Soutenance mémoire
Les cellules sanguines : description et fonctions
Chez les mammifères, il existe plusieurs types de cellules sanguines spécialisées, communément regroupés en trois catégories dans les traités d’histologie : les hématies, aussi appelées érythrocytes ou globules rouges, les leucocytes ou globules blancs et enfin les plaquettes. Les leucocytes sont subdivisés en deux autres catégories selon l’aspect de leurs noyaux : (i) les cellules mononuclées correspondent aux lymphocytes et aux monocytes ; (ii) les polynucléaires ou granulocytes, dont le noyau est plurilobé et qui correspondent aux éosinophiles, aux basophiles et aux neutrophiles qui est le type sanguin le plus abondant. Chez les vertébrés, ces nombreux types cellulaires assurent le support de deux fonctions fondamentales :
(1) Les hématies assurent le transport des gaz respiratoires. Cette fonction est essentielle à l’oxygénation des cellules et à l’élimination du gaz carbonique, déchet principal de l’activité cellulaire.
(2) Les leucocytes et les plaquettes assurent le maintien de l’intégrité de l’organisme.
D’une part, les plaquettes, générées par les mégacaryocytes, colmatent les lésions endothéliales en formant des amas appelés thrombus ou caillots. D’autre part, les leucocytes assurent, par leurs spécificités propres, les fonctions de défense de l’organisme contre les agents pathogènes. Deux catégories de leucocytes sont présentes dans l’organisme : (i) les leucocytes macrophagiques qui assurent la réponse immunitaire innée, ces cellules correspondent notamment aux monocytes qui se différentient en macrophages ; (ii) les lymphocytes qui assurent la fabrication des anticorps et sont responsables de la réponse immunitaire dite adaptative. La réponse immunitaire adaptative est caractérisée par l’existence de réarrangements somatiques des gènes qui codent pour les récepteurs immunitaires et par l’expansion clonale et l’activation des lymphocytes. Chez les insectes, plusieurs types de cellules sanguines, désignés par le terme générique d’hémocytes, sont présents dans l’hémolymphe. Cependant, la diversité des types cellulaires est beaucoup moins élevée que chez les vertébrés. Ainsi, chez la Drosophile, seuls trois types de cellules sanguines sont décrits : les plasmatocytes, les cellules à cristaux et les lamellocytes. Les hémocytes ont des rôles essentiels au cours du développement et dans la défense de l’organisme. Bien que les cellules sanguines des vertébrés et de la Drosophile aient des fonctions similaires, il existe plusieurs différences entre ces deux systèmes. Notamment, il faut noter que, contrairement aux vertébrés, chez la Drosophile et chez les insectes en général, les cellules de l’hémolymphe n’assurent pas la fonction d’oxygénation qui est assurée par diffusion passive depuis les trachées. De plus, les insectes ne possèdent qu’une immunité innée, et sont dépourvus d’immunité adaptative. Le système circulatoire de la Drosophile est un système ouvert, l’hémolymphe circule donc librement entre les cellules. Chez la Drosophile, les plasmatocytes et les cellules à cristaux sont présents dans l’hémolymphe dès le stade embryonnaire, les lamellocytes apparaissent seulement en fin de vie larvaire. Aux stades larvaire et adulte, le flux de l’hémolymphe dans l’organisme est assuré par les contractions rythmiques du vaisseau dorsal, l’équivalent du cœur chez les vertébrés et par les mouvements de l’individu. Dans ce premier chapitre, je présenterais dans un premier temps les trois types cellulaires de la Drosophile, plasmatocytes, cellules à cristaux et lamellocytes, puis leurs fonctions au cours du développement et de la réponse immunitaire.
Les cellules à cristaux
Les cellules à cristaux apparaissent au stade embryonnaire et sont retrouvées en circulation au stade larvaire (Figure 2B). Elles représentent 5% des hémocytes. Les cellules à cristaux sont de grosses cellules rondes qui doivent leur nom à la présence de larges inclusions cristallines dans leur cytoplasme (Figure 2A) (Dearolf, 1998; Lanot et al., 2001). Ces inclusions sont supposées correspondre aux enzymes, telles que les prophénoloxydases et aux substrats nécessaires au processus de mélanisation. La mélanisation correspond à un processus de défense propre aux insectes.
