Régulation de l'hématopoïèse par les facteurs de transcription de type GATA et FOG chez la drosophile

Transcriptional regulation of haematopoiesis by GATA and FOG factors in Drosophila

• Auteur / Autrice : Benoît Augé
• Direction : Lucas Waltzer, Marc Haenlin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Soutenance le 11/12/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs de transcription

Drosophiles

Hématopoïèse

Mots clés libres

Drosophile

Hématopoïèse

Facteurs de transcription GATA

Friend Of GATA

Résumé

La Drosophile produit des cellules sanguines aussi appelées hémocytes qui se rapprochent fonctionnellement des cellules de la lignée myéloïde des vertébrés. On en dénombre trois sortes : les plasmatocytes qui sont apparentées aux macrophages des vertébrés, les cellules à cristaux, qui participent à la coagulation, et les lamellocytes qui ne sont produits que suite à certains challenges immuns et qui participent à l'encapsulation de corps trop gros pour être phagocytés. Le choix de destin, la prolifération et la différenciation des cellules hématopoïétiques sont contrôlés par plusieurs familles de facteurs de transcription conservés de la Drosophile à l'Homme. En particulier, le gène serpent (srp), codant pour un facteur de transcription de type GATA, joue un rôle majeur à différentes étapes du développement des cellules sanguines embryonnaires et larvaires de la Drosophile. En effet, srp est non seulement requis pour la spécification et le maintien des progéniteurs sanguins (prohémocytes) mais il participe aussi à la différenciation des trois lignages hématopoïétiques. Cette diversité de fonction de Srp est notamment assurée par l'interaction avec d'autres partenaires dont le cofacteur de type FOG (Friend of GATA) U-shaped (Ush) qui participe au contrôle de la différenciation des plasmatocytes et des lamellocytes. Enfin un second facteur de transcription de type GATA, Pannier (Pnr), est quant à lui nécessaire à la différenciation et à la maturation des plasmatocytes. L'objectif de ma thèse est de mieux comprendre la fonction et le mode d'action de ces facteurs GATA et FOG dans le contrôle du développement des cellules sanguines larvaires, et en particulier des lamellocytes. Dans un premier temps, une analyse génétique m'a permis d'identifier des rôles spécifiques pour les deux complexes GATA/FOG, Srp/Ush et Pnr/Ush, dans le processus de formation des hémocytes larvaires circulants. Ainsi, mes résultats suggèrent que : 1) le complexe Srp/Ush réprime la prolifération et la différenciation des hémocytes circulants ; 2) Srp participe à la maturation des lamellocytes ; 3) le complexe Pnr/Ush contrôle le maintien de l'identité des plasmatocytes par répression de leur transdifférentiation en lamellocytes ; 4) le complexe Srp/Ush réprime l'expression de pnr, qui est nécessaire à la maturation des plasmatocytes. Il apparait donc que la combinatoire des trois facteurs Srp, Pnr et Ush régule différentes étapes du développement des cellules sanguines larvaires. Dans un second temps, j'ai cherché à mettre à jour les réseaux géniques contrôlés par ces facteurs. Pour cela, j'ai utilisé une lignée de cellules sanguines d'origine larvaire sur laquelle j'ai réalisé des expériences d'immunoprécipitation de chromatine (ChIP-Seq) contre Srp, Pnr et Ush ainsi que des analyses transcriptomiques (RNA-Seq) en condition normale ou de perte de fonction de ush. Mes analyses montrent notamment que Ush participe à l'activation de l'expression de marqueurs des plasmatocytes comme les gènes codant pour les composants de la matrice extracellulaire et à la répression de l'expression de marqueurs des lamellocytes comme les gènes codant pour les récepteurs de la matrice extracellulaire. Ces analyses montrent aussi que Ush régule l'expression de composants de différentes voies de signalisation impliquées dans la formation des lamellocytes tels que shaggy (voie Wnt), wts (voie Hippo) et pi3k21B (voie mTor). Le cofacteur Ush, au travers de ses interactions avec Srp et Pnr, apparait donc comme un acteur central dans la régulation du destin des plasmatocytes et des lamellocytes au cours de l'hématopoïèse chez la Drosophile. L'ensemble de ces résultats apportent une meilleure compréhension des réseaux géniques mis en œuvre lors de la formation des cellules sanguines et notamment du rôle joué par les facteurs GATA et du cofacteur FOG au cours du processus hématopoïétique.

Drosophila produces blood cells or hemocytes, which are related to the myeloid lineage of vertebrates. There are three kinds of hemocytes: plasmatocytes are phagocytic cells akin to vertebrate macrophages; crystal cells are involved in the clotting process and lamellocytes are produced after immune challenges like wasp infestation in order to encapsulate objects too large to be phagocytized. Different families of transcription factor conserved from Drosophila to Human finely regulate blood cell fate, proliferation and differentiation. For instance, the GATA transcription factor Serpent (Srp), which plays a key role at different steps of embryonic and larval blood cell development in Drosophila. Indeed, srp is not only required for the specification and maintenance of blood cell progenitors (prohemocytes) but it is also involved in the differentiation of the three hemocyte lineages. This functional diversity is ensured in particular by the interaction with other partners such as the Friend of GATA (FOG) co-factor U-shaped (Ush), which is involved in the control of plasmatocytes differentiation into lamellocytes. Moreover, a second GATA factor, Pannier (Pnr) is necessary to plasmatocytes differentiation and maturation. The purpose of my work is to provide a better understanding of the function and mode of action of these two GATA proteins and of their FOG co-factor during Drosophila blood cell development and in particular for lamellocyte production. At first, a genetic analysis allowed us to identify specific role for each GATA / FOG complex in circulating larval hemocytes. Notably my results suggest that 1) the Srp / Ush complex represses hemocytes proliferation and differentiation; 2) Srp alone participates to lamellocytes maturation; 3) the Pnr / Ush complex maintains plasmatocytes identity by repressing their differentiation into lamellocytes; 4) the Srp / Ush complex represses Pnr expression, which is necessary for plasmatocytes maturation. These data indicate that the combinatorial interplay between Srp, Pnr and Ush participates in the fine-tuning of larval blood cell development. Second, I tried to decipher the gene networks regulated by these three factors. To do so, I used an ex vivo cellular model of larval hemocytes to identify Srp, Pnr and Ush direct target genes by chromatin immunoprecipitation (ChIP-Seq) experiments as well as Ush-regulated genes by transcriptomic analyses (RNAseq). My results revealed that Ush participates in the activation of plasmatocytes markers such as extracellular matrix (ECM) components whereas it represses the expression of lamellocytes markers such as ECM receptor. In addition, these analyses allowed us to identify components of different signalling pathway involved in lamellocytes formation that are directly regulated by Ush, including shaggy (Wnt pathway), wts (Hippo pathway) and pi3k21B (mTor pathway). Therefore, it appears that Ush, thanks to its interaction with Srp or Pnr, plays a central role in the regulation of plasmatocyte and lamellocyte fate. All together, these results shed new light on the genetic network involved in blood cell formation and on the role of the GATA / FOG complexes during haematopoiesis.