Les mutations du gène codant pour la protéine XIAP (X-Linked Inhibitor of Apoptosis Protein) sont à l’origine du syndrome lymphoprolifératif lié à l’X de type 2 (XLP-2). Il s’agit d’un déficit immunitaire rare caractérisé par une susceptibilité anormale à l’infection par le virus d’Epstein Barr (EBV). De plus, certains patients déficients en XIAP peuvent souffrir d’une pathologie intestinale parfois sévère. XIAP est molécule anti-apoptique qui a aussi été impliquée dans la signalisation et les fonctions de récepteurs de l’immunité innée, les récepteurs NOD1 et NOD2. Mon travail de thèse a eu pour objectif de caractériser cette pathologie intestinale et ses mécanismes physiopathologiques. Pour cela, nous avons étudié une cohorte de patients déficients en XIAP présentant une pathologie inflammatoire intestinale. Nous avons également recherché des mutations de XIAP dans une cohorte d’enfants ayant présenté comme unique signe clinique une pathologie intestinale précoce. Sur 83 patients testés, 3 patients porteurs de mutations de XIAP ont été identifiés. Nous avons ensuite montré que cette pathologie intestinale est très proche sur les plans clinique et histologique de la maladie de Crohn, qui est une des principales affections inflammatoires de l’intestin chez l’adulte. La maladie de Crohn est associée à des facteurs environnementaux et une susceptibilité génétique, dont les polymorphismes dans le gène NOD2 qui représentent le facteur plus important identifié à ce jour. Nous avons ensuite montré que les monocytes des patients déficients en XIAP ont un défaut de production d’IL-8, de MCP-1 et d’IL-10 en réponse à la stimulation de la voie NOD2. Par contre, nous n’avons pas mis en évidence d’excès d’apoptose des cellules épithéliales digestives chez les patients. En revanche, ils présentaient un nombre diminué de leur lymphocytes T innés circulants, Enfin, au cours de cette étude, nous avons identifié pour la première fois des femmes vectrices d’une mutation de XIAP à l’état hétérozygote, ayant développé des manifestations inflammatoires intestinales. Chez ces patientes, l’inactivation du chromosome X, qui normalement est biaisée en faveur de l’allèle sain chez les vectrices asymptomatiques, est de façon inhabituelle biaisée vers l’allèle muté contribuant à une diminution de l’expression de XIAP dans les monocytes et une altération de la voie NOD2. Ce travail a permis de montrer que le déficit en XIAP est responsable d’une forme monogénique de la maladie de Crohn. Nos résultats suggèrent que le défaut d’activation des monocytes par NOD2 est un mécanisme important de la pathogénèse de la maladie. Sur le plan thérapeutique, la greffe de moelle osseuse semble indiquée dans les formes sévères, puisque le principal défaut identifié est une anomalie du compartiment hématopoïétique, et chez deux de nos patients, elle a permis en effet une amélioration franche de la pathologie digestive qui était très sévère. / Mutations in the gene encoding for XIAP (X-Linked Inhibitor of Apoptosis Protein) are causing the X-linked lymphoproliferative syndrome type 2 (XLP-2). It is a rare immunodeficiency characterized by an abnormal susceptibility to infection with Epstein Barr virus (EBV). In addition, some XIAP-deficient patients may suffer from an intestinal disease that can be severe. XIAP is an anti-apoptotic molecule which has also been involved in the signaling and the functions of receptors of the innate immunity, NOD1 and NOD2. My thesis work aimed to characterize this intestinal pathology and its pathophysiology. For this, we studied a cohort of known XIAP-deficient patients with inflammatory bowel disease. We also looked for mutations of XIAP in a cohort of children who presented as the only clinical sign an early intestinal pathology. In 83 patients tested, three were identified as carrier of a XIAP mutation. We then showed that this intestinal pathology is clinically and histologically very close to Crohn’s disease, which is a major inflammatory bowel disease in adults. Crohn's disease is associated with environmental factors and genetic susceptibility, including polymorphisms in the NOD2 gene that represent the most important factor identified to date. We then showed that the monocytes from XIAP-deficient patients have a defect in production of IL-8, MCP-1 and IL-10 in response to stimulation of the NOD2 pathway. However, we did not reveal any excess of apoptosis in intestinal epithelial cells from XIAP-deficient patients. On the other hand, they showed a decreased number of their circulating innate T cells. Finally, during this study, we identified for the first time, female carriers of a mutation of XIAP in the heterozygous state, who developed intestinal inflammatory manifestations. In these patients, the inactivation of the X chromosome, which is normally biased toward the healthy allele in asymptomatic vectors, is biased to the unusually mutated allele contributing to a decrease of the expression of XIAP in monocytes and an alteration of the NOD2 pathway. This work showed that XIAP deficiency is responsible for a monogenic form of Crohn's disease. Our results suggest that the lack of monocyte activation by NOD2 is an important mechanism in the pathogenesis of the disease. Therapeutically, the bone marrow transplant seems indicated in severe cases, since the main identified defect is an abnormality of the hematopoietic compartment and in two of our patients, it allowed a clear improvement of the digestive pathology that was very severe.

