Les mégacaryocytes sont des cellules de la moelle osseuse qui par un processus complexe et encore mal caractérisé, mégacaryopoïèse/thrombopoïèse, donnent naissance, in fine, aux plaquettes sanguines. La différenciation mégacaryocytaire nécessite un intense remodelage nucléaire et cytoplasmique, guidé à la fois par des facteurs intrinsèques mais aussi par des facteurs extrinsèques tel que le microenvironnement médullaire. Les plaquettes sanguines sont des acteurs essentiels du maintien de l'intégrité vasculaire. Elles sont les premiers éléments cellulaires à intervenir dans l'arrêt du saignement lors d'une blessure vasculaire par la formation d'un thrombus via des mécanismes d'adhésion, de sécrétion et d'agrégation, trois étapes majeures de l'hémostase physiologique. Dans un premier temps, mes travaux de thèse visent à déterminer le rôle inconnu de l'isoforme alpha des PI3Ks de classe II (PI3KC2a), de la PI3K de classe III (Vps34) et de leur produit, le phosphatidylinositol 3 monophosphate (PI3P), dans la production et les fonctions plaquettaires. Grâce à un modèle murin présentant une inactivation partielle de la PI3KC2a, j'ai mis en évidence son rôle clé dans la génération d'un pool basal de PI3P dans les plaquettes. L'inactivation de la PI3KC2a affecte la composition du cortex sous-membranaire plaquettaire induisant une morphologie plaquettaire anormale, une accumulation de plaquettes à deux corps appelées " barbell-shaped proplatelets ", un défaut de formation du thrombus ex vivo et un retard d'occlusion de la carotide après lésion in vivo. Ainsi, la PI3KC2a joue un rôle majeur dans le maintien de l'intégrité du squelette membranaire contrôlant la structure et la dynamique membranaire, processus critique à la production de plaquettes fonctionnelles. D'autre part, la délétion de Vps34 spécifiquement dans la lignée mégacaryocyte/plaquette se traduit par une microthrombopénie modérée associée à une migration anormale des mégacaryocytes liées à un défaut de trafic vésiculaire et une diminution du taux de PI3P. De façon intéressante, Vps34 joue aussi un rôle dans l'activation plaquettaire en régulant la production de PI3P sous stimulation, la croissance du thrombus ex vivo et les capacités thrombotiques in vivo. Le rôle de Vps34 dans la plaquette indépendamment de son rôle dans le mégacaryocyte a été confirmé via l'utilisation de nouveaux inhibiteurs spécifiques de Vps34, SAR405 et INH1, ex vivo. Vps34 est donc critique dans la régulation de la production plaquettaire par les mégacaryocytes ainsi que dans l'activation plaquettaire. Dans un deuxième temps, je me suis intéressé à l'impact du microenvironnement médullaire sur la mégacaryopoïèse, et plus spécifiquement sur la communication entre adipocytes médullaires et progéniteurs hématopoïétiques lors de leur différenciation en mégacaryocytes. Grace à un système de coculture in vitro, j'ai montré que les adipocytes améliorent la différenciation mégacaryocytaire via un transfert direct de lipides, dans un but non-énergétique. Dans un contexte d'obésité, nous observons, in vivo, associée à une adiposité médullaire augmentée une maturation mégacaryocytaire exacerbée, une production et une demi-vie plaquettaire défectueuses ayant pour conséquence une macrothrombopénie. Ainsi, le microenvironnement médullaire et plus particulièrement l'adipocyte impacte directement sur la mégacaryopoïèse et la production plaquettaire. En conclusion, ces travaux de thèse contribuent à caractériser les mécanismes de production et de fonction plaquettaire régulés par des facteurs intrinsèques tels que le PI3KC2a et Vps34, ainsi que par des facteurs extrinsèques tels que l'adipocyte médullaire. / Megakaryopoiesis is a highly specialised and complex process occurring in the bone marrow, by which megakaryocytes give rise to de novo circulating blood platelets. Megakaryocyte differentiation implies cytoplasmic and nuclear rearrangements regulated by intrinsic as well as extrinsic factors such as bone marrow microenvironment. Platelets play a critical role in preventing blood loss after vascular injury by orchestrating clot formation through mechanisms of adhesion, secretion and aggregation. These mechanisms are the three major steps of physiological haemostasis leading to the maintenance of vascular integrity. Firstly, my thesis work focused on characterizing the role of class II PI3K alpha isoform (PI3KC2a), class III PI3K (Vps34) and their common product the phosphatidylinositol 3 monophosphate (PI3P) in platelet production and function. Using a unique mouse model partially inactivated for PI3KC2a, I highlighted its key role in the production of a basal PI3P housekeeping pool in platelets. PI3KC2a partial inactivation affects platelet membrane skeleton composition leading to an abnormal platelet morphology, an enrichment of platelet with two cell