Phagocytose des corps apoptotiques
Au cours du développement, un certain nombre de cellules vont rentrer en apoptose. La première vague d’apoptose à lieu dès le stade 11 de l’embryogenèse (Abrams et al., 1993). Puis au cours du développement de l’organisme, des vagues successives d’apoptose interviennent, notamment, lors de la métamorphose lorsque la majorité des tissus larvaires sont histolysés et que les structures adultes se développent à partir des disques imaginaux (pour revue (Bangs and White, 2000)). Les cellules apoptotiques sont éliminées par phagocytose par les plasmatocytes/macrophages (pour revue (Bangs et al., 2000)). A la fin de l’embryogenèse, environs 700 plasmatocytes sont répartis dans tout l’embryon. Des travaux ont montré que le nombre de plasmatocyte ne varie pas en fonction du taux d’apoptose dans l’embryon (Tepass et al., 1994). A la fin de l’embryogenèse, 90 à 95 % des plasmatocytes ont une activité phagocytaire, ce nombre peut augmenter jusqu’à 100% en présence d’un excès de corps apoptotiques. Ces données indiquent qu’en condition normale, les plasmatocytes ne sont pas tous au même stade de maturation. De plus, ces résultats suggèrent que la présence de corps apoptotiques induit l’activité phagocytaire des plasmatocytes et leur différentiation terminale en macrophage. Au stade larvaire, les plasmatocytes sont présents en circulation dans l’hémolymphe et représentent environs 95% des hémocytes circulants (Holz et al., 2003). Il est intéressant de noter qu’au cours de la vie larvaire, les plasmatocytes prolifèrent et leur nombre augmente de manière importante (Holz et al., 2003; Lanot et al., 2001). Actuellement, on ne sait pas si tous les plasmatocytes sont capables de proliférer ou s’il existe des sous-populations spécifiquement dédiées à l’expansion de cette population. Une étape critique de la phagocytose est la reconnaissance de la cible par les cellules macrophagiques. Ceci requiert l’expression, à la surface des plasmatocytes, de récepteurs spécifiques impliqués dans la reconnaissance des cellules apoptotiques. En 1996, Franc et al. ont identifié le premier récepteur des corps apoptotiques chez la Drosophile, Croquemort (Crq) qui appartient la famille des récepteurs CD36. Crq est exprimé spécifiquement par les plasmatocytes dès le stade embryonnaire (stade 11) (Franc et al., 1996). La fonction de Crq a été étudiée in vivo au cours de l’embryogenèse (Franc et al., 1999). En absence de Crq, l’efficacité de phagocytose est diminuée et les auteurs ont montré que Crq est spécifiquement impliqué dans la phagocytose des corps apoptotiques mais pas des bactéries. Au stade larvaire et au stade pupe, Crq est aussi exprimé à la surface des plasmatocytes (Franc et al., 1999; Lebestky et al., 2000) mais la fonction de ce récepteur n’a pas été étudiée à ces stades du développement de la mouche. Chez Caenorhabditis elegans deux voies de signalisation impliquées dans l’induction de la phagocytose ont été génétiquement identifiées. Bien que les récepteurs responsables de l’induction de ces voies soient encore mal connus, il a été proposé que CED-1 soit le récepteur responsable de l’induction de l’une des voies. L’autre voie pourrait être induite par le récepteur de surface PSR-1, homologue des gènes codant pour les récepteurs macrophagiques de type PSR (phosphatidylserine receptor) chez les mammifères. Crq n’est l’homologue structural ni de CED-1, ni de PSR-1. La recherche d’un homologue de CED-1 chez la Drosophile a conduit à l’identification d’un second récepteur des cellules apoptotiques, le récepteur Draper. Au stade embryonnaire, Draper est exprimé dans les plasmatocytes (Freeman et al., 2003) et en condition perte de fonction de draper on observe une diminution de la phagocytose des corps apoptotiques in vivo (Manaka et al., 2004). Par ailleurs, Draper est exprimé dans les cellules l(2)mbn, dérivées des macrophages larvaires. L’étude de la fonction de ce récepteur dans ces cultures cellulaires a permis de mettre en évidence que Draper participe à l’activité phagocytaire des macrophages selon un mécanisme de phagocytose indépendant de Crq (Manaka et al., 2004). Cependant, comme pour Crq, le rôle de Draper aux stades larvaires et pupal n’a pas été analysé in vivo. D’autres récepteurs pourraient intervenir dans la reconnaissance des corps apoptotiques chez la Drosophile : le récepteur PSR (phosphatidylserine receptor) et le récepteur dSR-CI. Chez les mammifères, la phagocytose des corps apoptotiques semble passer par la reconnaissance de phosphatidylserines. Cette donnée a conduit à l’identification d’un récepteur de type PSR chez la Drosophile, par homologie de séquence avec les récepteurs de phosphatidylserines des mammifères (Fadok et al., 2000). D’autre part, un quatrième récepteur des corps apoptotiques, dSR-CI, a été