Cell proliferation is a process that is strictly regulated by a large number of proteins. An alteration in one of the encoding genes inserts an error into the regulative protein, which may result in uncontrolled cell growth and eventually tumor formation. Lymphoma is a cancer type originating in the lymphocytes, which are part of the body’s immune defence. In the present thesis, Znfn1a1, Notch1 and Bcl11b were studied; all involved in the differentiation of T lymphocytes. The three genes are located in chromosomal regions that have previously shown frequent loss of heterozygosity in tumor DNA. Ikaros is a protein involved in the early differentiation of T lymphocytes. In this thesis, mutation analysis of the Znfn1a1 gene in chemically induced murine lymphomas revealed point mutations and homozygous deletions in 13 % of the tumors. All of the detected deletions lead to amino acid substitutions or abrogation of the functional domains in the Ikaros protein. Our results support the role of Ikaros as a potential tumor suppressor in a subset of tumors. Notch1 is a protein involved in many differentiation processes in the body. In lymphocytes, Notch1 drives the differentiation towards a T-cell fate and activating alterations in the Notch1 gene have been suggested to be involved in T-cell lymphoma. We identified activating mutations in Notch1 in 39 % of the chemically induced murine lymphomas, supporting the involvement of activating Notch1 mutations in the development of T-cell lymphoma. Bcl11b has been suggested to be involved in the early T-cell specification, and mutations in the Bcl11b gene has been identified in T-cell lymphoma. In this thesis, point mutations and deletions were detected in the DNA-binding zinc finger regions of Bcl11b in 15 % of the chemically induced lymphomas in C57Bl/6×C3H/HeJ F1 mice. A mutational hotspot was identified, where four of the tumors carried the same mutation. Three of the identified alterations, including the hotspot mutation in Bcl11b, increased cell proliferation when introduced in a cell without endogenous Bcl11b, whereas cell proliferation was suppressed by wild-type Bcl11b in the same cell line. Mutations in Bcl11b may therefore be an important contributing factor to lymphomagenesis in a subset of tumors. A germ line point mutation was identified in BCL11B in one of 33 human B-cell lymphoma patients. Expression of BCL11B in infiltrating T cells was significantly lower in aggressive compared to indolent lymphomas, suggesting that the infiltrating T cells may affect the B-cell lymphomas.

Le facteur de transcription Ikaros est un régulateur essentiel de la lymphopoïèse. Ikaros est nécessaire à la différenciation des lymphocytes B et joue aussi un rôle important dans la suppression des LAL-T. Contrairement aux souris mutantes nulles pour Ikaros, les souris mutantes hypomorphes IkL/L développent des lymphocytes B matures après la naissance. Avec l'âge, toutes les souris IkL/L développent des leucémies T Notch dépendantes avec des mutations similaires à celles trouvées chez les patients atteints de LAL-T. La souris IkL/L est donc un excellent modèle pour étudier l'activation des cellules B matures et la pathogenèsedes LAL-T. Nous avons montré que la délétion spécifique du promoteur et de l'exon 1 de Notch1 dans les cellules T conduit à l'activation de promoteurs cryptiques dans la région 3' du gène, qui génèrent des transcrits codant pour des protéines Notch1 constitutivement actives qui accélèrent la leucémogenèse dans la souris IkL/L. De plus, nous mettrons en évidence l'existence de cellules initiatrices de leucémie dans les tumeurs IkL/L puisque nous avons trouvé que des cellules ayant la capacité de s'auto-renouveler représentent 1 sur 500. Enfin, nous avons montré que les cellules B IkL/L ont une activation excessive d'ERK et dep38 après la stimulation du BCR, ce qui résulte en une hyper-prolifération et une production d'autoanticorps liés au lupus systémique érythémateux. Nos résultats suggèrent qu'Ikaros est un régulateur négatif de l'activation des lymphocytes B.