bodies recently called "barbell-shaped proplatelets", an ex vivo defective thrombus formation and an in vivo delayed carotid occlusion following injury. Thus, PI3KC2a plays a major role in membrane structure and dynamics by maintaining membrane skeleton integrity, which is crucial for functional platelet production. On the other hand, Vps34 specific deletion in megakaryocyte/platelet lineage induced mild microthombopenia correlated to an abnormal megakaryocyte migration linked to an affected PI3P production as well as vesicular trafficking in megakaryocytes. In platelets, Vps34 plays a role in their activation by regulating PI3P production under stimulation, ex vivo thrombus growth and in vivo thrombotic capacity. Vps34 role in platelet independently from its role in megakaryocyte was confirmed using two recently developed inhibitors, SAR405 and INH1, which reproduced ex vivo thrombus growth defects. Therefore, Vps34 is critical for platelet production by megakaryocyte as well as platelet activation. Secondly, I studied the impact of bone marrow microenvironment on megakaryopoiesis and more specifically the crosstalk between medullar adipocytes and hematopoietic progenitors differentiating towards the megakaryocyte lineage. Using an in vitro coculture assay, I demonstrated that adipocytes enhanced megakaryocyte differentiation through a direct lipid transfer, in a non-energetic aim. In the context of obesity, increased marrow adipocity is associated to enhanced megakaryocyte differentiation and defective platelet production and lifespan leading to macrothrombopenia. Thus, bone marrow microenvironment through adipocytes impact directly on megakaryopoiesis and platelet production. Altogether my thesis work contributes to better understand platelet production and function, mechanisms regulated by intrinsic factors such as PI3KC2a and Vps34 as well as extrinsic factors like medullar adipocytes.

La myélofibrose primitive (MFP) est un néoplasme myéloprolifératif (NMP) chronique BCR-ABL1-négatif associant une dérégulation de l’hématopoïèse (myéloprolifération, dysmégacaryopoïèse et migration des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques (CSH/PH)) à une altération du stroma médullaire et splénique (fibrose ostéomyélosclérose, néoangiogenèse). Le mégacaryocyte (MK) est un acteur majeur de sa pathogenèse, via la production de cytokines et facteurs fibrosants, dans un contexte inflammatoire. Plusieurs arguments suggèrent que les mutations JAK2V617F et MPL515L/K qui caractérisent les NMP ne sont pas les événements initiaux de la MFP car elles ne sont retrouvées que chez la moitié des patients. L’objectif de mon travail a été de rechercher si d’autres anomalies, géniques ou non, pouvaient expliquer la pathogenèse de la MFP. Pour cela, parallèlement à une démarche génomique (transcriptome et CGH array), nous avons développé une approche de biologie cellulaire ciblée sur le rôle du stroma hématopoïétique. Bien que n’ayant pas identifié d’autres anomalies génomiques que celles décrites dans la littérature et en particulier, la délétion 13q, les approches génomiques que nous avons développées nous ont permis de préciser les bornes de cette délétion dans les PH CD34+ et les polynucléaires des patients. Cette délétion (région chromosomique minimale 13q14-13q21) est située à 2 mégabases (télomérique) du cluster FLT où est localisé le gène FLT3. Plusieurs arguments nous ont ensuite conduits à rechercher si le couple Flt3-ligand/Flt3 était impliqué dans la dérégulation de l’hématopoïèse et plus particulièrement dans la dysmégacaryopoïèse observée chez les patients. Parmi ceux-ci, citons : 1) l’existence d’une modulation d’expression de gènes inclus dans la zone de délétion 13q et dans le cluster FLT, dont le gène FLT3 et 2) le fait que Flt3, un récepteur clé de la régulation de l’hématopoïèse primitive, soit souvent impliqué dans la pathogenèse d’hémopathies malignes et que son ligand, Flt3-ligand, soit majoritairement produit par le stroma hématopoïétique. Notre étude montre une dérégulation de Flt3 et des MAPKs p38 dans les PH CD34+ et les MK des patients atteints de MFP et ceci, quelque soit leur statut mutationnel Jak2. Elle démontre également que la persistance de la stimulation de l’axe Flt3/p38 en réponse à une production accrue de Flt3 ligand, participe à la dysmégacaryopoïèse qui caractérise la maladie. En effet, nous avons mis en évidence : 1) une augmentation du taux sérique de Flt3 ligand et de son expression par les cellules du stroma médullaire et splénique ainsi que par les PH des patients atteints de MFP, 2) une surexpression spécifique de son récepteur Flt3 et de sa phosphorylation dans les CSH/PH CD34+ et les progéniteurs mégacaryocytaires (MK), qui persistent au cours de la différenciation MK, quelque soit le statut mutationnel de Jak2 des patients, 3) une