Anomalies moléculaires et fonctionnelles des cellules stromales mésenchymateuses de patients atteints de myélofibrose primitive : altérations « intrinsèques » de leur différenciation ostéoblastique

Molecular and Functionnal Abnormalities of Mesenchymal Stromal Cells in Primary Myelofibrosis Patients : « intrinsic » Impairment of their Osteogenic Potency

• Auteur / Autrice : Christophe Martinaud
• Direction : Jean-Jacques Lataillade, Marie-Caroline Le Bousse-Kerdiles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé (2000-2015 ; Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Les cellules souches : de leurs niches à leur applications thérapeutiques (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne)
• Jury : Président / Présidente : Georges Uzan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Lataillade, Marie-Caroline Le Bousse-Kerdiles, Georges Uzan, Hervé Petite, Vincent Praloran, Nicolas Fortunel, Jean-Loup Demory
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Petite, Vincent Praloran

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ostéogenèse

Facteurs de croissance transformants bêta

Cellules stromales mésenchymateuses

Splénomégalie myéloïde

Mots clés libres

Myélofibrose primitive

Cellules stromales mésenchymateuses

TGF-β1

Différenciation ostéoblastique

Primary myelofibrosis

Mesenchymal stromal cells

TGF-β1

Osteogenic differentiation

Résumé

La myélofibrose primitive (MFP) est un néoplasme myéloprolifératif chromosome Philadelphie négatif rare, mais de pronostic sévère. Elle se caractérise par une prolifération clonale et une mobilisation des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques (CSH/PH) de la moelle osseuse vers la rate et le foie. Cette anomalie de l’hématopoïèse est associée à une pathologie du stroma (myélofibrose, ostéosclérose et néoangiogenèse). L’existence d’anomalies moléculaires de la CSH/PH telles que les mutations de Jak2, Mpl, TET2 ou CALR ne permet pas à elle seule d’expliquer la physiopathologie de la maladie. Les résultats obtenus dans le laboratoire suggèrent que le microenvironnement médullaire au sein des niches hématopoïétiques et en particulier les cellules stromales mésenchymateuses (CSM), participe vraisemblablement à cette dérégulation de l’hématopoïèse, favorisant le développement du clone pathologique. Cependant, aucune preuve tangible d’une altération des CSM médullaires n’a été jusqu’à présent apportée.Dans ce travail, nous avons isolé les CSM de la moelle de patients atteints de MFP et réalisé une caractérisation « complète » de ces cellules : prolifération, phénotype, soutien de l’hématopoïèse, sécrétome, transcriptome, miRNome et capacités de différenciation. Nos résultats ont permis de dégager un faisceau d’arguments en faveur d’une dérégulation de leur différenciation ostéoblastique (DOB). (i) Les cytokines BMP2, RANTES, PDGF, TGF-β1, VEGF et Il-6 sont significativement produites en plus grande quantité par ces cellules. (ii) L’étude du transcriptome a révélé une expression significativement différente d’un ensemble de gènes impliqués dans la DOB tels que RUNX2, DLX5, TWIST1 et NOGGIN. (iii) De nombreux micro-ARN, dont certains sont connus pour être impliqués dans la DOB comme miR-210 ou dans le nichage des cellules souches hématopoïétiques comme miR-34a, sont dérégulés à l’état basal et au cours de cette DOB. (iv) Enfin, l’étude de leurs capacités de différenciation ostéoblastique in vitro et in vivo chez la souris immunodéprimée est en faveur d’une augmentation de ces capacités. Nous avons étudié l’impact du TGF- β1 dans cette DOB. Nous avons mis en évidence que les CSM de malades présentent un état basal d'activation de la voie de signalisation pSmad significativement augmenté, confirmant l’expression endogène de TGF-β1. En utilisant des inhibiteurs spécifiques du récepteur de type I au TGF- β, nous avons montré l’implication de cette cytokine dans les altérations de la DOB. En conclusion, notre travail montre pour la première fois que les CSM des malades de MFP sont anormales et ce indépendamment de la stimulation par le clone hématopoïétique pathologique, suggérant la présence d'anomalies constitutives ou acquises. Ces anomalies impliquent deux acteurs majeurs de la pathologie : le TGF-β1 et l'ostéogenèse.

Primary myelofibrosis (PMF) is a Philadelphia-negative myeloproliferative neoplasm, rare but associated with a poor prognosis. Its features are a clonal proliferation and an egress of hematopoietic stem cells (HSC) from bone marrow to spleen. These abnormalities of hematopoiesis are in relation with a pathological stroma (myelofibrosis, osteosclerosis and neoangiogenesis). Molecular abnormalities present in HSC partially explain the physiopathology of the disease. Results from our lab suggest that the bone marrow micro-environnement, especially mesenchymal stromal cells (MSC), are involved in the deregulation of hematopoiesis, promoting the clonal cells. However, there is no strong evidence of bone marrow MSC alterations reported for now.In our study, we isolated MSC from bone marrow of patients suffering from PMF and performed a broad characterization: proliferation, phenotype, hematopoiesis supporting capacities, secretome, transcriptome and miRNome analysis. Our results highlight arguments in favor of a deregulation of their osteogenic capacities. (i) Cytokines NMP2, RANTES, PDGF, TGF-β1, VEGF and Il-6 were significantly overproduced by MSCs. (ii) Transcriptome analysis revealed a specific signature involving genes participating in osteogenic differentiation such as RUNX2, DLX5, TWIST1 and NOGGIN. (iii) Many micro-RNAs, some know to be involved in osteogenic differentiation regulation, as mir-34a, are deregulated in MSCs and in MSC-derived osteoblasts. (iv) Finally, study of their osteogenic potency in vitro and in vivo in nude mice showed an increasing of their osteogenic potency. We studied the impact of TGF-β1 in this process and showed that PMF MSCs showed a basal expression of Smad pathway significantly increased as compared to control. Using specific inhibitor of TGF-β1 receptor, we demonstrated the implication of this cytokine in the osteogenic impairment.To summarize, our work shows for the first time that MSCs from PMF patients are abnormal, independently from stimulation by clonal cells, suggesting intrinsic abnormalities. These abnormalities involve two main factor of the disease: TGF-β1 and osteogenesis.