Introduction
Comme décrit dans l’introduction, la glande lymphatique larvaire est composée de trois zones : la Zone Médullaire (ZM) contenant les précurseurs hématopoïétiques qui expriment domeless, la Zone Corticale (ZC) contenant les hémocytes différenciés et le PSC (Jung et al., 2005). Le facteur de transcription Collier est exprimé et nécessaire pour la formation des cellules du PSC et pour la différenciation des lamellocytes en réponse à une infection par un parasitoïde (Crozatier et al., 2004). De plus, dans un mutant col un plus grand nombre de cellules à cristaux se différencie dans la glande lymphatique, suggèrant un rôle plus général du PSC dans le contrôle de l’hématopoïèse larvaire dans des conditions normales.
Dans la publication de Krzemień et collaborateurs, grâce à l’analyse du mutant col, le rôle du PSC dans le contrôle de l’hématopoïèse larvaire a été établi.
Résultats
Le PSC est nécessaire pour maintenir un groupe de prohémocytes dans la glande lymphatique.
Dans un mutant col, au troisième stade larvaire, la ZM disparaît de manière concomitante à la différenciation prématurée des hémocytes en cellules à cristaux et plasmatocytes. Au deuxième stade larvaire la ZM se forme normalement dans un mutant col. Ces résultats indiquent que la ZM se forme de façon indépendante du PSC, mais que le PSC joue un rôle dans le maintien de la ZM au troisième stade larvaire.
Serrate, un des ligands de la voie de signalisation Notch, est exprimé dans le PSC (Lebestky et al., 2003). Cependant, la fonction de Serrate dans le PSC restait non établie. L’expression d’un dominant négatif de Serrate (SerTM, (Sun and Artavanis-Tsakonas, 1996) dans le PSC entraîne une forte diminution de la transcription de col dans le PSC indiquant que la voie de
signalisation Notch, activée via Ser, est nécessaire pour maintenir l’expression localisée de col dans le PSC.
Au cours de l’embryogenèse, col est initialement exprimé dans toutes les cellules de la glande lymphatique puis, en fin d’embryogenèse, son expression est restreinte aux cellules du PSC (Crozatier et al., 2004). L’expression ectopique de col dans la ZM empêche la différenciation des hémocytes et maintien toutes les cellules de la glande lymphatique à l’état de prohémocytes. La restriction de l’expression de col dans le PSC est nécessaire afin d’avoir un contrôle correcte de l’hématopoïèse dans la glande lymphatique.
En conclusion, le contrôle de l’homéostasie des hémocytes dans la glande lymphatique requiert la communication entre deux types cellulaires : les cellules du PSC qui s’individualisent à la fin de l’embryogenèse et maintiennent l’expression de col tout au long du développement larvaire et un ensemble de prohémocyte qui ne l’expriment pas. Le rôle clef du PSC, dans le contrôle de la balance entre le maintien d’un pool de prohémocytes et leur différenciation rappelle le rôle décrit pour la « niche » des cellules souches hématopoïétiques (CSH) chez les vertébrés. Une « niche » est un microenvironnement qui contrôle la prolifération et la différenciation des CSH (pour revue (Cumano and Godin, 2007; Kiel and Morrison, 2008).
L’activation de la voie de signalisation JAK/STAT dans la Zone Médullaire est nécessaire pour maintenir les prohémocytes dans la glande lymphatique.
Un des marqueurs utilisé pour visualiser la ZM est le transgène dome-Gal4 suggérant que le récepteur Dome est exprimé dans ces cellules. Dome étant le récepteur de la voie de signalisation JAK/STAT, nous avons voulu savoir si cette voie de signalisation était activée dans la ZM. Un des rapporteurs de l’activité de la voie de signalisation JAK/STAT est dome- MESO (Hombria et al., 2005). L’analyse de l’expression de ce rapporteur nous a permis de montrer que la voie de signalisation JAK/STAT est activée dans les prohémocytes de la ZM. De plus, l’analyse d’un mutant hypomorphe pour STAT92E, le facteur de transcription médiant l’activité de la voie de signalisation, a permis de montrer que l’activation de la voie de signalisation JAK/STAT dans les cellules de la ZM est nécessaire pour maintenir ces cellules à l’état de prohémocytes.