La greffe de cellules souches hématopoïétiques est parfois le seul traitement curatif dans certaines pathologies pédiatriques telles que les leucémies, les sarcomes, les dédicits immunitaires ou les thalassémies. Le busulfan, un alkylant myéloablatif, fait partie de nombreux protocoles de conditionnement de greffe. C'est un médicament à marge thérapeutique étroite doté d'une forte variabilité pharmacocinétique, qui fait souvent l'objet d'un suivi thérapeutique pharmacologique afin d'optimiser la prise de greffe et d'éviter les risques de maladie veino-occlusive, principale toxicité du busulfan et responsable d'une morbidité et d'une mortalité importante. L'aire sous la courbe, dont il existe un intervalle cible recommandé, est aujourd'hui le paramètre pharmacocinétique utlisé pour effectuer le suivi thérapeutique du busulfan et l'adaptation posologique pendant le conditionnement.L'objectif de notre travail est d'étudier les relations entre la pharmacocinétique du busulfan et ses effets thérapeutiques et toxiques, en particulier la maladie veino-occlusive, et de développer des méthodes d'adaptation posologique pour optimiser l'usage de ce médicament chez l'enfant. Nos travaux ont conduit à plusieurs innovations méthodologiques, avec le développement et la validation d'un modèle pharmacocinétique de population non-paramétrique pour l'adaptation Bayésienne des posologies de busulfan en pédiatrie, et le développement d'une nouvelle méthode de détermination de la dose initiale maximisant la probabilité d'atteindre un intervalle cible d'exposition. Sur le plan clinique, nous avons pu mettre en évidence l'absence de bénéfice clinique de l'utilisation d'un intervalle cible d'exposition plus restreint que celui recommandé. Par ailleurs, nous avons identifié que la survenue de la MVO était liée à la concentration maximale de busulfan, et non à l'aire sous la courbe des concentrations en fonction du temps.L'ensemble de ces résultats est une contribution à l'amélioration de l'utilisation et du suivi thérapeutique pharmacologique du busulfan en onco-hématologie pédiatrique / Hematopoietic stem cell transplantation remains the only curative treatment in many pediatric diseases as leukemia, sarcoma, immunodeficiencies or thalassemia. Busulfan, a myeloablative alkylant, is the cornerstone of pre-transplant conditioning. It has a narrow therapeutic index and a large pharmacokinetic variability. For these reasons, therapeutic drug monitoring is required in order to optimize engraftment and avoid veno-occlusive disease, the main toxicity of busulfan which is responsible of significant morbidity and mortality. Today, the area under the curve, of which there is a target range recommended, is the pharmacokinetic parameter used to carry out therapeutic drug monitoring and dose adjustment during conditioning. Our objective is to investigate relationships between busulfan PK and clinical outcomes, especially veno-occlusive disease, and to develop methods of dose adjustment in order to optimize the use of this medication in children.Our work leaded to several methodological innovations, with the development and the validation of a non-parametric pharmacokinetic model for Bayesian dose adjustment of busulfan in pediatrics, and the development of a new method for the first dose determination maximizing the probability of achieving an exposure target range. From a clinical point a view, we highlighted the lack of clinical benefit in using an exposure target range narrower than those recommended. Furthermore, we identified that veno-occlusive incidence was correlated to the maximal concentration of busulfan, contrary to the area under the concentration-time curve.All of these results contribute to improving use and therapeutic monitoring of busulfan in pediatric onco-hematology

L’hématopoïèse est assurée par une population de cellules souches hématopoïétiques (CSH) générées au cours du développement embryonnaire. L’objectif de ma thèse a été de comprendre les mécanismes qui régulent l’émergence des CSH dans la niche hématopoïétique intra-embryonnaire. Nous avons démontré la présence dans cette région d’un Système Rénine- Angiotensine local et fonctionnel qui agit via la production de l’Angiotensine II sur les précurseurs pré-hématopoïétiques et les CSH émergentes. Egalement, nous avons mis en évidence la présence d’une accumulation de macrophages d’origine vitelline et démontré que ces cellules ont un rôle crucial dans l’émergence de l’hématopoïèse définitive en permettant la migration des précurseurs pré-hématopoïétiques. Une étude moléculaire nous a permis de démontrer que l’ACE - un marqueur des précurseurs pré-hématopoïétiques et CSH humaines - est une cible du facteur de transcription CDX2 qui en régule l’expression. Ces travaux contribuent à une meilleure compréhension de la mise en place du système hématopoïétique au cours du développement et sont prometteurs pour des fins thérapeutiques. / The continuous generation of blood cells throughout life relies on the existence of hematopoietic stem cells (HSC) generated during embryogenesis. The aim of my thesis was to understand the mechanisms underlying HSC emergence in the intra-embryonic hematopoietic niche. Many effectors have been detected in this region, including a functional and local Renin- Angiotensin System which acts directly on pre-HSC precursors and HSC emergence through the production of Angiotensin II . We have also observed an accumulation of yolk sac-derived macrophages in the same region and demonstrated that these cells have a crucial role in the establishment of definitive hematopoiesis, allowing the migration of the pre-HSC precursors in the mesenchyme. In addition, by a molecular study, we have demonstrated that ACE - a cell surface marker of human HSC also expressed on pre-hematopoietic cells - is a transcriptional target of the CDX2 homeoprotein. All these results contribute to a better understanding of the hematopoietic system during development and are promising for therapeutic purposes.

