Depuis 2011, des mutations hétérozygotes germinales du gène GATA2 ont été identifiées chez des patients et familles, associées à des maladies hématologiques (myélodysplasie (MDS), leucémie aiguë myéloblastique (LAM)), immunologiques (déficit en cellules B, NK et monocytes (DMLC syndrome)) et vasculaires (syndrome d'Emberger, associant MDS et lymphœdème) 1-3. Le gène GATA2 code pour un facteur de transcription comportant 2 doigts de zinc, essentiel dans la régulation de la prolifération et de la différenciation des cellules progénitrices et des cellules souches hématopoïétiques (CSH). De nombreuses mutations différentes du gène GATA2 ont été identifiées (mutations ponctuelles non-sens ou faux sens, larges délétions, délétions focales d'un enhancer dans l'intron 4) sans claire corrélation entre le génotype et le phénotype. Nous avons d'abord retrouvé, par séquençage des phases codantes (exome) au sein d'une famille de 4 patients suivis à Toulouse, une mutation GATA2 R396Q. Dans un second temps, l'analyse d'une cohorte nationale a permis d'identifier des patients porteurs de mutations GATA2 présentant des phénotypes cliniques de type DMLC, LAM et/ou MDS 4. Actuellement, plus de 80 patients ont été identifiés au niveau national. Au niveau fonctionnel, nous avons initié l'analyse de 2 mutations ayant des conséquences clairement distinctes : la mutation R204X qui conduit à un codon stop dans le domaine précédant le premier doigt de zinc et la mutation ponctuelle R396Q, faux sens, située à la fin du deuxième doigt de zinc. Les modèles de différenciation in vitro en milieu semi-solide à partir de progéniteurs hématopoïétiques transduits par un vecteur rétroviral ont montré que les cellules transduites avec le mutant R396Q restent bloquées à un stade précoce de différenciation granulo-monocytaire, confirmé par l'analyse cytologique (aspect de myéloblastes). Le mutant R204X ne montre aucun effet différentiel en comparaison des cellules transduites par GATA2 sauvage. Le mutant R396Q, à la différence du mutant R204X, peut induire une transformation leucémique des cellules in vitro lors de réensemencements sériels des progéniteurs transduits. Ces cellules peuvent être cultivées indéfiniment en milieu liquide sans cytokines, initiant une lignée leucémique. La localisation cellulaire de ces 2 protéines mutantes est distincte, nucléaire pour le mutant R396Q (identique à la protéine normale) et cytoplasmique pour le mutant R204X par perte probable du signal de localisation nucléaire. L'analyse transcriptomique a retrouvé un ensemble de gènes différentiellement exprimés entre le mutant R396Q et le gène sauvage. Différents modèles animaux sont développés. Deux modèles murins, un de reconstitution hématopoïétique après transduction et un modèle knock-in inductible, sont en cours. La première expérience de reconstitution hématopoïétique n'a pas permis de mettre en évidence de phénotype leucémique après 6 mois de suivi, par probable rétention intramédullaire et différenciation terminale des cellules transduites. Nous avons également initié une collaboration permettant d'analyser l'effet des mutations de GATA2 ou équivalents ontogéniques (serpent, pannier) dans la drosophile. Les protéines GATA sont ainsi très conservées au cours de l'évolution et dans la drosophile, les protéines de la famille GATA ont un rôle essentiel dans la différenciation du système hématopoïétique de cet animal. / Since 2011, heterozygous germline GATA2 mutations have been identified in patients and families associated with hematological (myelodysplasia (MDS), acute myelogenous leukemia (AML)), immunological (B cells, NK cells and monocytes deficiency (DMLC syndrome)) and vascular diseases (Emberger syndrome, combining MDS and lymphedema) 1-3. The GATA2 gene encodes a transcription factor containing two zinc fingers critical for the regulation of the proliferation and differentiation of progenitor and hematopoietic stem cells (HSCs). Many different GATA2 mutations were identified (nonsense or missense point mutations, large deletions, focal deletions of an enhancer in intron 4) without clear correlation between genotype and phenotype. We first identified a R396Q mutation of GATA2 by sequencing the coding frames (exome) of cells in a family of 4 patients followed in Toulouse. Then the analysis of a national cohort identified additional patients carrying GATA2 mutations with various clinical phenotypes such as DMLC, AML and/or MDS 4. Currently, over 80 patients have been identified at the national level. Functionally, we initiated the analysis of 2 specific mutations with very distinct consequences: R204X a mutation leading to a stop codon before the first zinc finger and the R396Q a missense mutation located at the end of the second zinc finger. In vitro differentiation in semi-solid medium of hematopoietic progenitors transduced with a retroviral vector have shown that the cells transduced with the mutant R396Q remain blocked at an early stage of granulo-monocytic differentiation confirmed by cytological analysis (myeloblasts). The R204X mutant shows no differential effect compared to cells transduced with wild type GATA2. The R396Q mutant, unlike the R204X, can induce leukemic transformation of cells in vitro after serial re-seeding of transduced progenitors. These cells may be grown in liquid media without cytokines indefinitely, initiating a leukemia cell line. The cellular localization of these two mutant proteins is distinct, nuclear for the R396Q mutant (identical to the wild type protein) and cytoplasmic for the R204X mutant by probable loss of the nuclear localization signal. Transcriptomic analyses have shown differential gene expression between R396Q mutant and the normal gene. Various animal models are developed. Two mice models, one of hematopoietic reconstitution after retroviral transduction and one inducible knock-in model, are ongoing. The first hematopoietic reconstitution experiment failed to demonstrate leukemic phenotype after 6 months of follow-up, likely by intramedullary retention and terminal differentiation of transduced cells. We have also initiated collaboration to analyze the effect of mutations of GATA2 or equivalent ontogenetic genes (serpent, pannier) in Drosophila. GATA proteins are very well conserved during evolution and in Drosophila, the GATA family proteins have a critical role in the differentiation of the hematopoietic system.