Les prohémocytes se différencient prématurément en lamellocytes suite à une infection par un parasitoïde
Afin de mieux caractériser les changements induits dans la glande lymphatique après infection par un parasitoïde, nous avons suivi l’expression de marqueurs de prohémocytes (dome-Gal4/UAS-GFP) et de lamellocytes (iintégrine αPS4). Vingt quatre heures après une infection par un parasitoïde, le marquage de la ZM disparaît tandis qu’on observe une différenciation massive de lamellocytes dans la glande lymphatique. La production de lamellocytes se fait aux dépens du pool de prohémocytes. Ces résultats indiquent que l’infection par un parasitoïde induit une différenciation prématurée des prohémocytes en lamellocytes. La reprogrammation des prohémocytes suite au parasitisme, qui contourne l’homéostasie normale des hémocytes révèle un haut niveau de plasticité des prohémocytes de la glande lymphatique.
L’ensemble de ces données nous a conduit à modifier le modèle préalablement proposé en 2004 pour la fonction du PSC (Crozatier et al., 2004) (Figure10). Le nouveau modèle (Figure 3 de l’article) propose que le PSC a une fonction non cellulaire autonome et maintient l’activité de la voie de signalisation JAK/STAT dans la ZM de la glande lymphatique au troisième stade larvaire. L’activité du PSC, qui dépend de Col, est nécessaire dans des larves saines pour empêcher une différenciation prématurée des prohémocytes multipotents en plasmatocytes et cellules à cristaux. L’expression de ser dans le PSC est nécessaire pour maintenir l’expression de col dans le PSC. Suite à une infection par un parasitoïde un signal, probablement émis par les plasmatocytes circulants qui ont détecté l’œuf du parasitoïde, est reçu par les prohémocytes, soit directement soit via le PSC. Ceci induit une différenciation massive des prohémocytes en lamellocytes. Dans ce modèle nous proposons que le PSC agit comme un microenvironnement ou « niche » sur les prohémocytes.
Discussion
Le nouveau modèle que nous proposons pour le contrôle de l’hématopoïèse larvaire implique des communications cellulaires entre les cellules du PSC et les prohémocytes de la ZM. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués restent encore inconnus. Différents modes de communications entre le PSC et la ZM peuvent être proposés. Ces communications peuvent être transmises par : i) des contacts cellulaires directs, ii) par des
molécules diffusibles, iii) nous pouvons également imaginer que certaines cellules servent de relais entre le PSC et la ZM. Ces cellules seraient directement en contact avec le PSC, émettraient des signaux vers les autres prohémocytes de la ZM. Aucune de ces trois possibilités ne peut être exclue à l’heure actuelle.
Contacts cellulaires directs
Des communications directes entre les cellules du PSC et les cellules de la ZM peuvent être envisagées. En effet, les cellules du PSC projettent de longues extensions cytoplasmiques appelées filopodes. Ces filopodes, visualisés par l’expression d’une GFP ancrée à la membrane, ne s’étendent que sur deux ou trois diamètres cellulaires. Cependant il est possible qu’ils soient plus longs mais non détectables par ces types de marquages. Ces filopodes pourraient être le support physique de contacts cellulaires directs entre le PSC et une sous population des prohémocytes de la ZM. Des filopodes ont précédemment été décrits comme permettant la signalisation Notch à distance et la formation des précurseurs des organes sensoriels chez la Drosophile (De Joussineau et al., 2003). Le fait que le PSC exprime serrate laisse ouverte la possibilité que les filopodes puissent médier la signalisation Notch à longue distance dans la glande lymphatique. Différents essais réalisés par Joanna Krzemień au laboratoire afin d’empêcher la formation de ces filopodes sont malheureusement restés infructueux et ne permettent donc pas d’établir s’ils jouent ou non un rôle dans la communication entre le PSC et les prohémocytes de la ZM.
Molécules diffusibles
Du fait que le PSC est requis pour maintenir l’activation de la voie de signalisation JAK/STAT dans la ZM, le signal le plus probable émis par ces cellules pourrait être un des Upd. Lors de l’étude du rôle de Latran (voir ci-après) j’ai montré qu’upd3 est exprimé dans la ZM et le PSC et que seule l’expression dans la ZM est requise pour maintenir l’activation de la voie JAK/STAT. L’expression d’un ARN double brin permettant de faire de l’interférence à l’ARN contre upd3 dans le PSC n’entraîne aucun défaut hématopoïétique indiquant qu’Upd3 n’est pas le signal émis par le PSC. Les mutants pour upd2 sont viables et ne présentent pas de défauts hématopoïétiques. Enfin, upd n’est pas exprimé dans la glande lymphatique. Ainsi, l’ensemble de ces données semble exclure que les Upd soient les signaux majeurs émis par le PSC et requis pour le maintien des prohémocytes dans la ZM.