Les propriétés centrales des cellules souches sont la pluripotence et la capacité d'auto-renouvellement. Les cellules souches hématopoïétiques (CSHs) sont dotées de ces caractéristiques qui leur permettent de générer toutes les cellules du compartiment hématopoïétique, tout en maintenant en parallèle leur compartiment. Nous menons des approches visant à amplifier ex vivo les CSHs en les activant par HOXB4 exogène (CSHs humaines) ou via la signalisation Notch/DLL-4 (CSHs murines). Or deux analyses transcriptomiques indépendantes de ces deux modes d'activation ont de manière étonnante convergé sur une augmentation de l'expression de deux gènes jamais identifiés auparavant comme étant impliqués dans le maintien des CSHs : Pumilio1 (Pum1) et Pumilio2 (Pum2). Pum1 et Pum2 sont des régulateurs post-transcriptionnels appartenant à la famille Pumilio-FBF (PUF) des protéines liant l'ARN. Bien qu'il ait été établi que le rôle princeps de ces protéines PUF est de soutenir la prolifération des cellules souches chez les Invertébrés, jusqu'à présent on ne sait rien du rôle de Pum1 et Pum2 dans les CSH humaines et murines.Pour toutes ces raisons, nous avons étudié le rôle et les mécanismes d'action de Pum1 et Pum2 dans les CSH murines et humaines en utilisant l'interférence ARN (ARNi). L'invalidation de Pum1 ou de Pum2 dans les CSHs murines conduit à une réduction de l'expansion et du potentiel clonogénique ex vivo, associée à une apoptose accrue et l'arrêt du cycle cellulaire en phase G0/G1. L'invalidation concomitante de Pum1 et Pum2 majore ces effets ce qui suggère un effet coopératif entre les deux protéines. L'expansion et le potentiel clonogénique des CSH invalidées pour Pum1 sont restaurés suite à l'expression forcée de Pum1 (insensible au shRNA utilisé), validant ainsi la spécificité de nos shRNAs. Par contre la surexpression de Pum1 dans les CSHs invalidées pour Pum2 ne restaure pas leurs fonctions, soulignant le rôle non redondant de chaque protéine. En outre, lorsque les CSHs invalidées pour Pum1 ou Pum2 sont inoculées à des souris irradiées létalement de suivre le potentiel hématopoïétique à long terme, seules quelques rares cellules de la moelle osseuse issues des CSH KD pour Pum1 ou Pum2 sont mises en évidence après 4 mois de reconstitution, contrairement aux CSH contrôles. Des résultats identiques ont été obtenus en invalidant Pum1 ou Pum2 dans les CSH humaines.En conclusion, nos résultats démontrent l'implication des facteurs Pumilio dans le maintien du potentiel souche, l'expansion et la survie des CSHs murines et humaines. L'identification des facteurs Pumilio et de leurs cibles comme nouveaux régulateurs des CSHs permettra d'envisager de nouveaux outils en vue de perspectives thérapeutiques. / The central properties of stem cells are the pluripotency and the capacity of self-renewal. Hematopoietic stem cells (HSCs) posses such common features that allows them to generate all the cells of the hematopoietic compartments, maintaining in the same time the HSC pool. We develop approaches focused on ex vivo HSC expansion through activation by exogenous HOXB4 (human HSCs) or Notch/Dll-4 ligand (murine HSCs). Two independent transcriptomic analyses surprisingly converged toward an increased expression of two genes never identified sofar as crucial for HSC functions: Pumilio1 (Pum1) and Pumilio2 (Pum2). Pum1 and Pum2 are posttranscriptional regulators belonging to the Pumilio-FBF (PUF) family of RNA-binding proteins. Although it was established that the primordial role of PUF proteins is to sustain mitotic proliferation of stem cells in Invertebrates, so far nothing is known about the role of Pum1 and Pum2 in human and murine HSCs.For these reasons, we have investigated the roles and mechanisms of action of Pum1 and Pum2 in murine and human HSCs through shRNA strategy. Pum1 and Pum2 knockdown (KD) in murine HSCs led to a decreased HSC expansion and clonogenic potential ex vivo, associated with an increased apoptosis and a cell cycle