Zugl.: Bremen, Univ., Diss., 2004

v anglickém jazyce Leukemia is the most common malignant childhood disease, which occurs in Czech Republic every year in about 100 cases. That's why has been devoted over the last 5 decades much attention and funding to this research and the children with leukemia have a high chance for achieving complete remission. Nevertheless, for about 10% of patients leukemia still remains lethal and these cases are subjects of current studies. Leukemia is a complex disease in its pathology involving lots of aberrations, which pathologically manifest at the DNA, mRNA and protein level. Nevertheless some symptoms of this disease are only at the protein grade (and not DNA or mRNA). Since a broad part of the protein profile in leukemic cell changes, it is necessary to develop newer, more sensitive and especially more efficient methods, which are able to follow up changes in large sets of proteins and detect prognostic and diagnostic markers. Within diploma study a new method - multiplex antibody array - has been tested. Our laboratory tests this method in collaboration with a Norwegian laboratory (Rikshospitalet University Hospital, University of Oslo) under leading by Dr. Lund-Johansen, who is the author of this method. Antibody array presents a set of 1152 latex bead populations labeled with fluorescent dyes in...

The main topic of my PhD studies was to investigate the role of sumoylation in the function of Ikaros transcription factor, that regulates the lymphocyte differentiation and function. Sumoylation is a posttranslational modification that can change the properties and regulate the function of a given protein. Up to now, one study addressed the question of how sumoylationmodulates Ikaros function. It shows that Ikaros is sumoylated in total primary thymocytes, and that this dynamic event modulates Ikaros' repressive function. It also describes two consensus sumoylation sites on Ikaros (K58 and K240), the sumoylation of which leads to loss of Ikaros repressive function in ectopic reporter gene assays. The final conclusion of the study is that sumoylation does not alter the nuclear localization of Ikaros but acts as a mechanism disrupting its participation in both histone deacetylase (HDAC) dependent and independent repression. My work shows the presence of additional sumoylation site on Ikaros and demonstrates that sumoylation does not significantly alter its interaction with the nucleosome remodelling and histone deacetylase (NURD) complex in T-cell lines. The functional analysis of sumo-deficientmutants indicates a complex role of this modification in regulating Ikaros' transcriptional properties. The identification of this new sumoylation site contributes to a better understanding of Ikaros' dual repressive - activating function and suggests the existence of conditional Ikaros' interacting partners. Moreover, the different Ikaros splicing isoforms would have differentsumoylation profiles, which would complete the knowledge of their functional diversity.

Le facteur de transcription BP1 humain est exprimé dans les cellules érythroïdes pendant le développement fœtal mais son niveau d’expression est réduit au stade adulte. Les études antérieures in vitro ont montré que BP1 est un répresseur du gène adulte de β-globine mais sa fonction dans la régulation des gènes ε et γ n’a pas été abordée à ce jour. Dans notre étude, nos analyses de BP1 humain ont été menées in vivo au stade embryonnaire en utilisant une lignée de souris transgénique surexprimant BP1 dans les cellules érythroïdes définitives murines. Au niveau protéique, BP1 humain est exprimé aux âges E12.5 et E13.5 dans les cellules érythroïdes fœtales des embryons transgéniques. Toutefois, les niveaux de BP1 humain ne perturbent pas l’érythropoïèse définitive fœtale: les embryons transgéniques ne sont pas anémiques et ne meurent pas in utero. La surexpression de BP1 humain altère tout de même le niveau endogène des facteurs de transcription Ikaros et SOX6 impliqués dans la régulation des gènes de β-globine durant l’érythropoïèse définitive fœtale murine. Chez les embryons doubles transgéniques exprimant BP1 et les gènes humains de β-globine à E12.5, l’expression du gène adulte β est réduite alors que celle des gènes ε et γ est non réprimée. Les mesures d’expression des gènes humains de β-globine effectuées en absence d’Ikaros à E12.5 précisent le rôle de BP1 humain dans l’activation du gène embryonnaire ε. Dans les cellules érythroïdes fœtales murines dépourvues d’Ikaros à E12.5, BP1 humain augmente grandement l’expression des facteurs de transcription EKLF et BCL11A et semble déréprimer l’expression de SOX6, ce qui conduit à une répression des gènes fœtaux et une activation du gène adulte β au jour embryonnaire murin suivant. Puisque BP1 atténue l’altération de l’expression des gènes fœtaux et adultes causée par l’absence d’Ikaros, nous proposons que BP1 et Ikaros soient liés dans les mécanismes de transcription des gènes humains de β-globine. / The transcription factor BP1 is expressed in erythroid cells during fetal development