activation de Flt3 dans les progéniteurs MK en réponse au Flt3 ligand conduisant à la phosphorylation en cascade de la voie de signalisation des MAPKs p38 et à l’expression de ses gènes cibles tels que AP-1, p53, NFATc4, ATF2, IL-8, 4) une restauration de la mégacaryopoïèse et une inhibition de la migration (Flt3-ligand)-dépendante des progéniteurs MK des patients après inhibition de Flt3 ou de p38.Nos résultats confirment l’importance d’une altération des MAPKs dans une dérégulation de l’hématopoïèse et soulignent le rôle d’une activation persistante de la voie p38, via le couple Flt3-ligand/Flt3, dans la dysmégacaryopoïèse qui caractérise la myélofibrose primitive. Ils suggèrent également que cette dérégulation participe au processus inflammatoire à l’origine de la réaction stromale et « lit » d’une transformation leucémique potentielle. Ce dialogue altéré entre les cellules hématopoïétiques pathologiques (Bad seeds), en particulier mégacaryocytaires et les cellules stromales (Bad soil), conforte notre concept « Bad seeds in Bad soil ». / The primary myelofibrosis (PMF) is a chronic myeloproliferative neoplasm (NMP) BCR-ABL1-negative associating a dysregulation of hematopoiesis (myeloproliferation, dysmegacaryopoiesis and egress of hematopoietic stem and progenitor cells (HSC / PH)) from an altered bone marrow stroma (osteosclerosis, fibrosis, angiogenesis) to the spleen. The megakaryocyte (MK) is a major player in its pathogenesis through the production of cytokines and fibrotic factors in an inflammatory context. Several arguments suggest that mutations JAK2V617F and MPL515L / K which characterize the NMP are not the initial events of the PMF since they are found only in half of patients. The aim of my work was to investigate whether other abnormalities, genetic or otherwise, could explain the pathogenesis of the PMF. For this, a process parallel to genomics (transcriptome and CGH array), we developed a cell biology approach focused on the role of hematopoietic stroma.Although we have not identified other genomic abnormalities as those described in the literature and in particular, deletion 13q, by genomic approaches we have clarified the limits of this deletion in the PH CD34+ and polymorphonuclear patients. This deletion (chromosomal region 13q14-13q21 minimum) is located 2 megabases (telomeric) of the cluster where is located the FLT gene FLT3. Several arguments have then led to inquire whether the couple was involved in Flt3-ligand/Flt3 deregulation of hematopoiesis, especially in the dysmegakaryopoiesis observed in patients. Among these are: 1) the existence of an expression modulation of genes included in the area of deletion 13q and FLT in the cluster, as gene FLT3 and 2) the fact that Flt3, a key receptor the regulation of primitive hematopoiesis, is often implicated in the pathogenesis of hematologic malignancies and its ligand, Flt3-ligand, was predominantly produced by the hematopoietic stroma.Our study shows dysregulation of Flt3 and p38 MAPKs in CD34+ and PH MK from patients with PMF and this, whatever their Jak2 mutation status. It also shows that persistent stimulation of the axis Flt3/p38 in response to increased production of Flt3 ligand, participates in the dysmegacaryopoiesis that characterizes the disease. Indeed, we have highlighted: 1) an increase in serum Flt3 ligand and its expression by stromal cells and bone marrow and spleen by PH patients with PMF, 2) a specific overexpression of its receptor Flt3 and its phosphorylation in HSC / PH CD34+ and megakaryocytic progenitors (MK), which persist during the MK differentiation, regardless of the mutational status of Jak2 patients, 3) activation of Flt3 in MK progenitors by the Flt3 ligand leads to phosphorylation cascade signaling pathway, p38 MAPK and expression of its target genes such as AP-1, p53, NFATc4, ATF2, IL-8, 4) a restoration of megakaryopoiesis and inhibition of migration (Flt3-ligand)-dependent patients after of MK progenitors by Flt3 or p38 inhibitors.Our results confirm the importance of an alteration of MAPKs in a deregulation of hematopoiesis and highlight the role of a persistent activation of the p38 pathway, via the couple Flt3-ligand/Flt3 in the dysmegakaryopoiesis that characterizes idiopathic myelofibrosis. They also suggest that this dysregulation contributes to the inflammatory process at the origin of the stromal reaction and "bed" of a leukemic transformation potential. The dialogue among impaired hematopoietic cell disease (Bad Seeds), especially the stromal cells and megakaryocyte (Bad Soil), reinforces our concept of "Bad Seeds in Bad Soil". This work could help improve the dialogue with therapeutic approaches targeting the axis Flt3-ligand/Flt3 mediated by activation of p38 which, by reducing the inflammatory process, re-establish a link between the "seed" and the "Soil".

