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L'équipe de Patrick Mayeux et la plateforme de protéomique de l'Université Paris Descartes (3P5) viennent de publier dans la revue Cell Reports du 2 aout 2016 la première analyse détaillée des modifications du protéome des cellules érythroïdes humaines lors de leur différenciation.

 

Chaque seconde de sa vie, un homme produit environ 2 millions de globules rouges (ou érythrocytes). Comme toutes les cellules sanguines, les érythrocytes proviennent des cellules souches hématopoïétiques. Ces cellules multipotentes produisent des progéniteurs restreints à un lignage de différenciation selon un processus encore discuté. Les progéniteurs engagés dans le lignage érythroïde (BFU-E puis CFU-E) présentent d'abord une phase de prolifération intense avec peu de modifications morphologiques puis donnent naissance à des précurseurs successifs (pro-érythroblastes, érythroblastes basophiles, polychromatophiles et acidophiles) qui acquièrent les protéines spécifiques des globules rouges au cours d’un nombre limité de divisions cellulaires. Enfin, les érythroblastes acidophiles expulsent leur noyau pour former un réticulocyte qui termine sa maturation d'abord dans la moelle osseuse puis dans la circulation sanguine  pour finalement donner naissance à un globule rouge. Plusieurs équipes ont décrit l’évolution du transcriptome des cellules érythroïdes mais aucune analyse globale du protéome n’avait été rapportée.

Nous avons modifié un protocole de culture de progéniteurs érythroïdes humains réalisée à partir de progéniteurs hématopoïètiques CD34+ isolés de sang de cordons ombilicaux pour obtenir des populations homogènes de cellules aux différents stades de maturation et nous avons utilisé une méthode très sensible d'analyse du protéome cellulaire pour réaliser la quantification absolue des protéines au cours de ces stades de maturation. Plus de 6000 protéines ont ainsi pu être quantifiées en nombre de copies par cellule depuis les progéniteurs de type BFU-E jusqu'aux érythroblastes acidophiles en utilisant une technique sans marquage ("label-free"). En particulier, tous les facteurs de transcription connus pour jouer un rôle spécifique dans l'érythropoïèse ont été identifiés et quantifiés. Par ailleurs, ces analyses ont révélé l'expression dans ces cellules de nombreuses protéines inattendues dont le rôle au cours de l'érythropoïèse reste à déterminer. En collaboration avec l'équipe de N. Mohandas (New-York Blood Center), nous avons comparé le transcriptome et le protéome de ces cellules et nous avons observé seulement une corrélation limitée. Ces divergences sont retrouvées dans la plupart des études publiées concernant différents modèles cellulaires. L'analyse des divergences les plus importantes nous a permis de montrer qu'un processus récemment identifié de rétention d'introns au cours des dernières étapes de l'érythropoïèse contribuait à cette différence entre le transcriptome et le protéome.

Dans un second temps, en collaboration avec l'équipe de L. Douay (hôpital Saint-Antoine), nous avons utilisé une technique de marquage ITRAQ pour analyser la répartition quantitative de 1300 protéines entre la particule contenant le noyau (le pyrénocyte) et le réticulocyte lors de l'énucléation. En utilisant une technique d'imagerie couplée à la cytométrie en flux ("Amnis"), nous avons mesuré le volume cytoplasmique et la surface de la membrane  plasmique de chaque particule. Cette analyse nous a permis d'identifier de nombreuses protéines dont la répartition quantitative était différente de celle du compartiment où elles se trouvent et qui étaient donc probablement dirigées de façon active vers l'une des deux particules lors de l'énucléation.

Ce travail constitue la première analyse quantitative absolue de l'évolution d'un protéome cellulaire au cours d'un processus de différenciation complexe chez l'homme. Il ouvre la voie à de nombreux travaux sur l'érythropoïèse normale ou pathologique dont des travaux de modélisation cellulaire pour lesquels les valeurs absolues d'expression des protéines présentent un intérêt majeur.

Référence bibliographique :

Gautier EF, Ducamp S, Leduc M, Salnot V, Guillonneau F, Dussiot M, Hale J, Giarratana MC, Raimbault A, Douay L, Lacombe C, Mohandas N, Verdier F, Zermati Y, Mayeux P
Comprehensive Proteomic Analysis of Human Erythropoiesis.
Cell Rep. 2016 Aug 2;16(5):1470-84.

Contact :

Patrick Mayeux :