arrest in G0/G1 phase. KD of both Pum1 and Pum2 enhanced these effects, suggesting a cooperative effect. Expansion and clonogenic potential of KD Pum1 HSCs were rescued by enforced expression of Pum1 (insensitive to our shRNA), thus validating the specificity of our shRNA. Enforced expression of Pum1 could not rescue the functions of Pum2 KD HSCs, highlighting the non-redundant role of these proteins. Furthermore, when Pum1 or Pum2 KD HSCs were inoculated into lethally irradiated mice to follow the long-term hematopoietic potential, only rare bone marrow cells derived from Pum1 and Pum2 KD HSCs were evidenced after 4 months, contrary to control HSCs. Identical results were obtained with human Pum1 or Pum2 KD HSCs.In conclusion, our results demonstrate the involvement of Pumilio factors in stemness maintenance, expansion and survival of murine and human HSCs. Identification of Pumilio factors and their targets as new regulators of HSCs expansion will allow consider them as new tools for therapeutic perspectives.

L’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques limitant le succès de ce traitement.La GVHD aiguë est liée à la reconnaissance et la destruction par les lymphocytes Talloréactifs du donneur des tissus cibles du receveur (peau, tube digestif et foie), aprèsactivation par les cellules dendritiques du receveur. Si le rôle des lymphocytes Th17dans la GVHD aiguë a été mis en évidence dans des modèles murins, leur rôle chezl’homme est moins clair. Nous avons exploré la présence des lymphocytes Th17 dansla muqueuse digestive de 23 patients et dans la peau de 38 patients lors du diagnosticde GVHD aiguë, au moyen de 2 marqueurs des Th17, CCR6 et CD161 et du facteurde transcription des Th17, RORγt. Il existe une augmentation significative descellules CCR6+, CD161+ et RORγt+ dans la muqueuse digestive et la peau des patientsavec une GVHD aiguë. De plus, comme il a été rapporté que les cellules dendritiquesplasmocytoïdes (PDC) favorisent la différenciation des lymphocytes Th17, nousavons voulu quantifier chez ces patients les PDC au moyen des 2 marqueurs, CD123et BDCA2. Il existe une augmentation des PDC dans la muqueuse digestive et la peaudes patients avec une GVHD aiguë. De plus la forte expression de la protéine induitepar l’IFN de type I Mx1 dans la peau des patients avec une GVHD aiguë suggère queles PDC sont fonctionnelles et produisent de l’IFN de type I. L’ensemble de cesrésultats suggère l’existence d’une réponse médiée par les lymphocytes Th17 dans laGVHD aiguë digestive et cutanée ainsi qu’un nouveau lien physiopathologique entreles PDC et les lymphocytes Th17. / Acute graft-versus-host disease (GVHD) remains a major complication followingallogeneic stem cell transplantation (allo-SCT) limiting the success of the therapy.GVHD is the result of alloreactive donor T cells attacking host tissues: the skin, gutand liver after activation by the recipient dendritic cells. The contribution of Th17cells in acute GVHD has been demonstrated in mouse models. However theircontribution in human acute GVHD remains unclear. We evaluated the presence ofTh17 cells in the intestinal mucosa of 23 patients and the skin of 35 patients atdiagnosis of acute GVHD using CCR6 and CD161, 2 markers of Th17 cells, andRORγt the key transcription factor of Th17 cells. CCR6+, CD161+ and RORγt+ cellswere significantly increased in the intestinal mucosa and the skin of patients withacute GVHD. Since plasmacytoid dendritic cells (PDC) have been reported to drivethe differentiation of the Th17 subset, we quantified PDC using 2 markers CD123 andBDCA. PDC were significantly increased in the intestinal mucosa and the skin ofpatients with acute GVHD. Moreover, we observed a strong expression of the type IIFN-inducible protein Mx1 in the skin of patients with acute GVHD, suggesting thatPDC produce type I IFN. Overall this study provides evidence for a Th17-mediatedresponse and a potential pathophysiological link between PDC and Th17 in humanacute GVHD.