identifié à partir de cellules en culture de type Schneider S2 dérivées de macrophages larvaires. Ce récepteur est l’homologue des récepteurs scavenger SR-A des mammifères. Il a été montré que dSR-CI est exprimé dans les hémocytes embryonnaires (Pearson et al., 1995). Cependant, les rôles respectifs de ces deux récepteurs, PSR et dSR-CI n’ont, à ce jour, pas encore été analysé in vivo. L’analyse de la fonction de ces différents récepteurs in vivo et in vitro permettra de mieux comprendre quels sont les mécanismes de reconnaissance des corps apoptotiques par les cellules macrophagiques. L’élimination rapide des cellules apoptotiques est un élément important étant donné que les corps apoptotiques persistants peuvent libérer des substances cytotoxiques et endommager les tissus voisins. De plus, il a été montré que l’activité phagocytaire des plasmatocytes est cruciale pour remodeler certains tissus. Ainsi en fin d’embryogenèse, le système nerveux central (SNC) subit une vague d’apoptose qui permet l’élimination de cellules gliales et de neurones. Dans un mutant pvr ou crq, où la migration des plasmatocytes ou leur activité macrophagique sont respectivement altérées, la morphogenèse du SNC est aberrante. Ces données montrent que la phagocytose des corps apoptotiques par les macrophages est essentielle pour la morphogenèse du SNC, notamment pour le positionnement correct des cellules gliales et la formation de l’échelle d’axones (Sears et al., 2003). On peut noter qu’au début de la métamorphose, sous l’effet de l’ecdysone, les plasmatocytes subissent des modifications structurales et fonctionnelles importantes. Ces macrophages pupaux sont impliqués dans la phagocytose des tissus larvaires histolysés (Lanot et al., 2001).
L’hématopoïèse chez la Drosophile
Les différentes populations de cellules sanguines d’un organisme sont générées au cours de l’hématopoïèse : des cellules précurseurs pluripotents vont proliférer et se différencier dans les multiples types cellulaires spécialisés qui composent le sang. Chez les vertébrés, à partir d’une cellule souche pluripotente, la restriction progressive des potentialités des précurseurs va aboutir à l’établissement des différents types cellulaires. Selon le modèle couramment présenté, les cellules souches hématopoïétiques (HSC) vont générer deux types de progéniteurs : le progéniteur lymphoïde, lui même à l’origine des lymphocytes B et T, et le progéniteur myéloïde d’où sont issus les autres types sanguins, dont les érythrocytes, les mégacaryocytes, les neutrophiles, les éosinophiles, les basophiles et les monocytes/macrophages (pour revues (Kluger et al., 2004; Takagi, 2005)) (Figure 8). Cependant des études récentes remettent en question ce modèle jusqu’alors couramment admis. Ainsi, en 2006 Giebel et al. ont analysé in vitro le destin des cellules souches hématopoïétiques humaines par une approche au niveau d’une seule cellule et séparation des cellules filles par micromanipulation. Les auteurs ont ainsi mis en évidence l’existence d’un progéniteur capable de générer à la fois des macrophages et des lymphocytes (Giebel et al., 2006). De manière similaire, les travaux d’Adolfsson et al. ont menés à la découverte de progéniteurs hématopoïétiques chez la souris et chez l’homme capables de générer des cellules lymphoïdes, des granulocytes et des macrophages mais incapables de générer les cellules du lignage érythro-mégakaryocytaire (Adolfsson et al., 2005). Ces résultats ne sont pas compatibles avec le modèle précédemment proposé. Dans ce contexte Adolfsson et al. proposent un nouveau modèle composite dans lequel les cellules souches hématopoïétiques, pendant leur engagement vers un destin progéniteur lymphoïde, perdent de manière séquentielle la capacité à former des érythrocytes/mégacaryocytes puis la capacité à générer des granulocytes/macrophages. En conclusion, la hiérarchie de l’hématopoïèse chez les vertébrés, établie depuis plusieurs années, vient d’être profondément remise en question. Ceci est lié, du moins en partie, à la difficulté de mener des analyses de lignage in vivo chez les vertébrés. La comparaison de l’hématopoïèse entre la Drosophile et les vertébrés est difficile de par les différences de complexité et de fonction des différents lignages sanguins. Chez la Drosophile, comme chez tous les arthropodes, l’absence d’immunité adaptative assurée par les lymphocytes chez les vertébrés, suggère qu’il n’y a pas d’équivalent du lignage lymphoïde. D’autre part, les similitudes de fonctions, comme la phagocytose et la « cicatrisation », assurées par les hémocytes de la Drosophile et les cellules myéloïdes des vertébrés, font que l’on considère fréquemment que les cellules sanguines de la Drosophile sont similaires au lignage myéloïde des vertébrés en se basant sur l’ancien modèle de lignage des vertébrés.
