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Numéro
Med Sci (Paris)
Volume 28, Numéro 11, Novembre 2012
Page(s) 923 - 925
Section Nouvelles
DOI http://dx.doi.org/10.1051/medsci/20122811007
Publié en ligne 12 novembre 2012

La régulation de l’expression séquentielle des différentes formes de l’hémoglobine (Hb) fait l’objet de recherches depuis plusieurs décennies, après qu’aient été séquencés les gènes codant pour les chaînes de globine et mis en évidence leur expression successive au cours du développement. L’intérêt en est fondamental et a valeur de modèle pour d’autres familles de gènes évoluant de façon similaire. Mais il présente aussi un intérêt majeur de santé publique. Les β-hémoglobinopathies sont des maladies génétiques extrêmement fréquentes et invalidantes. La drépanocytose, due à une mutation A>T au codon 6 du gène codant pour la β-globine, fréquente en France, est reconnue comme une priorité de santé publique, et les données démographiques montrent que cette fréquence ne peut qu’augmenter. Les β-thalassémies, de causes moléculaires très diverses, sont un problème majeur dans tout le bassin méditerranéen, ainsi qu’en Asie du Sud et du Sud-Est. La prise en charge de ces pathologies, malgré des progrès considérables, reste largement empirique ou tout au plus symptomatique. Un progrès majeur consisterait à pouvoir contrôler la synthèse d’HbF (hémoglobine fœtale, α2γ2). Dans le cas de la drépanocytose, l’HbF ne s’incorpore pas dans le polymère de l’HbS (α2βS 2) et, au-delà d’un certain taux, s’oppose de ce fait au développement de signes pathologiques. Chez les β-thalassémiques, la γ-globine, en s’associant aux chaines α-globine en excès, forme l’HbF, assure une fonction respiratoire et s’oppose aux lésions cellulaires. La commutation (switch) de l’HbF vers l’HbA adulte (α2β2), en même temps qu’elle représente le prototype d’un contrôle transcriptionnel au cours du développement, pourrait aussi être une cible thérapeutique.

Identification des sites régulateurs de l’hémoglobine fœtale

Les recherches menées depuis plusieurs années ont eu pour but d’élucider et contrôler le mécanisme moléculaire responsable de cette commutation HbF vers HbA. Le taux d’HbF, variable selon les individus, malades ou témoins normaux, est contrôlé comme un trait quantitatif (QTL). Des études tout génome (GWAS), menées sur différentes populations, ont actuellement identifié trois sites régulateurs dont la somme n’explique, cependant, qu’environ 50 % des variations observées [1].

  • L’un, dans le locus β-globine luimême, est associé à un(des) polymorphisme(s) qui ne sont en fait que des marqueurs. Le plus classique est la variante C/T à la position -158 du gène HBG2, créateur d’un site de restriction XmnI [2]. Mais il en existe d’autres, en particulier au niveau du site HincII-HBG1 et d’une séquence palindromique riche en AT du site HS4 du LCR (locus control region). Ces sites sont considérés comme en déséquilibre de liaison (LD) [3].

  • Un deuxième site régulateur situé dans le 2e intron du gène BCL11A (B-cell lymphoma/leukemia 11A) sur le bras court du chromosome 2 est actuellement le mieux individualisé. Une série de travaux, produits par l’équipe de S.H. Orkin (Children’s hospital Boston, Harvard medical school, États-Unis), a montré l’existence au cours du développement d’isomères successifs de BCL11A, dont la forme adulte se comporte comme un inhibiteur transcriptionnel spécifique de la synthèse d’HbF et un obstacle potentiel à sa réactivation [4]. Dans un modèle de souris transgéniques exprimant, outre les gènes murins endogènes, la totalité du locus β-globine humain, BCL11A contrôle la commutation des chaînes γ>β humaines, comme celles des gènes codant pour les hémoglobines embryonnaires murines [5].

  • Un troisième site régulateur a été individualisé en 6q dans la région interchromosomique HSB1L-MYB (région HMIP), dont l’existence est certaine, mais qui est encore actuellement incomplètement localisé et dont le mode d’action n’est pas connu. Les travaux concernant ce site sont le fait de l’équipe de S.L. Thein (King’s College, Londres, Royaume-Uni). Sa mise en évidence remonte à 2007 ; les auteurs avaient alors défini plusieurs segments dans cet intervalle, la liaison la plus forte étant localisée dans une séquence de 24 kb, située à peu près à égale distance de l’un et l’autre des deux gènes [6]. Ces gènes sont tous deux exprimés dans les précurseurs érythroïde. HSB1L code pour une protéine qui aurait une activité de liaison au GTP, et MYB est un facteur de transcription essentiel à la différenciation érythroïde. Plus récemment, les mêmes auteurs ont été plus précis en suggérant que la régulation du gène MYB agissait sur l’expression de l’HbF [7].