La physiopathologie de la GVHa implique de nombreux mécanismes aboutissant à ces lésions tissulaires responsables d'une comorbidité majeure en allo-CSH. L'objectif principal de notre étude a été d'identifier des marqueurs précoces de GVHa et d'explorer leurs rôles dans la physiopathologie de ce phénomène. Quarante-deux cytokines ou chémokines, ont été étudiés à J0 dans le sérum de 109 patients allogreffés avec un conditionnement d'intensité réduite. Nous avons complété ce travail par une étude cinétique à différents temps de l'allo-CSH et une étude histologique de biopsies coliques de patients atteints de GVHa. A J0 de l'allo-CSH, seule la mesure de CX3CL1 J0 était significativement plus élevée chez les patients développant par la suite une GVHa en comparaison aux patients indemnes de GVHa (P=0 ,04). Cette observation persistait à J30 et J50 post allo-CSH mais pas à J100 (P=0,02, P=0,03 et P=0,12, respectivement). L'étude des dosages sériques avant le conditionnement (J-30) ne retrouvait pas de différence significative entre ces 2 groupes. L'analyse phénotypique des différents types cellulaires a mis en évidence une augmentation signification de la proportion de lymphocytes CD8+CX3CR1+ chez les patients présentant une GVHa (P=0,01). L'analyse histologique de biopsies coliques (n=12) montrait une nette augmentation de l'expression de CX3CL1 au niveau des cellules épithéliales de la muqueuse intestinale en cas de GVHa ainsi que la présence de cellules mononuclées CX3CR1+ aux contacts de ces cellules épithéliales. Les résultats de cette étude suggèrent fortement l'implication de CX3CL1 et de son récepteur CX3CR1 dans la physiopathologie de la GVHa. / This study investigated the role of cytokines and chemokines in acute graft-versus host disease (aGVHD) incidence and severity in 109 patients who underwent reduced-intensity conditioning allogeneic stem cell transplantation (HSCT). Among the 42 cytokines tested at day 0, only CX3CL1 levels at day 0 was significantly associated with grades II to IV aGVHD development (P=0.04). Increased levels of CX3CL1 at day 30 and day 50 post-HSCT were also significantly associated with aGVHD (P=0.02 and P=0.03, respectively). No such association was found before conditioning regimen or at day 100 post-HSCT. Because the receptor for CX3CL1 is CX3CR1, the number of CX3CR1+ cells was determined by flow cytometry. The CX3CR1+CD8+T cell proportion was significantly higher in patients with aGVHD than those without aGVHD (P=0.01). To investigate the distribution of the CX3CL1/CX3CR1 axis in the anatomic sites of aGVHD, CX3CL1 and CX3CR1 levels were studied using an in situ immunohistochemical analysis on gastro-intestinal biospsies of patients with intestinal aGVHD. CX3CL1 expression was significantly increased in the epithelial cells and mononuclear cells of the lamina propria. CX3CR1+ cells mononuclear cells were identified in close contact with epithelial cells. These findings strongly suggest the implication of the CX3CL1/CX3CR1 axis in the pathogenesis of aGVHD.

Pendant l'ontogenèse, les progéniteurs hématopoïétiques sont générés en 3 vagues indépendantes. Les 2 premières (primitive, puis transitoire définitive) ont lieu dans le sac vitellin (SV), avant la génération des Cellules Souches Hématopoïétiques (CSH), qui apparaissent plus tard au niveau de la région "Aorta‐Gonad‐Mesonephros" (AGM), lors de la 3ème vague, dite définitive. Tal1/SCL et son paralogue Lyl‐1 appartiennent à un complexe transcriptionnel qui régule le développement hématopoïétique. Tal‐1/SCL est indispensable à la spécification des progéniteurs hématopoïétiques des 3 vagues. Par contre, le rôle de Lyl‐1 lors du développement hématopoïétique est mal connu. Grâce au gène rapporteur lacZ des souris Lyl‐1lacZ, nous montrons que Lyl‐1 marque et régule les progéniteurs macrophagiques primitifs (MΦPrim) du SV, ainsi que la microglie. Notre analyse en RNA‐seq montre que l'ensemble des gènes exprimés par les progéniteurs MΦPrim est bien distinct de celui des progéniteurs MΦ transitoire définitifs, plus tardifs, reflétant le statut primitif des MΦPrim. De plus, l'invalidation de Lyl‐1 influence les voies de signalisations de l'inflammation et conduit à une activation anormale des gènes de la microglie impliqués dans la régulation synaptique. Lors de la 3ème vague du développement hématopoïétique, nous montrons que l'invalidation de Lyl‐1 conduit à une diminution de l'activité des reconstitutions à long terme des CSH de l'AGM à E10 et à une réduction de la population de CSH dans le foie fœtal à E12 et E14. La réduction de la population de CSH semble liée uniquement à un taux accru d'apoptose des CSH Lyl‐1LacZ/LacZ uniquement au stade de l'AGM. En conclusion, nos résultats montrent que Lyl‐1 régule la production des progéniteurs MΦ primitifs, le développement de la microglie et celui des CSH, dont il contrôle la taille de la population, peu après leur génération. / During ontogeny, hematopoietic progenitors are generated in three independent waves, the first two (primitive and transient definitive) develop from the yolk