Caractérisation des ostéoclastes inflammatoires : Nouvelles cibles thérapeutiques dans les maladies inflammatoires chroniques
Institution:
Université Côte d'Azur (ComUE)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Osteoclasts (OCLs) are multinucleated cells responsible for physiological bone resorption and pathological bone destruction in osteoporosis and chronic inflammation. Recently, our team demonstrated that besides bone resorption, OCLs are immunocompetent cells that, depending on their origin and inflammatory status, induce different immune responses. In steady state, OCLs derive from bone marrow monocytes (MNs) and initiate regulatory CD4+ T cells (tolerogenic OCLs/t-OCLs), while during inflammation, OCLs originate from blood-derived inflammatory Ly6Chigh MNs or dendritic cells and induce TNF producing CD4+ T cells (inflammatory OCLs/i-OCLs). However, the phenotype and the exact role of i-OCLs in inflammatory bone loss remain unknown. Therefore, this thesis aims to better characterize i-OCLs in order to understand how they contribute to different inflammatory processes and whether they can be specifically targeted to limit inflammatory bone destruction. At the beginning of this work, reliable sorting and analysis strategies for OCLs were missing. Therefore, we developed a novel, robust sorting procedure to exclude impeding mononucleated precursors to investigate pure populations of mature OCLs. This new sorting procedure enabled us for the first time to compare pure populations of t-OCLs and i-OCLs in a transcriptomic approach by RNA sequencing in order to better characterize them and to identify specific markers. Our data show that i-OCLs preferentially use the osteoclastogenic pathway associated with Ig-like receptors and upregulate genes and pathways involved in anti-microbial (in particular anti-fungal) responses. Activation of downstream receptor signaling using receptor-specific agonists or yeast probiotics specifically blocked the differentiation of i-OCLs without interfering with t-OCLs in vitro and in vivo. These findings reveal new regulatory mechanisms in inflammatory bone loss and demonstrate for the first time that it is possible to specifically inhibit a subset of OCLs without affecting the other. Moreover, our data also highlight the protective effect of yeast probiotics in pathological bone destruction.
Abstract FR:
Les ostéoclastes (OCLs) sont des cellules multinucléées responsables de la résorption osseuse physiologique et de la perte osseuse pathologique dans l'ostéoporose et l'inflammation chronique. Récemment, notre équipe a démontré que, les OCLs sont également des cellules immunocompétentes qui, selon leur origine et leur état inflammatoire, induisent différents types de réponse immune. En condition normale, les OCLs dérivent des monocytes (MNs) de la moelle osseuse et activent des lymphocytes T CD4+ régulateurs (OCLs tolérogéniques/t-OCLs). En condition inflammatoire, les OCLs proviennent des MNs inflammatoires ou des cellules dendritiques et activent des lymphocytes T CD4+ producteurs de TNF (OCLs inflammatoires/i-OCLs). Cependant, le phénotype et le rôle exact des i-OCLs dans la perte osseuse inflammatoire restent inconnus. Ce travail de thèse vise donc à mieux caractériser les i-OCL afin de comprendre comment ils contribuent aux différents processus inflammatoires et s'ils peuvent être ciblés spécifiquement pour limiter la destruction osseuse inflammatoire. Au début de ce travail, il n'existait aucune stratégie fiable pour purifier et analyser spécifiquement les OCLs matures. Nous avons donc établi une nouvelle méthode robuste de tri permettant l'étude de populations pures d'OCLs matures. Nous avons ainsi pu pour la première fois comparer les t-OCLs et i-OCLs purifiés dans une approche transcriptomique par séquençage d'ARN afin de mieux les caractériser et d'identifier des marqueurs spécifiques. Nos données montrent que les i-OCLs utilisent de façon plus importante la voie de différenciation ostéoclastique associée aux récepteurs Ig-like et surexpriment les gènes et les voies associées à la réponse immunitaire contre les microorganismes, en particulier les levures. L'activation de la signalisation des récepteurs à l'aide d'agonistes spécifiques des récepteurs ou de probiotiques de levure bloque spécifiquement la différenciation des i-OCLs sans interférer avec les t-OCLs in vitro et in vivo. Ces résultats révèlent de nouveaux mécanismes régulateurs de la perte osseuse inflammatoire et démontrent pour la première fois qu'il est possible d'inhiber certaines population d'OCLs sans affecter les autres. Ils établissent aussi l'effet protecteur des probiotiques de levure dans la destruction osseuse pathologique. Conformément à nos résultats précédentes, l'analyse par séquençage d'ARN a identifié le récepteur fractalkine CX3CR1 surexprimé dans les i-OCLs. Cependant, seule une faible proportion (25%) des i-OCLs expriment CX3CR1 (CX3CR1+). Nous avons déterminé le rôle des i-OCLs CX3CR1+ et CX3CR1neg par profilage transcriptomique et essais fonctionnels et montré que ces deux populations d'i-OCLs diffèrent significativement dans leur fonction de résorption et immunitaire. Nos résultats démontrent que les i-OCLs CX3CR1neg jouent un rôle inflammatoire majeur tandis que les i-OCLs CX3CR1+ sont des cellules immunosuppressives qui contrôlent l'inflammation. Ces résultats soulignent l'hétérogénéité des OCLs qui mérite d'être étudiée plus en détail.Cette thèse contribue à une compréhension approfondie des i-OCLs et des voies moléculaires sous-jacentes impliquées dans l'immunomodulation par les OCLs. Elle ouvre également une vision thérapeutique très nouvelle basée sur l'inhibition sélective de certaines sous-population d'OCLS pour lutter contre les pathologies associées à une destruction osseuse inflammatoire.