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

Les CSH mutées s’amplifient dans un contexte d’inflammation lié à l’âge et en réponses aux radiations ionisantes utilisées dans les radiothérapies. Afin de tester l’impact de ces stress sur l’épigénétique des CSH et l’expression des TEs, nous avons travaillé sur des modèles de souris présentant ou non une perte du gène Tet2, et nous les avons soumises à des radiations ou à une inflammation chronique en leur injectant régulièrement pendant 1 mois un produit bactérien. Nous avons ensuite récupéré les CSH de ces souris et nous avons étudié l’épigénétique et l’expression des gènes et des TEs par différentes techniques de séquençage du génome. Nous avons étudié l’impact des stress et des TE sur les altérations de l’expression des gènes par séquençage, et l’induction de cassures de l’ADN par microscopie. Enfin, nous avons testé l’impact des stress sur la fonction des CSH par des expériences de greffes compétitrices. Ces expériences consistent à greffer des CSH de souris testées (mutées ou non/stressées ou non), dans des souris receveuses ayant perdu la capacité de produire une hématopoïèse normale. Des CSH de soutient, différenciable de la moelle testée, sont aussi greffées pour permettre la bonne santé des souris receveuses. La fonction des cellules greffées est mesurée par leur capacité à donner toutes les cellules du sang.

Nous montrons que les stress induisent une perte du contrôlé épigénétique et une expression des TEs dans les CSH non mutées. Ces TE induisent des altérations dans l’expression des gènes et des cassures de l’ADN, ce qui conduit à la perte de fonction des CSH. Inversement, les CSH mutées résistent aux stress en contrôlant les TE. Nous montrons aussi que si nous empêchons les TE de s’exprimer dans les CSH non mutées, alors les CSH mutées ne sont plus capables de s’expandre en réponse à l’inflammation.

Nous avons actuellement pour objectif de confirmer ces données dans des CSH humaines, et d’identifier les facteurs épigénétiques impliqués dans le contrôle des TE dans les cellules mutées et leur résistance aux stress.

Nous avons publié une étude dans un journal scientifique de fort impact montrant que les radiations induisent une perte du contrôle épigénétique des TE en réponse aux radiations, et des altérations dans l’expression des gènes, induisant la perte de fonction des CSH (Pelinski et al. JEM 2022. DOI: 10.1084/jem.20211356 )

Nous préparons actuellement un deuxième article montrant l’impact de l’inflammation sur l’épigénétique des CSH mutées ou non, et l’impact des TEs dans l’expansion des CSH mutées.

Ces données ouvrent la voie à de possibles traitements épigénétiques pour empêcher le contrôle épigénétique des TE dans les CSH mutées, leur amplification et le développement de leucémies.

Enfin, nous développons des projets visant à confirmer ces données chez l’homme, et à identifier les facteurs épigénétiques pouvant être ciblés pour empêcher la résistance des CSH mutées et leur expansion.

Nous montrons également dans cette étude que les CSH Tet2 KO présentent une perte d'hétérochromatine au niveau des TE. De façon intéressante, les TE perdant H3K9me3 sont enrichis en motifs de sites de liaison pour des facteurs de transcription (TF) impliqués dans l'auto-renouvellement des CSH et la différenciation myéloïde (données non montrées). La perte d'hétérochromatine au niveau de ces motifs peut les rendre accessibles aux TFs correspondants, et être impliquée dans le biais myéloïde observé dans les CSH Tet2 KO. Il a été proposé que la production accrue de cellules myéloïdes et de cytokines qu'elles produisent soit impliquée dans les maladies cardiovasculaires et les maladies liées à l'âge lors de l'hématopoïèse clonale7. La compréhension des mécanismes impliqués dans ce biais myéloïde et la production de cytokines est cruciale pour prévenir ces maladies. Nous souhaitons soumettre une demande de subvention à l'AAPG-2025 afin de déchiffrer le rôle des TE dans la différenciation myéloïde en cas de perte de fonction de TET2.

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.