Mon travail a été d'étudier le rôle de l'expression de FZD9, un récepteur Wnt, dans l'hématopoïèse normale et maligne. Frizzled 9 (FZD9) est un composant clé de la voie de signalisation Wnt, une voie connue pour jouer un rôle important dans l'hématopoïèse normale et maligne. La méthylation d'un site CpG proximal de site d'initiation de la transcription du gène FZD9 est un facteur de mauvais pronostic dans les LAMs et sa déméthylation est un facteur prédictif de réponse aux thérapies épigénétiques. Sa fonction dans l'hématopoïèse n'est cependant pas connue. Au cours de ma thèse, j'ai démontré que le promoteur du gène FZD9 est dans un état non-permissif dans les cellules leucémiques. L'induction de la différenciation des cellules leucémiques restaure l'état permissif du promoteur, le recrutement du facteur E2F et de l'histone H3 acétyle permettant l'expression de FZD9. L'expression de FZD9 expression est également retrouvée au cours de la différenciation myéloïde d'une lignée IPS Dans les cellules de la lignée THP1 différenciées en monocytes, FZD9 est retrouvé dans un complexe comprenant LRP5/6 et Wnt5a. L'incubation des cellules différenciées par Wnt5a, un ligand de FZD9, déclenche la diminution de l'expression de -caténine et sa localisation nucléaire ainsi que l'expression des gènes cibles de la voie Wnt canonique (c-myc, Cyclin Dl and CD44). Nous n'avons détecté aucune augmentation des taux intracellulaires de calcium. Ces travaux suggèrent que la méthylation du promoteur de FZD9 dans les LAMs pourrait participer à la leucémogénèse en maintenant la voie b-caténine active / My goal was to study the importance of the expression of the FZD9, a Wnt receptor, in both normal and malignant hematopoiesis. Frizzled 9 (FZD9) is a key component of the Wnt signaling pathway, a pathway which has been shown to play a role in both normal and malignant hematopoiesis. Methylation of the CpG proximal to the transcription start site of the FZD9 gene is recognized as a prognostic factor in AML and its demethylation is a predictive factor for response to epigenetic therapy. Its function in hematopoiesis is however not known. The results show that the FZD9 promoter is in a non-permissive state in leukemic cells. Induction of myeloid differentiation in human myeloid leukemic cell fines restores FZD9 promoter permissiveness with recruitment of E2F and acetylated histone H3 and upregulation of FZD9 mRNA expression. FZD9 expression was progressively increased through the stages of myeloid differentiation in an IPS cell line. In differentiated monocytic THP1 cells, FZD9 was found in the LRPS/6 Wnt receptor complex. Incubation of differentiated cells with Wnt5a, a ligand of FZD9, triggered the decreased expression of - catenin and its nuclear localisation and the canonical Wnt-target genes (c-myc, Cyclin D1 and CD44). We detected no increase in calcium intracellular levels and thus activation of classical non-canonical pathway was not noted upon WntSa incubation. The results of my PhD suggest that the reported methylation of FZD9 promoter in AML and HR-MDS patients may participate in leukemogenesis by the maintenance of an activated Wnt canonical pathway.

