Contribution des macrophages embryonnaires dans l'hématopoïèse dépendante des cellules souches – EMAC

Nous avons développé, dans les deux organismes modèles, des outils complémentaires permettant d'éliminer spécifiquement les macrophages d'origine embryonnaire, de manière contrôlée dans le temps et selon leur lignée. Ces approches nous ont permis d'étudier leur impact sur l'hématopoïèse dérivée des CSH. Une autre difficulté liée à l'étude des tissus embryonnaires résidait dans le faible nombre de cellules d'intérêt, limitant les analyses moléculaires. Cette contrainte a été surmontée grâce aux technologies de transcriptomique à cellule unique, mises en place dans les deux laboratoires. Des analyses de cytométrie en flux (FACS) et d'imagerie ont également été utilisées pour caractériser les cellules et valider les résultats.

Dans leur ensemble, nos résultats mettent en évidence le rôle, conservé au cours de l'évolution, des macrophages dans la régulation de l'hématopoïèse. La déplétion des macrophages indépendants des cellules souches et différenciés précocement accélère l'hématopoïèse tardive dépendante des cellules souches et s'accompagne d'altérations des voies liées à la matrice extracellulaire, aussi bien chez la drosophile que chez la souris.

Les macrophages sont désormais reconnus comme des plateformes de signalisation essentielles au maintien de l'homéostasie dans des conditions physiologiques et pathologiques, suggérant qu'ils jouent également un rôle clé dans les processus développementaux. Ces cellules sont produites au cours de plusieurs vagues successives d'hématopoïèse pendant le développement, mais la signification biologique de cette organisation multilayer, remarquablement conservée au cours de l'évolution, demeurait inconnue. Nous apportons ici une avancée conceptuelle majeure en démontrant, pour la première fois, l'existence d'un dialogue entre les vagues hématopoïétiques précoces et tardives, à la fois chez les vertébrés et les invertébrés.

Grâce à des approches pharmacologiques et génétiques hautement sensibles, nous avons spécifiquement éliminé les macrophages issus de la première vague hématopoïétique chez la drosophile et la souris. Nous montrons in vivo que leur absence accélère l'hématopoïèse tardive. Ce phénomène ne résulte pas d'une réponse inflammatoire activant les cellules immunitaires tardives, mais d'un mécanisme homéostatique de développement assurant la mise en place d'un système immunitaire fonctionnel.

Nous avons également identifié un mécanisme moléculaire conservé au cours de l'évolution à l'origine de cette compensation. L'hématopoïèse tardive se déroule dans des organes spécialisés — la glande lymphatique chez la drosophile, puis le foie fœtal et la moelle osseuse chez la souris — où les cellules souches hématopoïétiques interagissent avec leur niche pour produire l'ensemble des cellules immunitaires. Nous montrons que les macrophages de la première vague sécrètent des composants de la matrice extracellulaire qui constituent un signal essentiel au bon fonctionnement de cette niche.

Principaux résultats :

• Les macrophages remodelent l'environnement hématopoïétique au cours du développement, de manière conservée au cours de l'évolution.

• La déplétion des macrophages issus de la première vague accélère l'hématopoïèse tardive dépendante des cellules souches.

• Des composants de la matrice extracellulaire produits par les macrophages précoces contrôlent l'hématopoïèse tardive chez la drosophile.

• La déplétion des macrophages précoces exerce des effets durables sur l'hématopoïèse

Au-delà du rôle régulateur des macrophages précoces dans l'hématopoïèse, nos travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour explorer leur fonction plus générale au cours du développement ainsi que leur implication dans les pathologies humaines. Nos résultats offrent également des pistes importantes pour mieux comprendre l'étiologie de maladies pédiatriques et développer de nouvelles approches thérapeutiques ciblant les dysfonctionnements des macrophages.

Nous poursuivons actuellement ces recherches afin de déterminer l'impact des macrophages précoces à l'échelle de l'organisme, dans des conditions physiologiques et pathologiques, au cours du développement comme chez l'adulte. Dans cette perspective, et en nous appuyant sur les résultats obtenus grâce au projet eMAC, nous développons de nouveaux outils génétiques, plus sensibles et plus spécifiques, permettant de manipuler ces cellules et d'analyser les phénotypes qui en résultent chez la larve et chez l'adulte.

Les cellules immunitaires appelées macrophages sont à l’interface entre les tissus et entre l’organisme et l’environnement. Ainsi, elles nous protègent des agressions internes/externes mais des études récentes indiquent un rôle bien au-delà de la défense immunitaire, dans des processus aussi divers que le remodelage tissulaire et le métabolisme. Leur implication dans la neurodégénérescence, le cancer et le vieillissement en fait également des cibles thérapeutiques potentielles.
Les macrophages qui peuplent les tissues adultes naissent lors de vagues hématopoïétiques distinctes dans leur mode de différenciation (indépendant vs. dépendant des cellules souches) et ayant lieu dans des territoires et à des stades distincts lors du développement de l’organisme. Le rôle des vagues précoces (indépendantes des cellules souches) dans le développement et dans la physiologie commence à être apprécié, car ces cellules à potentiel migratoire peuvent faciliter les interactions entre tissus ainsi que les réponses aux changements nutritionnels et environnementaux endurés par l’organisme dès sa naissance. Malheureusement, la pénurie d’outils spécifiques en a limité l’étude pendant longtemps.
Sur la base d’outils développés et de données obtenues dans nos laboratoires, nous allons tester l’hypothèse que les vagues précoces jouent un rôle crucial dans l’hématopoïèse tardive, qui est caractérisée par la présence de cellules souches hématopoïétiques. Nous allons utiliser deux modèles animaux complémentaires qui permettent de démultiplier les ressources, les approches et l’impact des résultats obtenus. Notre approche multidisciplinaire in vivo, ex vivo et in vitro s’appuie sur les technologies à haut débit, sur la modélisation, sur l‘intelligence artificielle et la bioinformatique ainsi que sur les techniques classiques de génétique, biologie cellulaire et moléculaire. Cette combinaison de compétences et d’approches permettra d’atteindre une vue intégrée sur l’interaction ente vagues hématopoïétiques, le rôle de ces interactions et les mécanismes moléculaires sous-jacents. Une meilleure compréhension de la biologie des macrophages précoces aura des retombés au sein d’une large communauté scientifique et un potentiel évident en recherche médicale, et en particulier sur les pathologies d’origine développementale.