HETEROchromatine et RETROéléments : les démons du vieillissement et du développement leucémique – vadeRETRO

Afin d’étudier l’impact des altérations de l’hétérochromatin et de la dérépression des RTE sur le transcriptome et la fonction des CSH après IR et/ou dans le contexte d’une perte de fonction de TET2, nous avons réalisé des expériences de ChIP-seq ou de CUT&Tag avec un anticorps reconnaissant la marque H3K9me3, et des expériences de RNA-seq. Dans les deux cas, nous avons analysé bio-informatiquement l’enrichissement de H3K9me3 aux, ou l’expression des, gènes et RTE, et validé les données obtenues sur quelques cibles par ChIP- et RT-qPCR.
Nous avons validé l’impact des L1Md introniques sur l’expression du gène en cis après irradiation en délétant ces LINE-1 via le système CRISPR-Cas9 et des ARN guides ciblant chaque extrémité du LINE-1.
Nous avons aussi testé l’impact du traitement par TNF-a sur la fonction des CSH après IR par des expériences de greffe de cellules de moelle osseuse récupérées de souris ayant subies ou non des irradiation et un traitement par TNF-a.

Nous montrons que l'IR conduit à une perte de H3K9me3, principalement au niveau des L1Md, les sous-familles les plus récentes de LINE-1. Nous montrons également que l'IR conduit à une forte dérégulation du transcriptome des CSH, avec une perte de la voie de signalisation TNF-a via NF-?B, et une perte des signatures CSH. La perte de H3K9me3 au niveau de L1Md spécifiques, enrichis en motifs de sites de liaison pour les facteurs de la voie NF-?B, et situés dans les introns des gènes CSH, conduit à la répression de ces gènes en cis, et à la perte de la signature CSH, à la fois à court terme après IR in vitro, et à long terme in vivo. Nous montrons ainsi pour la première fois que l'irradiation modifie directement l'hétérochromatine des CSH, et suggérons que ces altérations pourraient expliquer l'effet à long terme de l'IR sur la fonction des CSH.
Ces effets sont corrélés à une perte du facteur répresseur NFKB1. Nous montrons que le traitement par TNF-a prévient la perte de NFKB1 lors de l'IR, la perte de H3K9me3 aux L1Md, et la perte des signatures CSH, à la fois in vitro et in vivo. Nous montrons également que le traitement par TNF-a prévient la perte de fonction des CSH après IR, indépendamment du niveau des dommages à l'ADN dans les CSH. Cette étude est publiée dans Journal of experimental medicine (Pelinski et al. JEM 2022).

Nos objectifs sont maintenant de caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression génique médiée par les L1Md. Nos données suggèrent que la répression génique pourrait ne pas être due à la transcription intronique des L1Md. Notre hypothèse est que la perte de H3K9me3 dans le corps du gène, en affectant le taux d'élongation de Pol II, conduit à des défauts d'épissage et à une instabilité des transcrits.

Nous projetons aussi de valider l’impact des L1Md comme agent causal dans la perte de fonction des CSH.

Enfin, nous projetons de caractériser l’impact de la perte de TET2 sur l’hétérochromatine, le transcriptome et la fonction des CSH avant et après IR.

Pelinski, Y. et al. NF-?B signaling controls H3K9me3 levels at intronic LINE-1 and hematopoietic stem cell genes in cis. Journal of Experimental Medicine 219, e20211356 (2022).

Comprendre comment l'exposition aux rayonnements ionisants (IR) induit un vieillissement prématuré et installe un état pré-leucémique est un problème majeur de santé publique.
Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) génèrent toutes les cellules du sang. Le maintien de leur intégrité est donc crucial. Les CSH sont particulièrement sensibles aux IR, utilisées notamment lors des radiothérapies. L’IR induit des défauts similaires à l’âge dans les CSH : l'accumulation de dommages à l'ADN, la perte d'auto-renouvellement et une différenciation biaisée vers la lignée myéloïde conduisant à une augmentation du nombre de cellules myéloïdes et à un déclin de la réponse immunitaire adaptative. Ceci contribue probablement au développement de pathologies liées à l’âge et au risque élevé de développer des néoplasmes myéloïdes suite aux thérapies (t-NM). Les t-NM sont associés à un taux de survie très faible et constituent l'une des conséquences les plus dévastatrices des traitements anti-cancéreux. C’est devenu une préoccupation majeure au cours des dernières années, car le nombre de survivants des traitements anticancéreux ne cesse d'augmenter, accroissant l'incidence des t-NM. Cependant, les mécanismes régissant la perte de fonction des CSH suite aux IR sont inconnus.
L'IR induit des cassures double brin (CDB) de l’ADN. Il est généralement admis que les lésions de l'ADN sont à l’origine du vieillissement. Cependant, un lien direct entre CDB et perte de fonction des CSH n’a pas été établi. D'autre part, il a été démontré que l'IR induit des altérations épigénétiques dans différents tissus. Les facteurs épigénétiques sont des régulateurs clés de la fonction des CSH et sont souvent mutés dans les leucémies. Ces mutations augmentent également avec l'âge chez des individus en bonne santé, où elles confèrent une hématopoïèse clonale. Les défauts épigénétiques pourraient donc être à l’origine de la perte de fonction des CSH et du développement des leucémies.
Des altérations de l'hétérochromatine, qui réprime l'expression des éléments rétrotransposables (RTE), ont été rapporté au cours de l’âge. Les RTE sont des séquences répétées qui peuvent se propager dans le génome par un mécanisme de copier/coller. Ils constituent une grande source d'instabilité génomique. L'expression incontrôlée des RTE est également impliquée dans des altérations majeures du transciptome. Récemment, nous avons montré que les RTE sont surexprimés suite aux IR. L'équipe a également montré que l'expression des RTE augmente avec l'âge dans les CSH murines et humaines. Cependant, l'impact de la dérépression de RTE sur le transcriptome et la fonction des CSH est inconnu.
Nous proposons d'explorer l’hypothèse selon laquelle l'IR affecterait directement l'hétérochromatine des CSH. Les altérations de l'hétérochromatine, en libérant des RTE, modifieraient le transcriptome et seraient à l’origine de la perte de fonction des CSH et de l'établissement d'un état préleucémique.
Les mutations perte de fonction du gène Tet2 font partie des mutations les plus fréquentes lors du vieillissement, dans l'hématopoïèse clonale, ou dans les leucémies, et sont associées à un risque accru de t-NM. Nous proposons également d'étudier l’impact de la perte de fonction de TET2 sur l’hétérochromatine des CSH et l’expression des RTE.
Nous étudierons enfin l'hypothèse selon laquelle les altérations de l'hétérochromatine induites par l'IR et la perte de fonction de TET2 pourraient coopérer pour déréguler de façon synergique des gènes et/ou RTE communs et/ou différents, augmentant et accélérant le risque de développer des t-NM.
Ce projet de recherche devrait fournir de nouvelles pistes sur les mécanismes impliqués dans la perte de fonction des CSH lors de l'IR ou du vieillissement, et le développement des t-NM.
L'objectif final de ce projet est l’identification de voies pouvant être ciblées sur le plan thérapeutique pour atténuer les effets des thérapies génotoxiques et du vieillissement.