HTLV-1, un rétrovirus endémique des Antilles-Guyane qui infecte plus de 10 millions de personnes dans le monde, est l’agent étiologique de l’ATL, une leucémie agressive des lymphocytes T CD4+ résistante aux traitements conventionnels actuels. Le rôle émergent des miARN dans la leucémogénèse et la résistance aux chimiothérapies a soulevé des interrogations quant à leurs rôles dans le développement de l’ATL. Les miARN sont de petits ARN non codant qui régulent l’expression génique. Récemment leur altération durant le cycle de vie du HTLV-1 a été mise en lumière. Une des caractéristiques de l’émergence de l’ATL est la perte d’expression des protéines virales codées par le promoteur en amont du génome proviral (LTR5’), à l’exception d’hbz dont l’expression est initiée dans le promoteur en aval du génome proviral (LTR3’). Dans une première étude, nous démontrons, dans un modèle mimant la cellule ATL, qu’HBZ module sa propre transcription à travers une boucle de rétrocontrôle qui implique une coopération avec le facteur de transcription de la famille AP-1 JunD. Nous montrons que l’expression d’HBZ induit des caractéristiques phénotypiques de fibroblastes transformés. Nous avons, ensuite, analysé l’effet d’HBZ sur les miARN dans les cellules ATL et montré qu’il induit une diminution des miARN cellulaires via l’inhibition d’un acteur clé de la maturation, Dicer. En accord avec notre première étude, nous montrons que l’induction d’HBZ dans les CD4+ de patients ATL corrèle avec une augmentation de la charge provirale (CPV) et donc l’évolution de l’ATL. Le traitement de ces cellules au VPA inhibe l’expression d’hbz, restaure celle de dicer et inverse la CPV et donc la prolifération des cellules malignes ex vivo. / HTLV-1, a retrovirus endemic of Antilles-Guyana that infects more than 10 million people worldwide, is the etiological agent of ATL, an aggressive leukemia of CD4+ T lymphocytes resistant in currents treatments. The emerging role of miRNA in leukemogenesis and chemoresistance has risen questioning about their role in ATL development. MiRNAs are a class of non-coding RNAs that regulate gene expression. Involvement of their alteration in the HTLV-1 life cycle has recently come to light. One of the hallmarks of progression toward ATL is the emergence of LTR5’-deficient provirus and thereby eliminating the expression of all viral proteins on the sense strands in these cells, with the exception of the hbz gene regulated by an independent promoter in the 3’LTR. In a first study, using a provirus with the 5’LTR deleted, we found that HBZ modulates its own expression through a positive-feedback loop that involves cooperation with AP-1 transcription factor JunD. We also found that hbz-expressing fibroblasts displayed of a transformed phenotype. Then, we analyzed the effect of HBZ on miRNA expression in ATL patients and report that hbz reduce significantly expression of cellular miRNAs via inhibition of an enzyme essential for maturation, Dicer1. In agreement with our previous study, we show that hbz expression in ATL samples correlates with HTLV-1–provirus load (CPV) and consequently progression of the pathology. VPA treatment of these cells inhibits hbz expression, restores Dicer expression, and inverts the proviral charge thereby reducing cellular proliferation of malignant cells.

Les hémopathies malignes humaines sont associées à des remaniements chromosomiques récurrents. NUP98 est un gène à multipartenaires, remanié de manière récurrente dans les hémopathies malignes. Il code pour une nucléoporine qui participe au complexe de pore nucléaire. Deux nouveaux partenaires CCDC28A en 6q24 et HMGB3 en Xq28 ont été caractérisés chez deux patients présentant une hémopathie maligne avec remaniement de NUP98. Une fusion NUP98-NDS1 est décrite dans une translocation complexe. Une revue rétrospective des cas publiés indiquent que les remaniements du gène NUP98 sont rares. Ils surviennent essentiellement dans des hémopathies myéloïdes de novo, parfois dans les leucémies lymphoïdes T, jamais dans les leucémies lymphoïdes B. Les gènes partenaires comprennent des gènes à homéboites, des gènes remaniant la chromatine et des gènes codant pour des protéines cytoplasmiques. En proportion, les partenaires les plus fréquemment remaniés sont les gènes HOX. Les hémopathies sont toujours à caryotypes simples. Il existe une corrélation génotype/phénotype. La protéine CCDC28A, de fonction inconnue, est de localisation cytoplasmique. Une protéine analogue, CCDC28B, est impliquée en génétique humaine dans le syndrome de Bardet-Biedl. Le transcrit CCDC28A est exprimé précocement dans l'embryogénèse et dans tous les tissus humains. HMGB3 est un gène de l'hématopoïèse murine et des cellules souches embryonnaires. L'étude fonctionnelle des fusions NUP98-CCDC28A et NUP98-HMGB3, dans des progéniteurs hématopoïétiques murins, greffés chez la souris irradiée, a montré leurs forts pouvoirs transformants. Ces fusions induisent des leucémies aigues rapidement létales. De manière originale, ces fusions dérégulent peu les HOX, et ne dérégulent pas MEIS1, contrairement à plusieurs fusions NUP98, notamment NUP98-HOXA9, suggérant un mécanisme de transformation différent, situé en aval de la voie canonique Hoxa9-Meis1.