses caractéristiques sont triple: accélération de la différenciation érythroïde, arrêt de maturation au stade d’érythroblaste polychromatophile et mort par apoptose à ce stade de différenciation. Les mécanismes précis de cette apoptose et de l’arrêt de la maturation n’ont pas encore été élucidés. Il a été montré, au cours de l’érythropoïèse physiologique, que la protéine chaperonne Hsp70, en se localisant dans le noyau des érythroblastes en cours de différenciation, protège GATA-1 (facteur de transcription érythroïde majeur) de sa destruction par la caspase-3. Cette enzyme clé de l’apoptose est en effet activée physiologiquement au cours de la différenciation érythroïde et peut cliver GATA-1. Notre travail se base sur l’hypothèse suivante : Hsp70 pourrait, au cours de l’érythropoïèse des β-TM, être séquestrée dans le cytoplasme des érythroblastes matures (stade d’une intense hémoglobinisation) afin d’exercer son rôle de chaperonne des chaînes d’α-globine libres. Cela aurait comme conséquence néfaste l’absence de localisation nucléaire d’Hsp70 et, en conséquence, la destruction de GATA-1 à l’origine de l’arrêt de maturation et de la mort cellulaire. Nous avons montré dans ce travail qu’Hsp70 était localisée principalement dans le cytoplasme des érythroblastes matures dans la moelle de patients β-TM, avec un défaut d’expression nucléaire. Par ailleurs, GATA-1 n’est plus exprimé dans ces cellules. Nous avons confirmé ces résultats dans un système de culture cellulaire érythroïde humaine en milieu liquide reproduisant les étapes de la différenciation érythroïde terminale. Une intéraction physique directe entre Hsp70 et l’α-globine a été identifiée par techniques de microscopie confocale, d’immunoprécipitation et de double hybride. Enfin, la transduction dans les érythroblastes de β-TM d’un mutant d’Hsp70-S400A, principalement nucléaire, ou d’un mutant de GATA-1 non clivable par la caspase-3 corrige l’érythropoïèse inefficace.Une modélisation mathématique du complexe Hsp70/α-globine nous a permis de préciser les domaines impliqués dans l’intéraction, ce qui ouvre la voie à une possibilité de criblage de petites molécules permettant la rupture de ce complexe afin de ramener Hsp70 dans le noyau avec un espoir thérapeutique pour améliorer l’érythropoïèse inefficace des β-TM. / Β-TM is an inherited hemoglobinopathy caused by a quantitative defect in the synthesis of the β-globin chains of hemoglobin, leading to the accumulation of free α-globin chains that form toxic aggregates. Despite extensive knowledge on the molecular defects causing β-TM, little is known about the mechanisms responsible for ineffective erythropoiesis (IE), which is characterised by accelerated erythroid differentiation, maturation arrest and apoptosis at the polychromatophilic stage. We have previously demonstrated that normal human erythroid cell maturation requires a transient activation of caspase-3. Although GATA-1, the master transcriptional factor of erythropoiesis, is a caspase-3 target, we have shown that during human erythroid differentiation, it is protected from cleavage through its association with the chaperone Hsp70 in the nucleus. Hsp70 is constitutively highly expressed in normal human erythroid cells. The best-known role of this ubiquitous chaperone is to participate in proteins folding and refolding of proteins denatured by cytoplasmic stress, thus preventing their aggregation.In this study, we have evidenced that during the maturation of human β-TM erythroblasts, Hsp70 is sequestrated in the cytoplasm by the excess of free α-globin chains, resulting in nuclear GATA-1 cleavage and, in turn, end-stage maturation arrest and apoptosis. A molecular modeling shows that α-globin binds to a highly electronegative cavity formed by all Hsp70 domains. Additionally, the transduction of a nuclear-targeted Hsp70 mutant (Hsp70-S400A) or caspase-3 uncleavable GATA-1 mutant (µGATA-1) corrects β-TM ineffective erythropoiesis in human cultured β-TM cells. Our data indicate that cytosolic Hsp70 sequestration by α-globin chains prevents its nuclear localization and is a key mechanism of the β-TM IE. In order to increase nuclear Hsp70 translocation, developing small molecules that could increase Hsp70 expression or disrupt the Hsp70/α-globin complex could be a novel approach of targeted therapies to improve erythropoiesis in β-TM.