but is downregulated at adult stage. In vitro previous studies revealed that BP1 acts as a repressor of adult β-globin gene expression but its function in ε and γ globin gene regulation has not been investigated so far. In our studies, BP1 functions analyses were proceeded in vivo at embryonic stage by using a transgenic mouse line overexpressing human BP1 in murine definitive erythroid cells. At protein level, human BP1 is expressed in E12.5 and E13.5 fetal erythroid cells of transgenic embryos. However, levels of human BP1 do not impair murine fetal definitive erythropoiesis : transgenic embryos are not anemic and survive during gestation. Overexpression of human BP1 impairs, nonetheless, endogenous level of the transcription factors Ikaros and SOX6 involved in β-globin gene regulation during murine fetal definitive erythropoiesis. In double transgenic mice expressing BP1 and human β-globin genes at embryonic day E12.5, β gene expression is reduced whereas ε- and γ-globin genes are not repressed. Measurements of β-globin gene expression in absence of Ikaros pinpoint the role of human BP1 in embryonic ε-globin gene activation. In E12.5 Ik-/- murine fetal erythroid cells, human BP1 highly increases EKLF and BCL11A transcription level and seems to derepress SOX6 expression which lead to γ silencing and β activation at E13.5. Since BP1 attenuates globin gene alterations caused by absence of Ikaros, we propose that BP1 and Ikaros are linked in transcriptional mechanisms of human β-globin genes.

Le facteur de transcription BP1 humain est exprimé dans les cellules érythroïdes pendant le développement fœtal mais son niveau d’expression est réduit au stade adulte. Les études antérieures in vitro ont montré que BP1 est un répresseur du gène adulte de β-globine mais sa fonction dans la régulation des gènes ε et γ n’a pas été abordée à ce jour. Dans notre étude, nos analyses de BP1 humain ont été menées in vivo au stade embryonnaire en utilisant une lignée de souris transgénique surexprimant BP1 dans les cellules érythroïdes définitives murines. Au niveau protéique, BP1 humain est exprimé aux âges E12.5 et E13.5 dans les cellules érythroïdes fœtales des embryons transgéniques. Toutefois, les niveaux de BP1 humain ne perturbent pas l’érythropoïèse définitive fœtale: les embryons transgéniques ne sont pas anémiques et ne meurent pas in utero. La surexpression de BP1 humain altère tout de même le niveau endogène des facteurs de transcription Ikaros et SOX6 impliqués dans la régulation des gènes de β-globine durant l’érythropoïèse définitive fœtale murine. Chez les embryons doubles transgéniques exprimant BP1 et les gènes humains de β-globine à E12.5, l’expression du gène adulte β est réduite alors que celle des gènes ε et γ est non réprimée. Les mesures d’expression des gènes humains de β-globine effectuées en absence d’Ikaros à E12.5 précisent le rôle de BP1 humain dans l’activation du gène embryonnaire ε. Dans les cellules érythroïdes fœtales murines dépourvues d’Ikaros à E12.5, BP1 humain augmente grandement l’expression des facteurs de transcription EKLF et BCL11A et semble déréprimer l’expression de SOX6, ce qui conduit à une répression des gènes fœtaux et une activation du gène adulte β au jour embryonnaire murin suivant. Puisque BP1 atténue l’altération de l’expression des gènes fœtaux et adultes causée par l’absence d’Ikaros, nous proposons que BP1 et Ikaros soient liés dans les mécanismes de transcription des gènes humains de β-globine. / The transcription factor BP1 is expressed in erythroid cells during fetal development but is downregulated at adult stage. In vitro previous studies revealed that BP1 acts as a repressor of adult β-globin gene expression but its function in ε and γ globin gene regulation has not been investigated so far. In our studies, BP1 functions analyses were proceeded in vivo at embryonic stage by using a transgenic mouse line overexpressing human BP1 in murine definitive erythroid cells. At protein level, human BP1 is expressed in E12.5 and E13.5 fetal erythroid cells of transgenic embryos. However, levels of human BP1 do not impair murine fetal definitive erythropoiesis : transgenic embryos are not anemic and survive during gestation. Overexpression of human BP1 impairs, nonetheless, endogenous level of the transcription factors Ikaros and SOX6 involved in β-globin gene regulation during murine fetal definitive erythropoiesis. In double transgenic mice expressing BP1 and human β-globin genes at embryonic day E12.5, β gene expression is reduced whereas ε- and γ-globin genes are not repressed. Measurements of β-globin gene expression in absence of Ikaros pinpoint the role of human BP1 in embryonic ε-globin gene activation. In E12.5 Ik-/- murine fetal erythroid cells, human BP1 highly increases EKLF and BCL11A transcription level and seems to derepress SOX6 expression which lead to γ silencing and β activation at E13.5. Since BP1 attenuates globin gene alterations caused by absence of Ikaros, we propose that BP1 and Ikaros are linked in transcriptional mechanisms of human β-globin genes.

