Nouveaux acteurs contribuant à la régulation de l’érythropoïèse normale et inefficace : le récepteur à la transferrine et le récepteur à l'activine IIA

New factors contributing to the regulation of normal and ineffective erythropoiesis : the Transferrin receptor and the Activin receptor IIA

• Auteur / Autrice : Michaël Dussiot-Abraham
• Direction : Olivier Hermine, Ivan Cruz Moura
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hématologie
• Date : Soutenance le 17/06/2013
• 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 : Cytokines, hématopoïèse et réponse immune
• Jury : Président / Présidente : William Vainchenker
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ivan Cruz Moura, William Vainchenker, Nicole Casadevall, Caroline Le Van Kim, Emmanuel Payen, Yves Beuzard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicole Casadevall, Caroline Le Van Kim

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs stimulants de l'érythropoïèse

Thalassémie

Mots clés libres

Anémie

Erythropoïèse

Récepteur de la transferrine

PIgA1

, Récepteur à l’activine IIA

GDF11

Beta-Thalassémie

Anemia

Erythropoiesis

Transferrin Receptor

PIgA1

Activin Receptor IIA

GDF11

Beta-Thalassemia

Résumé

L’érythropoïèse est le processus de formation des globules rouges. L’anémie demeure à l’heure actuelle un problème de santé publique majeur. Par conséquent, une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans le contrôle de ce processus dans des conditions physiologiques et pathologiques, ainsi que l’établissement de stratégies thérapeutiques ciblées constituent un enjeu de recherche majeur. Le récepteur de la transferrine 1 (CD71/RTf1) est un élément essentiel de l'érythropoïèse, la majorité des travaux de recherche étant focalisés sur son rôle indéniable dans le métabolisme du fer. Cependant, de nouveaux ligands du RTf1 ont été découverts ouvrant de nouvelles perspectives relatives aux fonctionnalités de ce récepteur. Ayant démontré que le RTf1 fixait les immunoglobulines A1 (IgA1), nous nous sommes intéressés au rôle des IgA1 dans l’érythropoïèse. Nous montrons que le RTf1 lié aux polymères d'IgA1 (pIgA1) induit la croissance et une augmentation de la prolifération des érythroblastes en concentration sous-optimale d'érythropoïétine (Epo). De même, l'expression transgénique d’IgA1 humaine (souris alpha1-KI), ou le traitement de souris de type sauvage avec les pIgA1 permettent une récupération accélérée de l’anémie aiguë. L’engagement du RTf1 module la sensibilité à l'Epo, en diminuant le seuil d'activation cellulaire, et en induisant les voies de signalisation MAPK/ERK et phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K/AKT). Ces données mettent en évidence un nouveau rôle du RTf1 en tant que régulateur positif de l'érythropoïèse. Parallèlement au RTf1, nous avons identifié un autre récepteur pouvant constituer une cible thérapeutique pour corriger une érythropoïèse inefficace : le récepteur de l’activine de type IIA (ActRIIA). Dans un modèle murin de Beta-thalassémie intermédiaire (Hbbth1/th1), résultant d'une déficience génétique de la chaîne Beta de la globine, nous montrons que l'administration d'une protéine de fusion constituée du domaine extracellulaire de l’ActRIIA lié à un fragment Fc d’IgG de souris (RAP-011), corrige l'anémie, augmente le taux d'hémoglobine et diminue la splénomégalie. Ce traitement favorise l’érythropoïèse splénique et diminue la saturation de la transferrine et l’hémolyse. Fait intéressant, des niveaux élevés de GDF11 (Growth Differentiation Factor 11) sont observés sur des coupes spléniques de souris thalassémiques ainsi que dans le sérum de patients thalassémiques. In vivo, l’inhibition de l’interaction GDF11/ActRIIa par le RAP-011 favorise l’apoptose des érythroblastes précoces par la voie Fas/FasLigand. Ces résultats suggèrent que l’activation constitutive des signaux GDF11/ActRIIA contribue à l’établissement d’une érythropoïèse inefficace caractéristique de la Beta-thalassémie. La neutralisation de cette signalisation inverse ce processus. En conclusion, nos travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension de l'hématopoïèse normale et pathologique, et pourraient conduire à envisager des traitements innovants pour l'anémie.

Anemia produced by a variety of underlying causes is the most common disorder of the blood, and remains a major global public health problem associated with a poor quality of life for many patients. Thus, better understanding the erythroid process in physiological and pathological conditions, and developing new strategies to boost erythropoiesis appear of great interest. Transferrin receptor 1 (CD71/TfR1) plays an essential role in erythropoiesis, and investigations of TfR1 functions have been focused on their undeniable role in iron metabolism. However, recent data demonstrate that TfR1 is a multi-ligand receptor that participates in a wide array of cellular functions. We have identified TfR1 as a receptor for A1 isotype immunoglobulins (IgA1). In this work, we show that pIgA1s are able through their interaction with the TfR1, to stimulate erythropoiesis by sensitizing erythroblasts to Epo. Likewise, transgenic expression of human IgA1 (Alpha1-KI mice) or treatment of wild-type mice with pIgA1 accelerated recovery from acute anemia. TfR1 engagement by pIgA1 increased cell sensitivity to Epo by inducing activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) signaling pathways. These findings unveiled a new role of TfR1 as a signaling competent molecule positively regulating erythropoiesis. In addition to TfR1, our work identifies another receptor as a putative target for correcting ineffective erythropoiesis: the activin receptor IIA (ActRIIA). Indeed, using a mouse model of Beta-thalassemia intermedia (Hbbth1/th1) resulting from a genetic deficiency of Beta-globin chain, we show that administration of a ligand trap (named RAP-011), consisting in a fusion protein between the extracellular domain of ActRIIA and the Fc fragment of a mouse IgG, improves anemia, increases total hemoglobin levels and decreases splenomegaly. In addition, targeting ActRIIa signaling corrects ineffective erythropoiesis in the spleen, reduces hemolysis and transferrin saturation. Interestingly, high levels of Growth Differentiation Factor 11 (GDF11) are detected in spleen sections from Beta-thalassemic mice, as well as in sera from thalassemic patients. In addition, the inactivation of GDF11 promotes terminal erythroblast differentiation. Finally, blockade of the GDF11/ActRIIa signaling, promotes premature apoptosis of early erythroblasts through induction of Fas/FasLigand pathway. Therefore, these results first suggest that constitutive GDF11/ActRIIa signaling pathway may promote ineffective erythropoiesis in Beta-thalassemia intermedia, and secondly, support the use of ActRIIa traps for the treatment of chronic anemia and ineffective erythropoiesis. Altogether, these results open new perspectives in the understanding of normal and pathological hematopoiesis and lead to propose innovative treatments for anemia.