Les facteurs de transcription Glial Cell Missing (Gcm) et Gcm2
Le facteur de transcription Glial Cell Missing (Gcm) a été initialement caractérisé pour sa fonction dans la différentiation des cellules gliales lors du développement du système nerveux où il joue le rôle de switch génétique entre un destin glial et neural (Jones et al., 1995; Van De Bor and Giangrande, 2002). Plus récemment, gcm2 a été isolé sur la base de sa conservation de séquence avec gcm (Alfonso and Jones, 2002; Kammerer and Giangrande, 2001). Outre leur rôle dans la gliogenèse, gcm et gcm2 interviennent dans la formation des plasmatocytes au stade embryonnaire. L’expression de gcm est détectée très précocément dans les précurseurs des plasmatocytes et son expression est maintenue spécifiquement dans cette population jusqu’au stade 11 (Bernardoni et al., 1997). gcm2 est aussi exprimé dans les plasmatocytes dès les stades précoces mais à un niveau plus faible que gcm. Il a été montré que gcm et gcm2 ont des fonctions redondantes dans la formation des plasmatocytes. L’absence simultanée de gcm et gcm2 ne conduit pas à l’absence totale de formation des plasmatocytes mais à une réduction de 60% de leur nombre. Cependant, les plasmatocytes résiduels ne se différentient pas en macrophages matures, notamment ils n’expriment pas Crq et ont une morphologie aberrante. Il est à noter que dans ce contexte mutant pour gcm et gcm2, la formation des cellules à cristaux n’est pas affectée (Alfonso and Jones, 2002). Bien que ces résultats suggèrent que gcm/gcm2 ne soient pas strictement requis pour la formation de ce lignage, l’expression ectopique de gcm (hs-gcm) est suffisante pour induire une augmentation du nombre de plasmatocytes (Bernardoni et al., 1997) et l’expression ectopique de gcm dans les précurseurs des cellules à cristaux induit leur différentiation en plasmatocytes matures (Lebestky et al., 2000). Ces données montrent que Gcm et Gcm2 participent à la formation des plasmatocytes et sont requis pour leur différentiation en macrophages (Alfonso and Jones, 2002; Bernardoni et al., 1997). À ce jour, chez les vertébrés, aucun rôle n’a été décrit pour GcmA et GcmB (orthologues de Gcm et Gcm2) au cours de l’hématopoïèse. Toutefois, récemment, l’expression de gcmb a été détectée dans les macrophages primitifs chez le poisson zèbre (Hanaoka et al., 2004).
