Régulation épigénétique de la différenciation des cellules souches hématopoiétiques

Epigenetic regulation of haematopoietic stem cell differentiation

• Auteur / Autrice : Marta Maleszewska
• Direction : Michèle Goodhardt, Janusz A. Siedlecki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des cellules sanguines
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Différenciation cellulaire

métabolisme

Acétylation

Histone

Épigenèse génétique

méthodes

Cellules souches hématopoïétiques

Résumé

Le rôle des événements épigénétiques dans le maintien de la multipotentialité et la détermination cellulaire des cellules souches hématopoïétiques (CSH) reste mal connu. L'objet de ma thèse a été de définir les éléments épigénétiques qui sous-tendent la multipotentialité des CSH. Les modifications des histones, la méthylation de l'ADN et la localisation sub-nucléaire de loci spécifiques des lignées hématopoïétiques ont été étudiées dans les CSH CD34+CD381o et dans des précurseurs hématopoïétiques. Nous montrons que dans les CSH les gènes hématopoïétiques ont une structure chromatinienne particulière, avec de hauts niveaux d'acétylation de l'histone H4 et de H3K4me2, en l'absence des marqueurs actif H3K4me3 et répressifs H3K9me3 et H3K27me3. La différenciation des cellules souches est associée à une inhibition épigénétique des loci non spécifiques de la lignée (diminution des marqueurs d'activation et augmentation des marqueurs d'inhibition) et à un enrichissement des gènes spécifiques de la lignée en marqueurs d'activation, notamment acétylation de l'histone H3 et H3K4me3. Les modifications des histones aux loci D -globine et Ig précèdent leur changement de localisation sub-nucléaire aux cours de l'hématopoïèse. Nous montrons que la région JH du locus IgH est méthylée de façon hétérogène en tout-ou-rien dans les cellules CD34+CD381o, du fait soit de différences spécifiques d'allèle dans la méthylation de l'ADN soit d'une hétérogénéité au sein des cellules CD34+CD381o. Au total, les CSH présentent des caractéristiques épigénétiques qui pourraient contribuer à établir la multipotentialité de ces cellules souches.

The role of chromatin in haematopoietic stem cell (HSC) cell fate decisions is poorly understood. My PhD studies were aimed at defining epigenetic correlates that underlie the multilineage potential of HSC. To this end, the level of histone modifications, DNA methylation and subnuclear localisation of lineage-specific haematopoietic loci were analysed in CD34+CD381o HSC and lineage committed precursors. This study shows that HSC maintain haematopoietic genes in a distinct chromatin conformation, characterised by the presence of histone H4 acetylation and H3K4me2 in the absence of active H3K4me3 or repressive H3K27me3 or H3K9me3 histone marks. This chromatin structure appears to describe a transcriptionally competent ''ground state'' for these genes keeping them silent but poised for expression at later stages of HSC differentiation. Progressive lineage restriction and differentiation of HSC was accompanied by epigenetic silencing of lineage-inappropriate genes associated with loss of active and addition of repressive histone marks, while lineage-specific genes were further enriched for active histone H3 acetylation and H3K4me3 marks. Furthermore, we found that changes in histone modifications at the β-globin and Ig loci precede changes in subnuclear localisation during HSC differentiation. DNA methylation analysis indicted that the IgH JH region is heterogeneously methylated in CD34+CD381o progenitors, perhaps reflecting allele-specific differences in HSC or heterogeneity within the CD34+CD381o population. All together, the results of this study have identified epigenetic features that may serve to establish and maintain the multilineage potential of HSC.