Approches quantitatives en immuno-hématologie

Le système sanguin est composé de cellules très diverses aux fonctionnalités multiples qui participent à la réponse immunitaire, au transport d’oxygène et à la coagulation. Chez l’adulte, cette diversité cellulaire est produite à partie de cellules souches hématopoïétiques, lors d’un processus appelé hématopoïèse. La plupart des cellules hématopoïétiques vivent peu de temps, elles sont donc renouvelées constamment par l’hématopoïèse. De plus, la quantité de cellules produites doit s’adapter aux demandes changeantes de l’organisme, par exemple lors de saignement ou d’infection.  

Notre équipe cherche à comprendre d’une manière quantitative comment l’hématopoïèse fonctionne en condition homéostatique et infectieuse. Pour cela, nous combinons des approches expérimentales et computationnelles à l’échelle de la cellule unique chez l’homme et la souris.

Figure 1: Valeurs estimés des différentes cellules hématopoïétiques, comparaison avec une échelle de temps si une cellule=1 minute (Cosgrove and Hustin et al, non publié).

Notre objectif est de comprendre comment la décision du devenir cellulaire se produit au cours de l'hématopoïèse et ce qui influence ces décisions. Nous avons montré que la décision de produire des globules rouges ou des cellules myéloïdes intervient plus tôt dans le processus qu'on ne le pensait, dans le compartiment multipotent (Perié et al, Cell 2015). De même, nous avons trouvé une voie alternative de production de cellules dendritiques (DC), directement à partir de progéniteurs multipotents, indépendants mais complémentaires de leur origine lymphoïde et myéloïde déjà connue (Naik S et al, Nature 2013 ; Perié et al, Cell Reports 2014).

Figure 2 : Illustration du changement dans la compréhension de l'hématopoïèse grâce aux approches unicellulaires (Perié et al, FEBS 2016). 

 

Nous cherchons également à caractériser la dynamique cellulaire au niveau de la cellule unique pour comprendre comment l'hématopoïèse est organisée et répond aux demandes en cellules. En utilisant une méthode ex vivo qui permet la détermination simultanée du lignage, du nombre de division et de l'état de différenciation d'une grande quantité de cellules individuelles, nous avons montré que les cellules qui partagent un ancêtre commun ont des similitudes importantes dans leur division et leur différenciation (Tak et al, elife 2021). Ces résultats soulignent l'importance des effets de lignage et de la mémoire cellulaire quand les cellules décident de se diviser ou de se différencier.

Figure 3: les descendances de cellules souches hématopoïétiques individuelles se divisent le même nombre de fois et partagent les mêmes destins cellulaires après 48h de différenciation in vitro (adapté de Tak et al, elife 2021).

Notre recherche vise aussi à développer de nouvelles méthodologies de traçage de lignage cellulaire pour étudier l'hématopoïèse non seulement chez la souris mais aussi chez l'homme. Nous avons mis en place plusieurs outils expérimentaux et informatiques pour suivre les descendants d'une cellule unique et suivre son destin cellulaire (Perié et al, FEBS 2016 ; Lyne et al, Exp Hematol 2018).

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