Modulation physiologique et physiopathologique de l’élimination érythrocytaire : nouveaux acteurs et implications transfusionnelles

Physiological and pathophysiological modulation of red blood cells : new actors and implications in transfusion

• Auteur / Autrice : Martin Colard
• Direction : Olivier Hermine, Samantha Benghiat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hématologie
• Date : Soutenance le 09/10/2019
• Etablissement(s) : Université Paris Cité en cotutelle avec Université libre de Bruxelles (1970-....). Faculté de médecine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MAP5 - Mathématiques Appliquées à Paris 5
• Jury : Président / Présidente : Jean-Benoît Arlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Benoît Arlet, Patricia Martinez, Loïc Garçon, Pascal Amireault, Stanislas Goriely, Wassim El Nemer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Martinez, Loïc Garçon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anoxie

Érythropoïétine

Érythrocytes -- Transfusion

Mots clés libres

Globule rouge

Élimination érythrocytaire

Transfusion

Érythropoïétine

Hypoxie

Fer

Macrophage

Red blood cell

RBC lifespan

Transfusion

Erythropoietin

Hypoxia

Iron

Macrophage

Résumé

L’érythropoïèse est un processus extrêmement prolifératif et finement régulé. Ses acteurs ainsi que ses nombreuses interactions (avec les mécanismes liés à l’inflammation, le fer, l’hypoxie, …) sont relativement bien définis bien que faisant encore l’objet de nombreux travaux. A l’autre extrémité de la vie du globule rouge (GR), les choses sont moins bien établies. Les principaux acteurs de l’élimination sont connus mais leur participation relative à l’état normal et pathologique reste débattue. De même, le signal établissant le GR sénescent comme devant être éliminé n’a pas été déterminé de manière consensuelle. L’application clinique thérapeutique concernée par l’importance de l’élimination érythrocytaire est la transfusion sanguine dont elle détermine partiellement l’efficacité. Ces considérations et les données de la littérature nous ont mené à formuler le postulat suivant : l’élimination érythrocytaire est négativement régulée en réponse à l’anémie afin de participer au maintien d’un nombre adéquat de GR circulants. L’objectif de ce travail a été de démontrer la présence d’un mécanisme de régulation de l’élimination érythrocytaire en réponse à l’anémie et d’en caractériser les principaux facteurs. Dans un deuxième temps, nous avons évalué l’effet de certaines situations pathologiques sur ce mécanisme et enfin tenté d’en déterminer les principaux acteurs cellulaires et moléculaires. Pour le réaliser nous avons utilisé et développé différents modèles murins d’étude de l’élimination érythrocytaire endogène ainsi que dans un contexte transfusionnel. Nous avons observé une augmentation de la durée de vie des GR endogènes en réponse à l’administration d’agents stimulant l’érythropoïèse (ASE). Ensuite, et dans un modèle de transfusion de GR, nous avons démontré que l’anémie, l’hypoxie et l’administration d’ASE induisent une diminution de l’élimination érythrocytaire. Nous avons démontré que l’érythropoïétine est un facteur nécessaire et suffisant à cette modulation de l’élimination. Elle est indépendante de l’activité érythropoïétique et n’est pas spécifique à l’activité splénique d’élimination érythrocytaire. Nous avons ensuite étudié l’effet de différents niveaux de surcharge en fer et de la carence martiale sur l’élimination, tous diminuant l’élimination. La détermination de la cible moléculaire et cellulaire a été abordée par l’utilisation de modèles murins transgéniques et s’est avérée négative. Nos résultats confirment, pour la première fois expérimentalement, l’existence d’un mécanisme de régulation de l’élimination érythrocytaire. Ce mécanisme est médié par un nouvel effet homéostatique de l’EPO, la réduction de l’élimination érythrocytaire. L’EPO a donc deux effets indépendants mais à la finalité similaire : maintenir un nombre adéquat de GR en circulation. D’une part, en régulant la production et d’autre part, en modulant l’élimination érythrocytaire tant en situation normale qu’en réponse à une anémie aiguë. Bien que les cibles et mécanismes effecteurs précis de l'EPO restent à identifier, ce travail ouvre la voie à l’étude d’un nouvel aspect de la physiologie érythrocytaire en abordant l’angle de la (dé)régulation de l’élimination érythrocytaire en conditions normales et pathologiques indépendamment de la qualité du GR circulant. La compréhension fine de ce mécanisme et son implication potentielle en pathologie comme en transfusion permettrait également à terme le développement de nouveaux outils thérapeutiques.

Erythropoiesis is an extremely proliferative and finely regulated process. Its actors as well as its many interactions (with mechanisms related to inflammation, iron, hypoxia,...) are relatively well defined. At the other end of the red blood cell (RBC) life, things are less well established. The main actors involved in elimination are known, but their relative participation in the normal and pathological state remains debated. Similarly, the signal establishing the senescent GR as to be eliminated is still debated. The clinical application concerned by the importance of erythrocyte elimination is blood transfusion. These considerations and the data in the literature have led us to formulate the following hypothesis: RBC elimination is negatively regulated in response to anemia in order to contribute to maintain an adequate number of circulating RBCs. The objective of this study was to demonstrate the presence of a regulatory mechanism of RBC elimination in response to anemia and to characterize its main factors. In a second step, we evaluated the effect of certain pathological situations on this mechanism and finally we tried to determine its main cellular and molecular actors. To achieve this, we used and developed different mouse models to study endogenous RBC elimination as well as in a transfusion context. We have observed an increase in the lifetime of endogenous RBCs in response to the administration of erythropoiesis stimulating agents (ESA). Then, and in a RBC transfusion model, we demonstrated that anemia, hypoxia and ESA administration induce a decrease in RBC elimination. We have shown that erythropoietin is a necessary and sufficient factor in this modulation of elimination. It is independent of erythropoietic activity and is not specific to the splenic activity. We then studied the effect of different levels of iron overload and deficiency on RBC elimination, all reducing elimination. The determination of the molecular and cellular target was addressed by the use of transgenic mouse models and was negative. Our results confirm, for the first time experimentally, the existence of a regulatory mechanism of RBC elimination. This mechanism is mediated by a new homeostatic effect of erythropoietin, the reduction of erythrocyte elimination. Erythropoietin therefore has two independent effects, but with a similar purpose: to maintain an adequate number of RBC in circulation. On the one hand, by regulating production and on the other hand, by modulating RBC elimination both in normal situations and in response to acute anemia. Although the precise targets and effector mechanisms of erythropoietin are yet to be identified, this work paves the way for the study of a new aspect of erythrocyte physiology by addressing the angle of (de)regulation of erythrocyte elimination under normal and pathological conditions regardless of the quality of the circulating RBC. A precise understanding of this mechanism and its potential involvement in both pathology and transfusion would also ultimately lead to the development of new therapeutic tools.