Contrôle de l'homéostasie épithéliale intestinale par la dynamique des isoformes du variant d'histone H2A.Z
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The intestinal epithelium renews entirely every 3 to 5 days. This renewal is dependent on the intestinal stem cells present in the proliferative compartment called "crypt". These cells proliferate to maintain the stem cell pool and give rise to progenitors that differentiate, during their migration along the villi, into specialized intestinal cells (enterocytes, Goblet cells...). The balance between proliferation and differentiation must be maintained and finely regulated to ensure intestinal epithelial homeostasis. This balance is controlled by gradients of the major signaling pathways (WNT, NOTCH, BMP...) as well as binding patterns of transcription factors (CDX2, HNF1...). We have demonstrated that the histone variant H2A.Z is essential to maintain this homeostasis. This histone variant, unlike canonical histones, is incorporated in the chromatin independently of the cell cycle. This incorporation, by modifying the physico-chemical properties of the nucleosome, regulates many biological processes such as DNA transcription or repair. In this context, we have shown that one of the isoforms of H2A.Z (H2A.Z1) is important for the proliferation of intestinal epithelial cells in cellulo and in vivo. At the same time, H2A.Z1 inhibits differentiation by decreasing CDX2 binding to the promoters of its target genes (SI, MUC2...). Finally, we have demonstrated that the WNT pathway, which allows the expression of H2A.Z1 in crypts and its incorporation into differentiation gene promoters to facilitate proliferation and to inhibit differentiation, regulates the dynamics of H2A.Z1. During differentiation, the loss of WNT activity results in a decrease in the expression and incorporation of H2A.Z1, thus allowing cells to stop proliferating and begin their differentiation. We have therefore demonstrated the essential role of H2A.Z1 dynamics in controlling the identity of intestinal epithelial cells. Isoform 2 (H2A.Z2) is also important for the proliferation of intestinal epithelial cells, and appears to have a redundant effect, at least in part, with H2A.Z1 since the deletion of both isoforms in mice affects epithelial proliferation and renewal stronger than deletions of one or the other alone. Their deletion also leads to a strong increase in the differentiation of the secretory lineage (Goblet cells, Paneth cells...), higher than the single depletion of each isoform. This suggests a redundant role of the 2 isoforms in inhibiting the differentiation of this lineage. However, we also observed that the 2 isoforms seem to have opposite roles on the enterocyte terminal differentiation. Our results seem to show the essential role of the dynamics of H2A.Z isoforms in the control of intestinal epithelial homeostasis and the establishment of lineages.
Abstract FR:
L'épithélium intestinal se renouvelle dans son intégralité tous les 3 à 5 jours. Ce renouvellement est dépendant des cellules souches intestinales présentes dans le compartiment prolifératif appelé "crypte". Ces cellules prolifèrent pour maintenir le "pool" de cellules souches et donnent naissance à des progéniteurs qui se différencient, lors de leur migration le long des villosités, en cellules intestinales spécialisées (entérocytes, cellules à mucus, ...). La balance entre la prolifération et la différenciation doit être maintenue et finement régulée pour assurer l'homéostasie de l'épithélium intestinal. Cet équilibre est contrôlé par des gradients d'activations spécifiques des grandes voies de signalisation (WNT, NOTCH, BMP...) ainsi que des patrons de liaisons spécifiques des facteurs de transcription (CDX2, HNF1...) importants pour le contrôle de l'identité cellulaire. Nous avons démontré que le variant d'histone H2A.Z est essentiel au maintien de cette homéostasie. Ce variant d'histone, contrairement aux histones canoniques, est incorporé indépendamment du cycle cellulaire au sein du nucléosome. Cette incorporation, en modifiant les propriétés physico-chimiques du nucléosome, régule de nombreux processus biologiques comme la transcription ou la réparation de l'ADN. Dans ce contexte nous avons montré qu'une des isoformes de H2A.Z (H2A.Z1) est importante pour la prolifération des cellules épithéliales intestinales in cellulo et in vivo. Parallèlement, H2A.Z1 inhibe la différenciation en réprimant la fixation de CDX2 sur les promoteurs de ses gènes cibles (SI, MUC2...). Enfin nous avons démontré que la dynamique de H2A.Z1 est régulée par la voie de signalisation WNT qui permet l'expression de H2A.Z1 dans les cryptes et son incorporation aux promoteurs des gènes de différenciation pour faciliter la prolifération et inhiber la différenciation. Lors de la différenciation, la perte de l'activité de WNT entraîne la diminution de l'expression et de l'incorporation de H2A.Z1, ce qui permet donc aux cellules d'arrêter de proliférer et d'entamer leur différenciation. Nous avons donc démontré le rôle essentiel de la dynamique de H2A.Z1 dans le contrôle de l'identité des cellules de l'épithélium intestinal. L'isoforme 2 (H2A.Z2) est également importante pour la prolifération des cellules épithéliales intestinales, et semble avoir un effet redondant, au moins partiellement, avec H2A.Z1 puisque la délétion des 2 isoformes chez la souris affecte plus fortement la prolifération et le renouvellement de l'épithélium que les délétions de l'une ou l'autre seules. Leur délétion entraîne également une forte augmentation de la différenciation du lignage sécrétoire (cellules à mucus, de Paneth...), supérieure à la déplétion isolée de chaque isoforme. Ceci suggère donc un rôle redondant des 2 isoformes dans l'inhibition de la différenciation de ce lignage. Cependant, nous avons également observé que les 2 isoformes semblent avoir des rôles opposés sur la différenciation terminale des entérocytes. Nos résultats semblent montrer le rôle essentiel de la dynamique des isoformes du variant d'histone H2A.Z dans le contrôle de l'homéostasie de l'épithélium intestinal et l'établissement des lignages.