La myélofibrose primitive (MFP) est un néoplasme myéloprolifératif (NMP) chronique BCR-ABL1-négatif associant une dérégulation de l'hématopoïèse (myéloprolifération, dysmégacaryopoïèse et migration des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques (CSH/PH)) à une altération du stroma médullaire et splénique (fibrose ostéomyélosclérose, néoangiogenèse). Le mégacaryocyte (MK) est un acteur majeur de sa pathogenèse, via la production de cytokines et facteurs fibrosants, dans un contexte inflammatoire. Plusieurs arguments suggèrent que les mutations JAK2V617F et MPL515L/K qui caractérisent les NMP ne sont pas les événements initiaux de la MFP car elles ne sont retrouvées que chez la moitié des patients. L'objectif de mon travail a été de rechercher si d'autres anomalies, géniques ou non, pouvaient expliquer la pathogenèse de la MFP. Pour cela, parallèlement à une démarche génomique (transcriptome et CGH array), nous avons développé une approche de biologie cellulaire ciblée sur le rôle du stroma hématopoïétique. Bien que n'ayant pas identifié d'autres anomalies génomiques que celles décrites dans la littérature et en particulier, la délétion 13q, les approches génomiques que nous avons développées nous ont permis de préciser les bornes de cette délétion dans les PH CD34+ et les polynucléaires des patients. Cette délétion (région chromosomique minimale 13q14-13q21) est située à 2 mégabases (télomérique) du cluster FLT où est localisé le gène FLT3. Plusieurs arguments nous ont ensuite conduits à rechercher si le couple Flt3-ligand/Flt3 était impliqué dans la dérégulation de l'hématopoïèse et plus particulièrement dans la dysmégacaryopoïèse observée chez les patients. Parmi ceux-ci, citons : 1) l'existence d'une modulation d'expression de gènes inclus dans la zone de délétion 13q et dans le cluster FLT, dont le gène FLT3 et 2) le fait que Flt3, un récepteur clé de la régulation de l'hématopoïèse primitive, soit souvent impliqué dans la pathogenèse d'hémopathies malignes et que son ligand, Flt3-ligand, soit majoritairement produit par le stroma hématopoïétique. Notre étude montre une dérégulation de Flt3 et des MAPKs p38 dans les PH CD34+ et les MK des patients atteints de MFP et ceci, quelque soit leur statut mutationnel Jak2. Elle démontre également que la persistance de la stimulation de l'axe Flt3/p38 en réponse à une production accrue de Flt3 ligand, participe à la dysmégacaryopoïèse qui caractérise la maladie. En effet, nous avons mis en évidence : 1) une augmentation du taux sérique de Flt3 ligand et de son expression par les cellules du stroma médullaire et splénique ainsi que par les PH des patients atteints de MFP, 2) une surexpression spécifique de son récepteur Flt3 et de sa phosphorylation dans les CSH/PH CD34+ et les progéniteurs mégacaryocytaires (MK), qui persistent au cours de la différenciation MK, quelque soit le statut mutationnel de Jak2 des patients, 3) une activation de Flt3 dans les progéniteurs MK en réponse au Flt3 ligand conduisant à la phosphorylation en cascade de la voie de signalisation des MAPKs p38 et à l'expression de ses gènes cibles tels que AP-1, p53, NFATc4, ATF2, IL-8, 4) une restauration de la mégacaryopoïèse et une inhibition de la migration (Flt3-ligand)-dépendante des progéniteurs MK des patients après inhibition de Flt3 ou de p38.Nos résultats confirment l'importance d'une altération des MAPKs dans une dérégulation de l'hématopoïèse et soulignent le rôle d'une activation persistante de la voie p38, via le couple Flt3-ligand/Flt3, dans la dysmégacaryopoïèse qui caractérise la myélofibrose primitive. Ils suggèrent également que cette dérégulation participe au processus inflammatoire à l'origine de la réaction stromale et " lit " d'une transformation leucémique potentielle. Ce dialogue altéré entre les cellules hématopoïétiques pathologiques (Bad seeds), en particulier mégacaryocytaires et les cellules stromales (Bad soil), conforte notre concept " Bad seeds in Bad soil ". Ce travail pourrait contribuer à l'amélioration de ce dialogue par des approches thérapeutiques ciblées sur l'axe Flt3-ligand/Flt3 médié par l'activation de p38 qui, en réduisant le processus inflammatoire, rétablirait un lien entre le " Seed " et le " Soil ".