sac (YS), before the appearance of Hematopoietic Stem Cells (HSC) that occurs later in the Aorta‐Gonad‐Mesonephros (AGM), in the third and definitive wave. Both Tal1/SCL and its paralog Lyl‐1 belong to the transcriptional complex that regulates hematopoietic progenitor development. While Tal‐1/SCL is mandatory for the specification of hematopoietic progenitors from the three embryonic waves, to date the functions of Lyl‐1 during developmental hematopoiesis remains largely unknown. By making use of the lacZ reporter from the Lyl‐1lacZ mice, we previously found that Lyl‐1 marks and regulates YS macrophage progenitors from the primitive wave (MΦPrim), and embryonic microglia. In a RNA‐seq analysis, we show that MΦPrim gene expression landscape is clearly distinct from later transient definitive MΦ　progenitors, reflecting their primitive status. Lyl‐1 invalidation also influences some inflammatory signalling pathways and also leads to the abnormal activation of microglia genes involved in synaptic regulation. In the definitive wave, we found that Lyl‐1 disruption leads to a reduced efficiency of long‐term reconstitution by HSC from embryonic day (E)10 AGM and reduced HSC pool size in E12 and E14 fetal liver. The reduction of the HSC pool results from a higher apoptosis level in Lyl‐1LacZ/LacZ HSCs restricted to the AGM stage. Together, our data establish that Lyl‐1 regulates the development of MΦPrim progenitors and HSC pool size soon after they are generated.

Chez les humains, un large pourcentage de leucémies myéloïdes et lymphoïdes exprime des gènes Homéobox (Hox) de façon aberrante, principalement ceux du groupe des gènes Hoxa. Cette dérégulation de l’expression des gènes Hox peut provenir directement des translocations impliquant des gènes Hox ou indirectement par d’autres protéines ayant un potentiel oncogénique. De plus, plusieurs études indiquent que les gènes Hox jouent un rôle essentiel dans l'initiation de diverses leucémies. Comprendre le fonctionnement des gènes Hox dans l'hématopoïèse normale est donc une condition préalable pour élucider leurs fonctions dans les leucémies, ce qui pourrait éventuellement conduire à l’élaboration de nouveaux traitements contre cette maladie. Plusieurs études ont tenté d’élucider les rôles exacts des gènes Hox dans l'hématopoïèse via l’utilisation de souris mutantes pour un seul gène Hox. Or, en raison du phénomène de redondance fonctionnelle chez cette famille de gènes, ces études ont été peu concluantes. Il a été précédemment démontré que dans une population de cellules enrichies en cellules souches hématopoïétiques (CSH), les gènes du cluster Hoxa sont plus exprimés que les gènes Hox des autres clusters. Aussi, il a été établi que les gènes du cluster Hoxb sont non essentiels à l’hématopoïèse définitive puisque les CSH mutantes pour les gènes Hoxb1-9 conservent leur potentiel de reconstitution à long terme. En nous basant sur ces données, nous avons émis l'hypothèse suivante : les gènes Hoxa sont essentiels pour l'hématopoïèse normale adulte. Pour tester notre hypothèse, nous avons choisi d’utiliser un modèle de souris comportant une délétion pour l’ensemble des gènes Hoxa. Dans le cadre de cette recherche, nous avons démontré que les CSH, les progéniteurs primitifs et les progéniteurs des cellules B sont particulièrement sensibles au niveau d'expression des gènes Hoxa. Plus particulièrement, une baisse de la survie et une différenciation prématurée semblent être à l’origine de la perte des CSH Hoxa-/- dans la moelle osseuse. L’analyse du profil transcriptionnel des CSH par séquençage de l'ARN a révélé que les gènes Hoxa sont capables de réguler un vaste réseau de gènes impliqués dans divers processus biologiques. En effet, les gènes Hoxa régulent l’expression de plusieurs gènes codant pour des récepteurs de cytokine. De plus, les gènes Hoxa influencent l’expression de gènes jouant une fonction dans l’architecture de la niche hématopoïétique. L’expression de plusieurs molécules d’adhésion est aussi modulée par les gènes Hoxa, ce qui peut affecter la relation des CSH avec la niche hématopoïétique. L’ensemble de ces résultats démontre que les gènes Hoxa sont d'importants régulateurs de l'hématopoïèse adulte puisqu’ils sont nécessaires au maintien des CSH et des progéniteurs grâce à leurs effets sur plusieurs processus biologiques comme l'apoptose, le cycle cellulaire et les interactions avec la niche. / In humans, a large percentage of myeloid and lymphoid leukemias exhibit aberrant Homeobox (Hox) genes expression, predominantly Hoxa genes. This aberrant expression is known to be caused by either translocations involving Hox genes or indirect activation of Hox genes. In addition, evidence now indicates a critical role for Hox genes in the initiation of leukemias. Clearly, understanding how Hox genes function in normal hematopoiesis is prerequisite to elucidate their involvement in leukemogenesis and this may eventually lead to new treatments for this disease. Attempts to determine the precise role(s) of Hox genes in normal hematopoiesis using single gene loss of