IKAROS est un facteur de transcription majeur dans l’hématopoïèse qui agit en recrutant à la chromatine de nombreux partenaires décisifs dans le renouvellement cellulaire et l’engagement vers des lignages spécifiques. Il est notamment requis dans les cellules lymphoïdes pour réprimer les gènes cibles de la voie de signalisation NOTCH. IKAROS est aussi important dans le développement des cellules érythroïdes dans lesquelles il facilite le passage d’une globine fœtale à adulte chez l’embryon grâce au recrutement des complexes remodeleurs de la chromatine NuRD et BAF. En condition normale, la voie de signalisation NOTCH réprime la différenciation en cellules érythroïdes. Il est donc important que les gènes cibles de la voie NOTCH soient finement régulés afin d’amener une cellule progénitrice à se différencier en érythrocyte énucléé. Dans les cellules hématopoïétiques, incluant les cellules érythroïdes, IKAROS est un régulateur important du gène Hes1, cible effectrice majeure de la voie NOTCH. En effet, IKAROS participe activement à la répression du gène Hes1, permettant le développement des cellules érythroïdes. Nous avons donc émis l’hypothèse que dans ces cellules, IKAROS pourrait avoir une action plus généralisée sur le contrôle des gènes ciblés par NOTCH, comme observé dans les cellules lymphoïdes. Il pourrait ainsi agir en recrutant les complexes enzymatiques nécessaires à la régulation de ces gènes comme NuRD et BAF afin d’assurer le développement des cellules érythroïdes. Étant donné que la régulation des gènes est aussi dépendante du motif de méthylation de l’ADN, nous avons étendu notre questionnement à cet autre aspect de la régulation qu’IKAROS pourrait utiliser pour contrôler les gènes de la voie NOTCH. Pour ce faire, nous avons procédé à l’analyse bio-informatique d’un séquençage d’ARN de cellules érythroïdes murines préalablement réalisé au laboratoire afin d’en extraire les gènes régulés par IKAROS, mais aussi par NOTCH. L’analyse nous a permis d’extraire deux motifs d’expression intéressants observés dans les cellules érythroïdes pour lesquels IKAROS réprime ou active des gènes qui sont normalement réceptifs à l’activation de la voie NOTCH. Parmi les gènes réprimés par IKAROS en sont ressortis les gènes cibles de NOTCH Cdkn1a (P21WAF1/CIP1) et Trp53 (TP53), dont l’expression augmente fortement quand IKAROS est muté et que NOTCH est actif. Parmi les gènes activés par IKAROS en sont ressortis les gènes cibles de NOTCH Prdm16 et Nrarp, dont l’expression diminue fortement quand IKAROS est muté et que NOTCH est actif. IKAROS est donc un régulateur pouvant être répresseur, mais aussi activateur d’une multitude de gènes ciblés par NOTCH dans les cellules érythroïdes. Par des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine, nous avons pu observer qu’IKAROS semblait toujours agir en partenariat avec le complexe NuRD et que la présence du complexe BAF était plutôt dépendante de la voie NOTCH. L’association IKAROS-NuRD semble servir de plateforme pour imposer un état de chromatine bivalente (avec co-présence de H3K4me3 et de H3K27me3) associée à une pause transcriptionnelle. Dans ce contexte, les éléments nécessaires à l’initiation de la transcription (présence de la marque H3K4me3) des gènes ciblés par NOTCH sont recrutés mais, l’élongation transcriptionnelle est affectée. L’état de chromatine bivalente peut être associé à l’activité des déméthylases de l’ADN Ten-Eleven-Translocation (TET) qui empêchent alors l’hyperméthylation de ces régions. Nos résultats démontrent qu’IKAROS peut utiliser la protéine TET1 pour réguler des gènes cibles de la voie NOTCH, en y formant l’hydroxyméthylcytosine (5-hmC). Celle-ci peut aussi marquer les régions de régulation génique caractérisées par une chromatine bivalente et une pause transcriptionnelle. Ces travaux décrivent IKAROS comme un facteur agissant de façons multiples dans la régulation des gènes cibles de NOTCH dans les cellules érythroïdes. Nous proposons qu’IKAROS et son partenaire NuRD soient requis pour mettre en place un état de chromatine bivalente et de pause transcriptionnelle pour faciliter l’activation physiologique des gènes cibles de NOTCH lors de la signalisation. IKAROS peut ainsi prendre part à l’activation ou la répression de gènes cibles de NOTCH, tout en facilitant la déméthylation de l’ADN