Dérégulations induites par le facteur de susceptibilité majeur à la spondyloarthrite HLA-B27 : de la drosophile aux cellules de patients – Fly2HumanSPA

Des lignées transgéniques de drosophile exprimant des allèles HLA-B associés ou non à la pathologie, sont utilisées pour étudier les effets non canoniques de HLA-B27. Des approches de génétique et biologie cellulaire sont menées à la fois dans le modèle drosophile et dans des cellules immunitaires extraites du modèle rat de SpA et de patients, pour caractériser la dérégulation de la voie de signalisation BMP/TGFß. Des analyses par spectrométrie de masse sont effectuées pour identifier les peptides associés à HLA-B27, à la fois dans la drosophile et dans les cellules humaines. L’impact de l'expression de HLA-B27 sur l’homéostasie intestinale est étudié par microscopie confocale chez la drosophile exprimant des allèles HLA-B spécifiquement dans les cellules immunitaires et intestinales.

Nos résultats précédents ont montré que HLA-B27 interagit physiquement avec le récepteur Sax de la voie BMP chez la drosophile, ce qui perturbe le contrôle négatif qu'il exerce, résultant en une signalisation BMP accrue. HLA-B27 interagit également avec ALK2, l’orthologue de Sax à la surface des cellules de patients atteints de SpA. Par conséquent, HLA-B27 pourrait également affecter ALK2 et en particulier sa fonction inhibitrice sur la voie Activine, entraînant une réponse accrue à l’Activine en situation d’inflammation. Chez les mammifères, les orthologues ALK2 et ALK1 de Sax sont également impliqués dans le contrôle négatif de la signalisation TGF?/BMP. Il a notamment été démontré chez la souris qu’ALK2 lie l’Activine A, sans induire de phosphorylation ultérieure de R-Smad, limitant ainsi la signalisation de l’Activine. De façon intéressante, dans la fibrodysplasie ossifiante progressive, la perte d’une telle fonction inhibitrice d’ALK2 dans le cadre de l’inflammation mène à l’ossification aberrante dépendante de l'Activine, rappelant une caractéristique importante de la pathogénie de la SpA.
Notre prédiction est que l’expression des formes HLA-B27/hß2m entraînerait un effet dominant négatif sur les récepteurs BMPR de type 1 dans les cellules de mammifères. Par conséquent, nous explorerons si l’interaction entre HLA-B27 et BMPR1 pourrait améliorer la capacité des cellules à répondre aux ligands TGFß/ BMP et si une telle signalisation pourrait participer à l’effet pathogène de HLA-B27.

L’interaction entre HLA-B27 et divers récepteurs BMP/TGFß est testée dans les cellules immunitaires de mammifères et dans les cellules de drosophiles. Nos résultats préliminaires confirment que l’expression de HLA B27 dans les hémocytes diminue spécifiquement la durée de vie de la drosophile. L'étude de l'effet de l’expression de HLA B27 dans les cellules de l’intestin sur l’homéostasie intestinale est en cours.

Les différents modèles animaux de SpA que nous avons établis ont conduit à des résultats convergents qui sont cohérents avec les données cliniques. L’utilisation de la drosophile est particulièrement originale pour l’étude d’une pathologie impliquant une immunité innée et conduit à des résultats qui semblent conservés des insectes aux patients. L’analyse du peptidome de drosophile et sa comparaison avec le peptidome humain pourraient apporter des outils thérapeutiques et prophylactiques. Notre étude du rôle d’autres tissus peut ouvrir de nouvelles pistes pour décrire l’impact de HLA-B27 sur la SpA. De plus, ce projet pourrait apporter des éléments de compréhension sur le lien entre SpA et IBD. L’étude du rôle de HLA B27 sur la physiologie intestinale pourrait également aider à comprendre la dysbiose du microbiote intestinal observée par le partenaire 2 chez les patients atteints de SpA.