du PSC en étudiant des mutants pour le gène homéotique Antennapedia (Antp) dans lesquels l’expression de col dans le PSC est abolie. Ils ont de plus montré que les cellules du PSC expriment spécifiquement hedgehog (hh), tandis que les cellules de la ZM expriment d’autres composants de la voie de signalisation Hh tels que le récepteur Patched (Ptc) et le facteur de transcription Cubitus interruptus (Ci). Comme observé dans un mutant col, une différenciation massive de cellules à cristaux est observée dans un mutant thermosensible pour hh (hhts) et lorsqu’une forme dominante négative de Ci est exprimée dans la ZM (Mandal et al., 2007). Hh est un morphogène. La diffusion de Hh à partir d’une source localisée forme un gradient de concentration qui conduit à l’activation de différents gènes cibles en fonction de leur distance par rapport à la source (Kornberg and Guha, 2007). Les auteurs ont proposés que Hh sécrété par les cellules du PSC pourrait agir à distance dans la glande lymphatique pour maintenir les prohémocytes dans la ZM.
Ainsi, l’ensemble de ces résultats suggère que le PSC contrôle de façon non cellulaire autonome l’activation de la voie de signalisation JAK/STAT dans la ZM via la sécrétion de Hh. L’hypothèse la plus simple pourrait être que la voie de signalisation Hh contrôle l’expression dans la ZM de différents composants de la voie de signalisation JAK/STAT. Cette hypothèse est en train d’être testée dans notre laboratoire.
Cellules relais entre le PSC et la ZM
Ni notre équipe, ni celle de Mandal et collaborateurs n’indiquent que de telles cellules pourraient être présentes dans la glande lymphatique. De plus pour le moment nous ne disposons pas de marqueurs qui suggéreraient l’existence de différents types cellulaires à l’intérieur de la ZM.La recherche de nouveaux gènes exprimés dans la glande lymphatique, réalisée par Delphine Pennetier dans notre laboratoire, devrait pouvoir apporter des informations nouvelles.
Enfin, le rôle clef du PSC dans le contrôle de la balance entre la maintenance des prohémocytes et leur différenciation rappelle le rôle de la « niche » des cellules souches hématopoïétiques chez les vertébrés. Ce concept de « niche » a été proposé il y a environ 30 ans en se basant principalement sur les études réalisées chez les vertébrés et les cellules souches hématopoïétiques (CSH) présentes dans la moelle osseuse. Cependant les bases moléculaires et cellulaires de la « niche » des CSH restent encore à établir et semblent très complexes (pour revue (Kiel and Morrison, 2008)). La glande lymphatique représente un système modèle de choix pour étudier in vivo les mécanismes mis en jeu dans une « niche ». Cependant, une des difficulté pour établir des parallèles entre la fonction du PSC de la
Drosophile et la « niche » des CSH chez les vertébrés est qu’il est impossible chez la Drosophile de tester le caractère « cellule souche ». En effet, les cellules souches sont définies comme des cellules multipotentes capables de s’autorenouveler. Chez les vertébrés, pour tester le caractère « souches » des cellules, on teste leur capacité à reconstituer in vivo tout le lignage auquel elles appartiennent dans un organisme où ce lignage a été détruit. Ce test n’est techniquement pas réalisable chez la Drosophile.
La recherche de cellules souches dans la glande lymphatique, réalisée par Joanna Krzemień au laboratoire, a été principalement basée sur la recherche de l’expression dans la glande lymphatique de marqueurs connus, dans d’autres tissus, pour être caractéristiques des cellules souches. Cette étude est restée infructueuse mais n’exclut pas que de telles cellules puissent être présentes dans la glande lymphatique.
L’identification de nouveaux gènes exprimés dans la glande lymphatique est une priorité de notre équipe et devrait permettre de mieux définir les mécanismes moléculaires mis en jeu dans le contrôle de l’hématopoïèse larvaire.
Article : Control of blood cell homeostasis in Drosophila larvae by
the Posterior Signalling Centre
Joanna Krzemień, Laurence Dubois, Rami Makki, Marie Meister, Alain Vincent and Michèle Crozatier