ainsi que le recrutement d’éléments transcriptionnels qui favorisent un état de pause transcriptionnelle. NOTCH ainsi que d’autres éléments de régulation sont alors requis pour induire l’activation ou la répression des gènes cibles. / IKAROS is a critical transcription factor in hematopoiesis. It facilitates the chromatin binding of many important co-factors required for chromatin organization during cell renewal and lineage commitment. IKAROS is particularly important in lymphoid cells whereby it is involved in the repression of target genes of the NOTCH signaling pathway. IKAROS is also important in the development of other hematopoietic lineages, including the erythroid cells, in which it facilitates the passage of a fetal to adult globin in the embryo through the recruitment of the chromatin remodeling complexes NuRD and BAF. Under normal conditions, the NOTCH signaling pathway represses development of erythroid cells. It is therefore important to precisely understand how the NOTCH target genes are regulated during passage from hematopoietic progenitor to the enucleated circulating erythrocyte. IKAROS has been demonstrated to be an important regulator of Hes1 gene expression in hematopoietic cells of different lineages. Hes1 is the major effector target of the NOTCH pathway and IKAROS actively participates in its repression. In erythroid cells, the regulation of Hes1 imposed by IKAROS is required for terminal differentiation. We therefore investigated the importance of IKAROS in the regulation of NOTCH-targeted genes in erythroid cells. The combined effect of the mutation of IKAROS with NOTCH signaling was particularly investigated in these cells. To define how IKAROS influences the regulation of NOTCH target genes, we performed the bioinformatics analysis of a RNA-sequencing performed in murine erythroid cells activated or not for NOTCH signaling and whereby IKAROS is absent. We identified genes influenced by IKAROS expression and by NOTCH, and defined the effect of the combination of the absence of IKAROS expression and NOTCH pathway activation. Two particular expression patterns were identified and characterized the combined effect of the absence of IKAROS and NOTCH pathway activation in erythroid cells. Indeed, the absence of IKAROS either favors the overexpression of NOTCH target genes or prevents their response to NOTCH pathway activation. To understand how IKAROS could have an opposite effect on different NOTCH target genes we analysed the effect of IKAROS on their regulation. Among the genes repressed by IKAROS are the target genes of NOTCH Cdkn1a (encoding the P21WAF1/CIP1 protein) and Trp53 (encoding the TP53 protein), whose expression increases strongly when IKAROS is mutated and the NOTCH pathway is activated. Prdm16 and Nrarp are, instead, requiring IKAROS expression for their activation by NOTCH. The characterization of these NOTCH target genes suggests that IKAROS can work in partnership with the NuRD complex to influence the expression. The chromatin characterization of these genes led us to posit that the IKAROS-NuRD could act as a ‘platform’ to impose a bivalent chromatin organization associated with poised transcription. Then, the regulation imposed by IKAROS-NuRD would be required for the physiological activation of NOTCH targets upon external signaling. Finally, since in embryonic stem cells the Ten-Eleven Translocation (TET) enzymes are reported to be frequently associated to bivalent chromatin in order to prevent DNA hypermethylation, we assessed whether IKAROS could interact and ‘use’ TET enzymes to regulate NOTCH target genes. We determined that IKAROS can co-immunoprecipitate with the TET1 enzymes. We show that IKAROS influences both recruitment and activity of TET1 to different NOTCH target genes and favors the accumulation of hydroxymethylcytosine (5-hmC) to these genes. 5-hmC can be considered as a mark of transcriptional pausing/bivalence. Thus, these studies bring new information on the mechanism used by IKAROS to influence gene regulation in hematopoietic cells. Our results suggest that IKAROS primary function is to organize a bivalent chromatin and to promote transcriptional pausing to multiple NOTCH target genes. IKAROS is required to set the epigenetic and promoter organization for rapid activation upon NOTCH signaling.