function mutants have shown little success due to functional complementation by the remaining Hox genes. We previously showed that the Hoxa genes are much higher expressed in enriched hematopoietic stem cell (HSC) populations than the other members of the Hox gene family. Moreover, Hoxb cluster genes were found to be dispensable for HSCs long-term repopulation of irradiated mice. Thus, we hypothesize that Hoxa genes are critical for normal adult hematopoiesis. We have used a multi-gene knockout (KO for the entire Hoxa cluster) approach to thoroughly evaluate this issue. In this thesis, we showed that HSC, primitive progenitors and B cell progenitors are particularly sensitive to the levels of Hoxa gene expression. Furthermore, a lower survival and a premature differentiation account for the loss HSC Hoxa-/- in bone marrow. Differential expression profiling by RNASeq revealed that Hoxa genes are capable of regulating a broad array of genes involved in various biological processes. Indeed, Hoxa genes regulate the expression of several genes coding for cytokine receptors. Furthermore, Hoxa genes modulate the expression of genes implicated in the regulation and formation of the niche architecture. The expression of several adhesion molecules is also modulated by the Hoxa genes, which can affect the relationship of HSC with the hematopoietic niche. Through their action on several biological processes such as apoptosis, cell cycle and niche interactions, Hoxa genes are necessary for maintenance of HSC and progenitors. Taken together, these results demonstrate that Hoxa genes are important regulators of adult hematopoiesis.

L’expansion des cellules souches hématopoïétiques ex vivo représente une option des plus intéressante afin d’améliorer les greffes de moelle osseuse. Le facteur de transcription HOXB4 semble être le candidat ayant le plus de potentiel jusqu’à présent. Cependant, la très courte demi-vie de la protéine représente un obstacle majeur dans l’élaboration de protocoles cliniques. Par contre, la substitution d’un acide aminé (3 mutations individuelles) dans la partie N-terminale de la protéine augmente de près de 3 fois la stabilité intracellulaire de HOXB4. Nous avons comparé l’activité biologique de ces mutants à celle de HOXB4 natif (« wt ») dans des essais in vitro et in vivo. Nous avons démontré que la surexpression de HOXB4 muté par infection des cellules souches hématopoïétiques n’affectait pas leur pouvoir de reconstitution hématopoïétique à long terme dans des souris transplantées. Par ailleurs, nous avons noté que dans les essais de reconstitution hématopoïétique en compétition et en non compétition, les cellules surexprimant les protéines mutées ont une expansion supérieure in vitro et reconstituent le sang et la rate avec une répartition de cellules lymphoïdes et myéloïdes plus près de souris non-transplantées comparativement aux cellules exprimant HOXB4 « wt ». De plus, les cellules surexprimant la protéine HOXB4 mutée apparaissent beaucoup plus rapidement et en plus grande proportion dans le sang comparativement aux cellules surexprimant la forme native. Une des protéines HOXB4 mutées (1426) ne permet pas l’expansion des progéniteurs myéloïdes immatures (CMP) contrairement à la protéine « wt ». Et finalement, par les études de modulation intracellulaire protéique, nous avons démontré que les comportements des protéines HOXB4 « wt » et mutées envers les cellules souches hématopoïétiques et progéniteurs n’étaient pas complètement dus à un effet de concentration protéique. / Ex vivo hematopoietic stem cell expansion represents a most appealing option to improve bone marrow transplantation. Utilization of the unique hematopoietic stem cell (HSC) expansion abilities of the transcription factor HOXB4 for clinical applications is hampered by its short intracellular half-life. To overcome this difficulty, 3 different single amino-acid substitution mutants of HOXB4 with 3-4 fold increased half-life were generated and their biologic activity compared to that of wild type (wt) HOXB4 using in vitro and in vivo assays. We have shown that overexpression of mutated HOXB4 in HSC using an infection strategy did not impair their long term hematopoietic reconstitution potential in transplanted mice. We have found that cells overexpressing mutant HOXB4 had greater expansion in vitro in competitive and non-competitive designs than wt HOXB4. Moreover, in vivo peripheral blood and spleen repopulation had lymphoid and myeloid contributions closer to untransplanted animals with mutant than wt HOXB4. In addition, cells overexpressing mutant HOXB4 protein were detected much more rapidly and in greater proportion in peripheral blood than cells overexpressing the wt form. One of the mutated HOXB4 proteins (1426) did not promote the expansion of common myeloid progenitors in comparison to wt HOXB4. Finally, using intracellular protein modulation studies, we have shown that the effects of mutated and wt HOXB4 proteins in hematopoietic stem and progenitor cells were not completely due to a HOXB4 concentration effect.