La mégacaryopoïèse regroupe l’ensemble des processus de différenciation et de maturation des mégacaryocytes (MKs) dans le but de produire des plaquettes capables d’arrêter les saignements. Or ces mécanismes sont mal connus. Afin de mieux les comprendre, nous avons mimé l’environnement médullaire in vitro, en 3D à l’aide d’un hydrogel de rigidité comparable à celle de la moelle osseuse. Dans cette étude nous avons: i) caractérisé le comportement physique de l’hydrogel de méthylcellulose et mis au point la culture de progéniteurs mégacaryocytaires dans ce système, ii) montré la capacité du MK à ressentir les contraintes physiques de son environnement, ainsi que, iii) l’impact de ces contraintes sur la maturation des MKs et la génération des proplaquettes, et enfin, iv) mis en évidence l’existence d’une réponse cellulaire des MKs à la rigidité. Les MKs sont « mécanosensibles », c’est-à-dire capables de ressentir les modifications physiques de leur environnement et de s’y adapter. L’activation de voies de mécanotransduction (dont MKL1) et la réorganisation du cytosquelette en réponse aux contraintes physiques extracellulaires favorisent la maturation des MKs, en termes de ploïdie, d’ultrastructure et in fine de génération de proplaquettes. / Megakaryopoiesis is the process of differentiation and maturation of megakaryocytes (MKs) in the aim to produce platelets able to prevent hemorrhages. These mechanisms are not well known. To better understand the process of platelet formation, we mimicked the medullar microenvironment in vitro, in 3D using hydrogel of stiffness comparable to the bone marrow. In this study we: i) characterized the physical properties of the hydrogel and design the culture of hematopoietic progenitors in this system, ii) showed the MKs ability to feel the physical constraints of their environment, then iii) showed the impact of these constraints on the MK maturation and proplatelet generation, and finally iv) highlighted the MK response to stiffness. MKs are “mecanosensitives”, being able to feel and to adapt to the physicals modifications of the environment. The activation of mechanotransduction pathways (including MKL1) and the cytoskeleton reorganization in response to extracellular physical constraints improves MK maturation, in terms of ploïdy, ultrastructure and ultimately proplatelet generation.

Les mécanismes de formation des plaquettes sanguines à partir des mégacaryocytes ne sont pas totalement compris, mais l’environnement médullaire semble y avoir une influence cruciale. Dans ce travail nous montrons que i) les intégrines β3, récepteurs de protéines de matrice extracellulaire, semblent impliquées dans la mégacaryopoïèse et la formation des plaquettes, ii) la différenciation des cellules hématopoïétiques dans un environnement 3D de rigidité comparable à la moelle osseuse améliore la maturation des mégacaryocytes différenciés in vitro et iii) la myosine IIA est impliquée dans la distribution des organelles dans les mégacaryocytes. Parallèlement, Nous avons caractérisé la spécificité d’expression du transgène Pf4-cre pour valider son utilisation dans nos approches expérimentales. Ce travail apporte un éclairage nouveau sur le rôle de la myosine IIA et des intégrines dans les mégacaryocytes et souligne l’influence de la rigidité de l’environnement dans la mégacaryopoïèse. / Megakaryocytes differentiation (megakaryopoiesis) and platelet formation mechanisms are not entirely understood, but the bone marrow environment seems to be crucial in these processes. In this thesis, we show i) that integrin β3, the extracellular matrix protein receptors, are involved in megakaryopoiesis and platelet formation, ii) that recreating a 3D environment of stiffness in the range of that of bone marrow improves the maturation of in vitro differentiated megakaryocytes and iii) a new role for myosin IIA in the cytoplasmic distribution of organelles within the megakaryocyte. As a side-project, we characterized the specificity of expression of the Pf4-cre transgene to validate its use in our experimental approaches. This work enlightens new roles for myosin IIA and integrins in megakaryocytes and indicates that stiffness of the environment influences megakaryopoiesis.