Neutrophils are critical for acute inflammatory responses initiated by infection or tissue injury. Multiple inflammatory genes and signaling pathways are activated rapidly to regulate neutrophil functions. Ikaros is a critical transcription factor involved in the regulation of myeloid cells differentiation. Transcription analysis of the hematopoietic cells in the absence of Ikaros indicates differences in expression of genes encoding signaling factors. However, the impact of Ikaros on signaling mechanisms in myeloid cells during inflammation remains to be defined. The aim of this study was to define whether the lack of Ikaros expression could perturb signaling and thereby, neutrophil function/response during inflammation. We studied purified neutrophils from the bone marrow of WT and Ikaros+/- mice. We found that the expression level of Ikaros is important and governs neutrophil apoptosis, NETosis, myeloperoxidase activity and ROS production in response to bacterial DNA. We also performed in vivo experiments using a mouse model of severe pneumonia. We show that partial deletion of Ikaros (Ikaros+/- mice) is associated with impaired elimination of bacteria. To define how the crippled expression of Ikaros could affect signaling in neutrophils, we performed a high-throughput microarray to identify variations in protein kinase activity. The microarray data suggest that multiple signaling pathways, including the P38 MAPK pathway, could be affected by Ikaros. Accordingly, we employed selective kinase inhibitors to further define the importance of these kinases in neutrophil function. Finally, our results indicate the critical role of Ikaros in the regulation of Toll Like Receptor 4 and 9 as well as the cytosolic DNA sensor IFI204 in neutrophils. This study provides novel information on the role of Ikaros in the regulation of neutrophil functions and a rational basis for the development of novel therapeutic approaches targeting Ikaros for the treatment of patients with infections, and sepsis in particular. / Les neutrophiles sont essentiels pour les réponses inflammatoires aiguës initiées par une infection ou une lésion tissulaire. De multiples gènes inflammatoires et des signaux sont activés rapidement pour réguler les fonctions des neutrophiles. Ikaros est un facteur de transcription critique impliqué dans la régulation de la différenciation des cellules myéloïdes. L'analyse de transcription des cellules hématopoïétiques en l'absence d'Ikaros indique des différences dans l'expression des gènes des facteurs de signalisation. Cependant, l'impact d'Ikaros sur les mécanismes de signalisation dans les cellules myéloïdes pendant l'inflammation reste à définir. Le but de cette étude était de définir si le manque d'expression d'Ikaros pouvait perturber la signalisation et ainsi la fonction / réponse des neutrophiles pendant l'inflammation. Nous avons utilisé les neutrophiles purifiés de la moelle osseuse des souris WT et Ikaros +/-. Nous avons trouvé que le niveau d'expression d'Ikaros est un facteur important pour contrôler l'apoptose des neutrophiles, la NETosis, l'activité de la myéloperoxydase et la production d’espèces d'oxygène réactives en réponse à l'ADN bactérien. Nous avons également fait des expériences in vivo en utilisant un modèle murin de pneumonie. Nous avons trouvé que la suppression partielle d'Ikaros (souris Ikaros +/-) est associée à l'élimination réduite des bactéries. Pour expliquer comment l'expression plus faible d'Ikaros pourrait affecter la signalisation dans les neutrophiles, nous avons fait une analyse ‘’ high-throughput microarray ‘’ pour identifier les variations de l'activité de la protéine kinase. Les données de microarray suggèrent que plusieurs signaux, comme le P38 MAPK, sont affectées par Ikaros. En conséquence, nous avons utilisé des inhibiteurs sélectifs des kinases pour mieux définir l'importance de ces kinases dans la fonction des neutrophiles. De plus les résultats présentés indiquent l’importance du facteur Ikaros pour la régulation de l’expression des ‘Toll Like Receptor’ 4 et 9, ainsi que du senseur d’ADN cytoplasmique IFI204 dans les neutrophiles. Cette étude présente de nouvelles informations sur le rôle d'Ikaros dans la régulation des fonctions des neutrophiles et une base rationnelle pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques ciblant Ikaros pour le traitement des patients avec d'infections et de septicémie en particulier.