|
Table des matières
– INTRODUCTION –
I. Les cellules sanguines : description et fonctions
A. Description des cellules sanguines chez la Drosophile
1. Les plasmatocytes
2. Les cellules à cristaux
3. Les lamellocytes
B. Fonctions des hémocytes
1. Rôle des hémocytes lors du développement de l’organisme
1.1 Phagocytose des corps apoptotiques
1.2 Synthèse de matrice extra cellulaire
2. La réponse immunitaire chez la Drosophile
2.1 La réponse cellulaire
2.2 La réponse humorale
2.3 Relations entre la réponse cellulaire et la réponse humorale
II. L’hématopoïèse chez la Drosophile
A. Les processus hématopoïétiques
1. L’hématopoïèse embryonnaire
2. L’hématopoïèse larvaire
2.1 Origine de la glande lymphatique
2.2 L’hématopoïèse dans la glande lymphatique
3. Double origine des hémocytes au stade larvaire
B. La régulation génique de l’hématopoïèse
1. Régulation de l’hématopoïèse embryonnaire
1.1 Le facteur de transcription de type GATA, Serpent
1.2 Les facteurs de transcription Glial Cell Missing (Gcm) et Gcm2
1.3 Le facteur de transcription de type Runx, Lozenge
1.4 Le cofacteur transcriptionnel de type FOG, U-Shaped
2. Régulation de l’hématopoïèse larvaire
2.1 Les facteurs Srp et Ush au cours de l’hématopoïèse larvaire
2.2 Rôles du facteur Gcm et du récepteur PVR dans la formation des plasmatocytes
2.3 Rôle de Lz au cours de l’hématopoïèse larvaire
2.4 Le facteur de transcription Collier
2.5 La voie de signalisation Notch
2.6 Les voies de signalisation Ras, JAK/STAT et Toll et la formation des lamellocytes
III. Objectifs de ce travail
– RESULTATS –
CHAPITRE I : Analyse de la fonction et du mode d’action de Serpent au cours de l’hématopoïèse embryonnaire
I. Caractérisation moléculaire et fonctionnelle des deux isoformes codées par le gène serpent : SrpC et SrpNC
A. Introduction
B. Résultats : résumé
C. Résultats : publication
D. Discussion
1. Fonctions de SrpC et SrpNC au cours de l’hématopoïèse embryonnaire
2. Rôle du complexe SrpNC/Ush dans la régulation de l’hématopoïèse
3. Régulation de l’expression des gènes cibles par SrpC et SrpNC
4. Fonctions de SrpC et SrpNC dans d’autres processus développementaux
II. Mise en évidence du complexe Srp/Lz
A. Introduction
B. Résultats : résumé
C. Résultats : publication
D. Discussion
1. Régulation de l’expression des gènes cibles par le complexe Srp/Lz
2. Régulation de la différentiation des cellules à cristaux
3. Interaction entre Lz et des cofacteurs
III. Conclusion et perspectives
A. Rôles de Srp au cours de l’hématopoïèse embryonnaire
B. Modulation de l’activité des facteurs GATA par formation de complexes
1. Interactions entre facteurs GATA et Ets
2. Interactions entre facteurs GATA, bHLH et LIM
3. Fonction des bHLH au cours de l’hématopoïèse chez la Drosophile
CHATRITRE II : Etude du processus de ségrégation des deux populations d’hémocytes embryonnaires
I. Introduction
A. Serpent et l’établissement des lignages
B. Gcm et Lz, les facteurs dits « lignage spécifiques »
II. Résultats : résumé
III. Résultats : publication
IV. Discussion
A. Dynamique de ségrégation des deux populations d’hémocytes embryonnaires
B. Régulation de la ségrégation par gcm/gcm2 et lz
C. Régulation de l’expression et de l’activité de gcm
1. Régulation de la transcription de gcm : éléments cis-régulateurs
2. Maintien de l’expression de gcm : autorégulation
3. Régulation de l’activité de Gcm par des co-facteurs
D. Régulation de l’expression de lz
1. Régulation de la transcription de lz : éléments cis-régulateurs
2. Régulation de la transcription de lz : facteurs en trans
3. Influence de Ush sur lz
E. Recherche du signal inducteur de la ségrégation
1. Rôle de la prolifération
2. Rôle de la signalisation Notch
3. Influence du patterning de la tête
V. Conclusion
– DISCUSSION GENERALE –
I. Recherche de nouveaux régulateurs de l’hématopoïèse embryonnaire
II. Régulation de l’hématopoïèse embryonnaire et larvaire
III. Comparaison entre l’hématopoïèse chez la Drosophile et chez les vertébrés
A. La notion de cellule souche
B. Influence de l’environnement sur l’hématopoïèse
IV. Conclusion
– REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Télécharger le rapport complet
