Study of the role of the methyltransferase EZH2 in normal and pathological megakaryopoiesis

par Stefania Mazzi

Thèse de doctorat en Médecine. Hématologie et oncologie

Sous la direction de William Vainchenker et de Najet Debili.

  • Titre traduit

    Etude du rôle de la méthyltransférase EZH2 au cours de la mégacaryopoïèse normale et pathologique


  • Résumé

    Le processus qui aboutit à la formation de plaquettes est appelé mégacaryopoïèse. Les mégacaryocytes (MK) sont de grandes cellules de la moelle osseuse qui par fragmentation dans la circulation sanguine produisent des plaquettes. La régulation extrinsèque ou intrinsèque de ce processus a été largement étudiée. Cependant la régulation épigénétique reste mal connue bien que de nombreuses mutations dans des gènes de régulateurs épigénétiques soient retrouvées dans les hémopathies malignes de la lignée MK. En particulier des mutations du gène de la méthyltransférase EZH2, composant catalytique du Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) ont été détectées dans plusieurs types d’hémopathies. Ces mutations sont soit gain soit perte de fonction suggérant qu’EZH2 peut être à la fois un oncogène ou un gène suppresseur de tumeur. Dans les TE (Thrombocythémie Essentielle) et les MFP (Myélofibrose Primaire), deux néoplasmes myéloprolifératifs (NMPs), qui affectent principalement la lignée MK, des mutations d’EZH2 perte de fonction ont été retrouvées ainsi que dans les DS-AMKL (Down syndrome acute megakaryoblastic leukemia). Cela suggère qu’EZH2 joue un rôle important dans la mégacaryopoïèse normale. La caractérisation de cette fonction pourrait être utile pour mieux appréhender le rôle des mutations d’EZH2 dans les pathologies malignes mégacaryocytaires. Cette thèse peut être divisée en deux parties : 1) Caractérisation du rôle joué par EZH2 dans la mégacaryopoïèse normale et pathologique 2) Développement d‘un outil permettant d’étudier la coopération entre mutations dans les DS-AMKL.1) Lors des temps précoces de la différenciation in vitro des cellules CD34+ de sang de cordon vers la lignée mégacaryocytaire l’inhibition d’EZH2 entraîne l’acquisition plus rapide des marqueurs MK de surface (CD41 et CD42) pour un nombre de mitoses égal. Ceci suggère qu’EZH2 régule la spécification MK des progéniteurs hématopoïétiques. Plus tard dans la différenciation, l'inhibition constante d’EZH2 via des inhibiteurs ou des shRNA, arrête la prolifération et diminue le niveau de ploïdie des MKs en arrêtant la réplication de l’ADN. Ceci est du à la surexpression de plusieurs CDKi (Cyclin dependent kinase inhibiteurs), dont CDKN2D. L'analyse par Chip-Seq a montré que la transcription de CDKN2D est régulée par H3K27me3 au niveau de son promoteur et donc que CDKN2D est une nouvelle cible de PRC2. Dans les MKs les plus matures, l’inhibition d’EZH2 diminue la formation des proplaquettes, ceci est corrélé à des modifications d’expression de gènes régulant le cytosquelette d’actine. L’ensemble de ces résultats a été confirmé sur des MKs de patients porteurs de la mutation JAK2V617F.2) Par la technique CRISPR-Cas9, nous avons introduit dans des iPSC (induced pluripotent stem cells) disomiques et trisomiques pour le chromosome 21, la mutation GATA1s présente chez tous les patients avec une DS-AMKL. Nous avons montré que ces mutations modifiaient le cadre de lecture dans l’exon 2 et entrainaient l’expression de la forme courte de GATA1 (GATA1s). Nous sommes en train d'effectuer des études fonctionnelles ainsi que d’introduire d’autres mutations, y compris celles d’EZH2 pour modéliser la maladie.Au cours de cette thèse nous avons montré que l’inhibition d’EZH2 régule les temps initiaux de la mégacaryopoïèse en accélérant la spécification cellulaire au niveau des progéniteurs et ensuite la maturation terminale en inhibant profondément la polyploïdisation par surexpression de plusieurs CDKi dont CDKN2D et en inhibant la formation des plaquettes par un effet sur le cytosquelette d’actine. Ces résultats pourront être utiles pour mieux comprendre le rôle de la perte de fonction d’EZH2 dans les hémopathies malignes de la lignée mégacaryocytaire.


  • Résumé

    The process that leads to platelet production is called megakaryopoiesis. Megakaryocytes (MK) are the large bone marrow cells that produce platelets by fragmentation in the blood flow. The extrinsic and intrinsic regulation of megakaryopoiesis has been largely studied. However, the epigenetic regulation remains poorly known although numerous mutations in genes of epigenetic regulators have been found in patients with MK hematological malignancies. The methyltransferase EZH2, the catalytic component of Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) is among the most studied epigenetic regulators. EZH2 is also mutated in many malignant hematological disorders where it can be an oncogene or a tumor suppressor gene. Particularly in ET (Essential Thrombocythemia) and PMF (Primary Myelofibrosis), two myeloproliferative neoplasms (MPNs) that affect mainly the MK lineage, loss of function EZH2 mutations have been found as well as in DS-AMKL (Down syndrome acute megakaryoblastic leukemia)Altogether these observations suggest that EZH2 controls normal megakaryopoiesis and characterization of this function could be helpful to understand the role of EZH2 in MK malignant diseases.This thesis can be divided in two parts:1) Characterization of the role of EZH2 in normal and pathological megakaryopoiesis 2) Establishment of a cellular tool to study the cooperation between the different mutations of DS-AMKL. RESULTS1) Using CD34+ cells isolated from cord blood, we showed that at early stages of differentiation, EZH2 inhibition accelerates the acquisition of MK surface markers (CD41a and CD42a) without increasing proliferation suggesting that EZH2 regulates the specification towards the MK lineage. Later in differentiation the constant inhibition of EZH2 via inhibitors or shRNAs, produced a proliferation arrest and a decrease in ploidy level that was related to an arrest in DNA replication due to an upregulation of several CDKi (Cyclin dependent kinase inhibitors), more particularly CDKN2D. Chip-Seq analysis demonstrated that CDKN2D is effectively regulated by H3K27me3 and is a new target of PRC2. This inhibition of ploidization by EZH2 inhibition was confirmed in MK from JAK2V617F patients. Furthermore in the more mature MKs (normal or JAK2V617F) we observed a defect in proplatelet formation, which was associated with an abnormal expression of genes regulating the actin filament. 2) By CRISPR-Cas 9, in iPSCs either disomic or chromosome 21 trisomic, we introduced, the GATA1s mutation present in all DS-AMKL patients. We confirmed at the gene and protein level that this genome editing has been correctly performed and that it induces as previously observed a blockage in erythroid differentiation. We are now carrying out the complete functional characterization together with the introduction of other mutations of DS-AMKL including EZH2.CONCLUSIONThis study describes EZH2 as a regulator of megakaryopoiesis via an initial control of cell specification and then of MK maturation. These results will be useful to better understand the role that EZH2 plays in diseases affecting the MK lineage such as MPNs and DS-AMKL.

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