Molecular mechanisms involved in the expansion of Tet2-/- hematopoietic stem cells upon stresses
Mécanismes moléculaires impliqués dans l'expansion des cellules souches hématopoïétiques Tet2-/- en réponse aux stress
Résumé
Clonal hematopoiesis of indeterminiate potential (CHIP) is defined by the expansion of he matopoietic stem cells (HSCs) harboring somatic mutations in genes commonly mutated in myeloid leukemia, without being associated with a hémato logie disease. Expansion of mutated clones is no- tably observed in an inflammatory context such as aging, and in response to different stresses. CHIP induces a pre-leukemic State and an increa- sed risk of developing leukemia. However, most CHIP carriers will never develop malignancies. It is thus of major interest to understand the me chanisms by which CHIP mutations trigger HSC expansion and the emergence of the pre-leukemic clone. Two non-exclusive hypothèses could explain the expansion of CHIP-mutated clones with âge and in response to stress : 1- a disadvantage of non-mutated cells, and/or 2- a compétitive ad- vantage of mutated cells. It is therefore crucial to study the effect of aging and stress on both mu tated and non-mutated cells. The most frequently mutated genes in CHIP encode for epigenetic fac tors such as TET2, which plays a rôle in both DNA méthylation and histone modifications. Reor- ganization of heterochromatin is one of the most commonly reported changes in aging. Heterochro matin, through DNA méthylation and the trime- thylation of lysine 9 of histone H3 (H3K9me3), is also crucial in controlling transposable element (TE). When derepressed, TEs can induce DNA damage, inflammation, and transcriptomic altera tions in HSCs. Our team recently showed a loss of H3K9me3, associated with an upregulation of LIMd, the most recent subfamilies of Long Interspersed Eléments LINE-1, in HSC upon aging or stress inducing a prématuré aging such as ioni- zing radiation. We showed that LIM d derepression is involved in HSC loss of function through DNA damage accumulation and transcriptomic changes. The main objectives of my thesis were 1/to investi- gate if loss of heterochromatin at TEs may also be involved in the loss of HSC function upon chronic inflammation, 2/-to decipher the impact of hete rochromatin changes at TEs on Tet2-/- clonal ex pansion upon IR and inflammatory stresses. Using H3K9me3 CUTandTag experiments, we show that chronic injections of low-dose lipopolysaccharide (LPS) reduce H3K9me3 at LIMd in W T HSCs, as previously observed upon IR. This is associa ted with DNA damage accumulation, as observed by H2AX foci through immunofluorescence. Using reverse transcriptase inhibitors, we further showed that LPS-induced DNA damages are dépendent on L1 expression. Inversely, we showed that LPS induced an increase of H3K9me3 at LIMd in Tet2-/- HSCs, and did not induce damages. Tet2-/- HSCs thus seem to be protected from the effect of chro nic inflammation as compared to their W T coun- terparts. This may explain their expansion upon inflammation. To test this hypothesis, we perfor- med some in vitro and in vivo compétitive assays between Tet2-/- HSCs and W T HSCs transduced with either an sh-control or a sh-LI. Interestingly, we were able to show that L1 dégradation in W T HSCs prevent Tet2-/- HSCs expansion upon in flammation. Altogether, these data suggest that Tet2-/- HSCs expansion is dépendent on L1 trans- cripts and their deleterious effects on W T HSCs.
L'hématopoïèse clonale à potentiel in déterminé (CHIP) est définie par l'expansion de cel lules souches hématopoïétiques (CSH) portant des mutations somatiques dans des gènes couramment mutés dans les leucémies myéloïdes, sans être as sociées à une maladie hématologique. L'expansion de clones mutés est notamment observée dans un contexte inflammatoire lié à l'âge, et en réponse à différents stress. La CHIP induit un état pré leucémique et un risque accru de développer des leucémies. Cependant, la plupart des porteurs de CHIP ne développeront jamais de tumeurs malignes. Il est donc primordial de comprendre les mécan ismes par lesquels les mutations CHIP déclenchent l'expansion des CSH et l'émergence du clone pré leucémique. Deux hypothèses non exclusives pour raient expliquer l'expansion des clones mutés CHIP avec l'âge et en réponse au stress : 1- un désa vantage des cellules non mutées, et/ou 2- un avan tage compétitif pour les cellules mutées. Il est donc crucial d'étudier l'effet du vieillissement et du stress sur les cellules mutées et non mutées. Les gènes les plus fréquemment mutés dans la CHIP codent pour des facteurs épigénétiques tels que TET2, qui joue un rôle à la fois dans la méthylation de l'ADN et dans les modifications des histones. La réorgan isation de l'hétérochromatine est l'un des change ments les plus fréquemment observés dans le vieil lissement. L'hétérochromatine, par le biais de la méthylation de l'ADN et de la triméthylation de la ly sine 9 de l'histone H3 (H3K9me3), joue un rôle cru cial dans le contrôle des éléments transposables (TE). Lorsqu'ils sont déréprimés, les TE peuvent induire des dommages à l'ADN, une inflammation et des altéra tions transcriptomiques dans les CSH. Notre équipe a récemment montré une perte de H3K9me3 associée à une augmentation des L1 Md, les sous-familles les plus récentes des Long Interspersed Eléments LINE-1, lors du vieillissement ou suite à des stress tels que les radiations ionisantes (IR), qui induisent un vieillissement prématuré dans les CSH. Nous avons montré que la dérépression de L1 Md est impliquée dans la perte de fonction des CSH par l'accumulation de dommages à l'ADN et des altérations su transcriptome. Les principaux objectifs de ma thèse étaient les suivants : 1/étudier si la perte d'hétérochromatine au niveau des TE peut également être impliquée dans la perte de fonction des CSH dans le contexte d'une inflammation chronique, 2/étudier l'impact des changements d'hétérochromatine au niveau des TE sur l'expansion clonale des CSH Tet2-/- en réponse à l'irradiation et à l'inflammation chronique. Par des expériences de CUTTag H3K9me3, nous montrons que des injections chroniques de lipopolysaccharide (LPS) à faible dose réduisent la marque H3K9me3 aux L1Md dans les CSH WT, comme cela a été ob servé précédemment lors de l'IR. Ce phénomène est associé à l'accumulation de dommages à l'ADN, ob servée par des foyers H2AX en immunofluorescence. En utilisant des inhibiteurs de la reverse transcrip tase, nous avons montré que les dommages à l'ADN induits par le LPS dépendent des L1. Inversement, nous avons montré que le LPS induit une augmentation de H3K9me3 aux L1Md dans les CSH Tet2- /- , et n'induit pas de dommages à l'ADN. Les CSH Tet2-/- semblent donc être protégées de l'effet de l'inflammation chronique par rapport à leurs homo logues WT. Cela pourrait expliquer leur expansion en cas d'inflammation. Pour tester cette hypothèse, nous avons réalisé des tests de compétition in vitro et in vivo entre les CSH Tet2-/- et les CSH WT transduites avec un sh-contrôle ou un sh-LI. De manière intéres sante, nous avons montré que la dégradation de L1 dans les CSH WT empêche l'expansion des CSH Tet2- /- en réponse à l'inflammation. Dans l'ensemble, ces données suggèrent que l'expansion des CSH Tet2-/- dépend des transcrits L1 et de leurs effets délétères sur les CSH WT.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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