Il est documenté que les enfants poursuivant une greffe de cellules souches hématopoïétiques présentent une altération du zinc plasmatique potentiellement défavorable à leur état clinique puisque ce minéral est impliqué dans l’hématopoïèse, la défense immunitaire, l’intégrité de la muqueuse digestive et la croissance. Ainsi, une carence en zinc pourrait affecter la reprise de l’hématopoïèse, la vulnérabilité aux infections, les diarrhées, les complications inflammatoires et la croissance de ces enfants. Actuellement, le zinc n’est pratiquement jamais dosé chez la clientèle pédiatrique du CHU Ste-Justine. Cette étude a documenté prospectivement le statut nutritionnel en zinc chez 21 sujets admis pour une GCSH dans ce centre. Sept différents moments ont été déterminés afin de suivre la tendance évolutive des taux plasmatiques de zinc et des paramètres d’intérêt (anthropométrie, biochimie et complications de la greffe) en fonction de la récupération fonctionnelle de la moelle osseuse. Au total, 43% des enfants ont présenté des taux de zinc plasmatique cliniquement associés à une carence (<9,9 μmol/L) à un moment ou l’autre de la période d’observation. Cependant, aucun moment n’a été identifié comme plus propice à cet avènement. L’altération du taux de zinc survient peu importe l’âge, le sexe, le type de greffe, le diagnostic ou la présence d’un soutien nutritionnel. Les apports habituels en zinc n’expliquent pas le statut déficient observé et l’usage d’une alimentation parentérale ne prévient pas l’occurrence de ce problème. Le statut nutritionnel précaire à l’admission pourrait servir à identifier les patients à risque d’une altération du statut en zinc car ceux-ci ont montré un plus faible poids pour l’âge (<25e percentile). De plus, des corrélations positives entre la préalbumine et les taux plasmatiques de zinc ont été identifiées. Cliniquement, un statut altéré en ce minéral a occasionné de plus longs et importants épisodes de diarrhées, une mucosite et une neutropénie prolongée, mais ces données ne diffèrent pas significativement de celles recueillies auprès de patients ayant présenté un statut normal en zinc. Cette étude permettra d’accorder une importance particulière à la surveillance du statut en zinc lors de la GCSH étant donné l’altération transitoire observée chez plusieurs individus et l’apparente augmentation des complications post-greffe associées à un tel état. Puisque l’influence des apports habituels en zinc ne suffit pas pour expliquer ce phénomène, davantage d’études sont nécessaires. / It has been previously documented that plasma zinc levels are lower in children who underwent a hematopoietic stem cell transplant (HSCT). Given the role of zinc in hematopoiesis, immune defense, intestinal integrity and growth, it is likely that zinc deficiency may negatively affect patient outcomes by influencing hematopoiesis recovery, vulnerability to infections, occurrence of diarrhea, inflammatory complications and growth. To date, monitoring of this trace element is not routinely done in children undergoing HSCT at Ste-Justine Hospital. In this prospective study, we assessed plasma zinc levels and zinc intakes in 21 children at seven different time points before and after HSCT. In addition, anthropometric and biochemistry parameters as well as complications were collected at the same time points. Our results showed a prevalence of zinc deficiency (<9.9 μmol/L) of 43%, however no specific time was associated with the occurrence of this deficiency. Gender, age, graft type, primary diagnosis and the use of a nutritional support did not significantly affect the prevalence of this deficiency state. Usual zinc intakes could not explain this impairment while the use of parenteral nutrition did not prevent its occurrence. A poor nutritional status at admission, defined by a low weight-for-age (<25th percentile), could help identifying high-risk patients. This association is strengthened by the positive correlation found between prealbumin and plasma zinc levels. Although an altered zinc status resulted in a longer duration of diarrhea and more stools per day as well as an extended period of mucositis and neutropenia, no significant difference was seen between patients with a normal and an impaired zinc status with regard to these outcomes. This study suggests the relevance of monitoring zinc nutritional status during HCST given the significant proportion of patients with impaired zinc status and the apparent increase in post-HCST complications seen in those patients. Since usual zinc intakes do not explain the alteration of zinc status of our study population, further studies are needed.