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques. / Gene transcriptional regulation is crucial for appropriate cell functioning. Genes must be properly expressed in the right cell type as well as at the right developmental and differenciation stage in order to allow the cells to accomplish their functions. Abnormal expression of one or many genes can dramatically influence cell fate. Diverse cis (ex : promoters and enhancers) and trans (transcriptional machinery and transcription factors) elements are involved in transcriptional regulation. Genes of the human beta-globin (hub) locus are expressed in erythroid cells and are thightly regulated during development and differentiation. Mutations in several regions of the locus are involved in beta-thalassemia. We used this well characterized model in order to study different regulation mechanisms that are mediated by transcription factors expressed in erythroid cells. We were interested in the important role of the cis element HS2 from the Locus control region. This region contains several binding sites for transcription factors that are involved in hub locus gene regulation. Our results show that HS2 has a role in chromatin organization of the locus which is distinct from its enhancer function. Moreover, HS2 is not essential for high level beta gene expression while it is important for gamma gene expression. This suggest that the influence of transcription factors recruited to HS2 varies during development. Secondly, we investigated HS2 importance during erythroid differentiation. It was reported the HS2 deletion strongly influences chromatin potentiation of beta gene. Potentiation in progenitor cells favors gene transcriptional activation in mature cells. We characterized transcription factor recruitment to HS2 and b promoter in hematopoietic progenitor cells (HPC). Our results show that EKLF is involved in chromatin potentiation and favors the recruitment of BRG1, p45 and CBP in HPC. GATA-1 expression in mature erythroid cells allows GATA-1 recruitment to hub locus in these cells. These data suggest that EKLF and GATA-1 combination is required to allow maximal beta gene activation in mature erythroid cells. Another factor involved in hub locus regulation is Ikaros. We studied its recruitment to hub locus and found that Ikaros is involved in gamma gene repression. Our data also shows that GATA-1 is involved in the repression of these genes and that it interacts with Ikaros. Together, Ikaros and GATA-1 favors the formation of a repressive complex to gamma promoters. In this study, we also observed that Ikaros and GATA-1 are involved in Gata2 gene repression. Interestingly, we have also characterized the repression mechanism of Hes1 gene (a Notch target gene) during erythroid differentiation. Similar to what is observed for gamma genes, Hes1 is also repressed by Ikaros and GATA-1. Collectivelly, our data suggest that Ikaros and GATA-1 combination is associated with the repression of several genes in erythroid cells. Globally, this thesis reports new mechanisms of action for different transcription factors in erythroid cells. Particularly, our work allows us to propose a model for hub locus gene regulation during development and differentiation. Moreover, we show for the first time that the combination of Ikaros and GATA-1 is relevant for gene regulation in erythroid cells. Several mutations in the transcription factors that we studied were associated with beta-thalassemia or leukemia. Our work will thus help to better understand mechanisms of action of these transcription factors in order to potentially use them as therapeutical targets.