Les Spondyloarthrites (SpA) sont des maladies inflammatoires chroniques articulaires conduisant à une ankylose osseuse. L’antigène HLA-B27 du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I est le principal facteur génétique associé aux SpA. Il se lie à la ß2-microglobuline humaine (hß2m) pour présenter des peptides antigéniques aux cellules T CD8 +.
Malgré 46 ans d’études, le mécanisme par lequel HLA-B27 prédispose aux SpA reste incompris. Certaines hypothèses spéculent sur la présentation de peptides particuliers aux cellules T CD8 +, d’autres sur des fonctions non-canoniques de HLA-B27. Les partenaires 1 et 2 ont produit des drosophiles transgéniques exprimant HLA-B27 en association avec hß2m ; ce modèle animal simple pouvant faciliter l'identification d'effets non-canoniques d’HLA-B27.

Les drosophiles qui co-expriment hß2m et l'allèle HLA-B27 associé aux SpA - mais pas l’allèle témoin HLA-B7 non-associé - montrent un phénotype d’ailes ainsi qu'un adressage de HLA-B27 bien replié à la surface cellulaire. Le partenaire 1 a montré que ce phénotype était dû à une perturbation de la signalisation médiée par la superfamille TGFß et en particulier par les BMP. Chez la drosophile, HLAB27/hß2m lie et réprime un des récepteurs de type 1 (BMPR1), Sax, induisant une augmentation de signalisation BMP. Les partenaires 1 & 2 ont montré que cette interaction était conservée avec l’orthologue humain ALK2 à la surface des cellules immunitaires de patients atteints de SpA.
L’hypothèse d’une voie BMP altérée chez les patients atteints de SpA est aussi cohérente avec des données de la littérature et produites par le partenaires 2 montrant une dérégulation des ligands ou effecteurs de la voie BMP, dans les cellules dendritiques de rat transgénique HLA-B27 ou dans le sérum des patients. Le rôle pathogène de HLA-B27 dans les SpA pourrait donc résulter d’une dérégulation de la signalisation TGFß/BMP, au carrefour entre l’inflammation et l’ossification.
La superfamille TGFß contient également des régulateurs clés de l’homéostasie intestinale. Les SpA sont fréquemment associées à une maladie in?ammatoire intestinale et les liens mécanistiques entre HLA-B27 et ces maladies qui estent inconnus pourraient résulter d’une dérégulation de la signalisation BMP dans les cellules immunitaires ou intestinales. Chez la drosophile, lors d’une infection, les BMP régulent l’adhérence et la prolifération des hémocytes (macrophages). De plus, les hémocytes sécrètent une BMP qui permet la régénération intestinale. Le partenaire 1 a montré que l’expression d’HLA-B*27:05 dans les hémocytes induisait spécifiquement une diminution de la longévité des mouches. Nous faisons l’hypothèse qu’une perte d’homéostasie intestinale, consécutive à une dérégulation de la voie BMP par HLA-B27 dans les hémocytes serait à l’origine de cette létalité.

Ce projet sera réalisé par un Consortium déjà engagé dans une collaboration. Notre objectif est de comprendre la dérégulation de la voie TGFß/BMP induite par le HLA B27.
La Tâche 1 sera d’identifier les récepteurs de la superfamille TGFß qui interagissent avec HLA-B27 et de caractériser leurs effets chez la drosophile et sur les cellules de patients atteints de SpA.
La Tâche 2 vise à caractériser le peptidome associé à l'HLA-B27 chez la drosophile et à le comparer à celui du rat et de l’Homme afin d’identifier des peptides spécifiques du caractère pathogène de la molécule.
La Tâche 3 vise à caractériser le rôle d’HLA-B27 sur les hémocytes et l’homéostasie intestinale. HLA-B27 sera exprimé dans les hémocytes ou les cellules intestinales de drosophile pour étudier son impact sur la régénération intestinale.

La drosophile est un nouveau modèle permettant d’étudier les effets non-canoniques de HLA-B27. Il est complémentaire du modèle de rat transgénique et des cellules des patients également utilisés par le consortium. Les résultats de ce projet pourraient avoir des retombées thérapeutiques importantes pour les patients atteints de SpA.