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PhD thesis

Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (21/09/2011), Francine Cote (Dir.)

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Etude des souris invalidées pour le gène Tph1: Implication de la sérotonine dans l'érythropoïèse.

Sarah Hatia1

L'érythropoïèse est le processus de formation des globules rouges (GR) ayant lieu principalement dans la moelle osseuse. Il débute par l'engagement de cellules souches hématopoïétiques vers la lignée érythroïde, qui donnent lieu à des progéniteurs, puis à des précurseurs érythroïdes. Des changements morphologiques accompagnent la différenciation érythroïde, incluant une réduction de la taille des cellules, l'acquisition d'hémoglobine et finalement, l'expulsion du noyau qui survient au stade réticulocytes. Ces réticulocytes sont à l'origine des GR retrouvés dans la circulation sanguine. L'anémie est définie par une diminution de la teneur en hémoglobine dans le sang et peut être causée par une diminution de la production de GR, ou par une augmentation de leur destruction. La sérotonine (5-HT) est depuis longtemps connue comme un neurotransmetteur dans le système nerveux central (SNC), où elle est impliquée dans de nombreuses fonctions. Sa disponibilité dépend de l'expression de la tryptophane hydroxylase (TPH), dont une étude récente a révélé l'existence de deux isoformes, la TPH2 exprimée dans le SNC et la TPH1 en périphérie. Cette découverte a ravivé l'intérêt d'étudier les fonctions potentielles de la 5-HT en dehors du SNC. De plus, des rôles non suspectés de la 5-HT dans de nombreux systèmes physiologiques en périphérie ont été révélés par la caractérisation du modèle murin KO pour la Tph1 (Tph1-/-). Dans ce manuscrit, nous présentons des données in vivo, montrant que les souris Tph1-/- présentent une érythropoïèse inefficace. Le défaut majeur survient dans la moelle osseuse, où l'absence de 5-HT altère la progression des précurseurs érythroïdes, qui expriment les récepteurs 5-HT2A et 5-HT2B, vers la différenciation terminale. Ces précurseurs expriment également la Tph1, suggérant une synthèse locale de 5-HT. De plus, des cultures in vitro nous ont permis de démontrer l'action directe de la 5-HT sur les précurseurs érythroïdes, par l'ajout de 5-HT qui augmente la capacité proliférative des cellules issues des souris sauvages et mutées. D'autre part, les GR issus des souris Tph1-/- sont plus sensibles à la phagocytose par les macrophages et ont une durée de vie significativement réduite par rapport à des GR sauvages. Cette dégradation augmentée des GR associée à l'érythropoïèse inefficace dans la moelle osseuse, conduisent à un phénotype d'anémie macrocytaire des souris Tph1-/-. Lorsqu'elles vieillissent, les souris développent une splénomégalie, due à une érythropoïèse accrue dans la rate. L'ensemble de nos résultats démontre que la 5-HT est un facteur clef dans la production et la survie des GR.

1:	CHRI - Cytokines, hématopoïèse et réponse immune

keyword(s) : sérotonine – tryptophane hydroxylase 1 – anémie – érythropoïèse – moelle osseuse – modèle murin

Analysis of mice invalidated for the Tryptophan hydroxylase 1 gene : involvement of serotonin in erythropoiesis

Erythropoiesis is the process occurring mainly in the bone marrow, leading to the production of red blood cell (RBCs). A multipotent hematopoietic stem cell give rise to erythroid progenitors, which mature into erythroid precursors. As the erythroid cell differentiate, morphological changes occur, including a reduction in size, acquisition of hemoglobin and expulsion of its nucleus, giving to reticulocytes. Finally, the reticulocyte released into the circulation becomes a mature RBC. Anemia is a common blood disorder, defined as a reduction of the amount of hemoglobin in the blood, and can be caused by decreased production or an increased degradation of RBCs. Serotonin (5-HT) has long been recognized as a neurotransmitter in the central nervous system, where it modulates a variety of behavioral functions. Availability of 5-HT depends on the expression of the enzyme tryptophan hydroxylase (TPH), and the recent discovery of a dual system for 5-HT synthesis in the brain (TPH2) and periphery (TPH1) has renewed the interest in studying the potential functions played by 5-HT in non-nervous tissues. Moreover, characterization of the TPH1 knockout mouse model (Tph1-/-) lead to the identification of unsuspected roles for peripheral 5-HT, revealing the importance of this monoamine in regulating key physiological functions outside the brain. In this manuscript, we present in vivo data showing that mice deficient in peripheral 5-HT display morphological and cellular features of ineffective erythropoiesis. The central event occurs in the bone marrow where the absence of 5-HT hampers progression of erythroid precursors, expressing 5-HT2A and 5-HT2B receptors, toward terminal differentiation. These precursors also express Tph1, which suggests a local synthesis of 5-HT. Direct evidence for a 5-HT effect on erythroid precursors is provided by supplementation of the culture medium with 5-HT that increases the proliferative capacity of both 5-HT-deficient and normal cells. In addition, red blood cells from 5-HT-deficient mice are more sensitive to macrophage phagocytosis and have a shortened in vivo half-life. Combination of these two defects causes Tph1-/- animals to develop a phenotype of macrocytic anemia. Moreover as Tph1-/-mice grow older, they develop an increased splenic erythropoiesis leading to splenomegaly. Altogether our results identify 5-HT as a key factor for red blood cell production and survival.

english keyword(s) : serotonin – tryptophan hydroxylase 1 – anemia – erythropoiesis – bone marrow – mouse model

tel-00630418, version 1

http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00630418

oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00630418

From: Catherine Slama <>

Submitted on: Monday, 10 October 2011 08:47:25

Updated on: Monday, 10 October 2011 10:59:35