  • On peut enfin évoquer le rôle régulateur du facteur KLF1 (Kruppel-like factor 1 ou E[erythroid]KLF) ; l’étude en a été faite dans une famille de Malte dont plusieurs membres présentaient une persistance héréditaire d’HbF (HPFH) [8], et simultanément dans un travail expérimental chez la souris [9]. L’action de KLF1 s’exercerait indirectement par une régulation d’expression de BCL11A.

Dans l’espoir de mieux préciser les sites régulateurs eux-mêmes, divers auteurs ont séquencé les zones identifiées et recherché une association entre des polymorphismes et les taux d’HbF. Le travail le plus poussé dans cette direction a été mené chez 1 032 drépanocytaires africains ou américains, et a défini au niveau de BCL11A et de HBS1L-MYB les haplotypes qui se présentaient comme étant statistiquement associés avec l’expression d’HbF [10]. Les travaux qui se poursuivent dans l’équipe de S.H. Orkin ont aussi apporté des informations complémentaires sur la localisation chromosomique de BCL11A et son interaction directe avec l’ensemble du locus β-globine au cours du développement [11].

Perspectives thérapeutiques

Un travail plus récent des mêmes auteurs, précisant le rôle majeur de BCL11A dans un modèle murin de drépanocytose, a l’intérêt d’ouvrir des perspectives thérapeutiques [12]. Les auteurs ont introduit dans des souris transgéniques l’ensemble du locus β-globine humain, porteur de la mutation βS, dans un YAC (yeast artificial chromosome) et vérifié que le phénotype de ces souris reproduisait la maladie drépanocytaire. L’inactivation (knock out) globale de BCL11A étant létale chez la souris, un knock out conditionnel de ce gène a été réalisé dans la lignée érythroïde (utilisant Cre sous contrôle du promoteur du récepteur de l’érythropoïétine). Il en résulte une inhibition partielle du switch γ>β (l’HbF est à un taux >80% dans le foie fœtal et se stabilise chez l’adulte à environ 11 %) en même temps qu’une extinction des gènes embryonnaires endogènes de la souris. Ce knock out est sélectif, la maturation érythroïde est normale ainsi que l’expression des facteurs de régulation transcriptionnelle de la lignée érythroïde (GATA1, FOG1, NF-E2, KLF1, SOX6, et MYB). Dans l’étape suivante les auteurs ont exploré si l’extinction de BCL11A pouvait, chez l’adulte, réactiver le gène γ-globine éteint au cours du développement. Pour ce faire, l’allèle Mx1-Cre inductible par l’interféron a été introduit dans le gène BCL11A floxé chez la souris transgénique drépanocytaire. De fait, l’excision de BCL11A chez la souris adulte, qui n’exprime plus d’HbF, entraîne une réactivation des gènes γ-globine, entraînant la production d’un taux de 13,8 % d’HbF (exprimé par rapport au total des chaînes globine β-like humaines). Les gènes embryonnaires murins sont également réactivés. Cette réactivation ne s’accompagne, là encore, d’aucun désordre hématologique autre qu’une légère diminution des lymphocytes B. D’autres modifications épigénétiques participent à l’extinction du gène γ-globine dans les cellules érythroïdes : méthylation de l’ADN et désacétylation des histones au promoteur du gène γ-globine. De fait, l’administration d’un inhibiteur des déacétylases agit en synergie avec l’extinction de BCL11A sur la dérépression du gène γ, suggérant l’action coordonnée de plusieurs mécanismes dans la répression efficace de l’HbF chez l’adulte.

Un point important restait à vérifier : l’inhibition de BCL11A améliore-t-elle les symptômes hématologiques et ­histopathologiques dans le modèle murin ? L’étude en a été faite sur la souris « Berkeley » SCD (sickle cell disease) dont le phénotype récapitule bien la maladie drépanocytaire : anémie, augmentation des réticulocytes, taux d’HbF bas, durée de vie des globules rouges abrégée. L’introduction d’allèles BCL11A-nul chez cette souris (SCD Bcl11afl/fl EpoR-Cre+) corrige ces altérations et restaure un phénotype très voisin de celui de souris témoins non drépanocytaires. L’expression du gène γ-globine est très augmentée (28,3 % versus 1,3 % du taux total des globines β-like humaines, P = 0,00017), et la distribution d’HbF est pancellulaire. On estime que de tels taux d’HbF (> 15-20 %) sont probablement suffisants chez l’homme pour éliminer la symptomatologie drépanocytaire.

L’ensemble des résultats semble fournir une preuve de principe suffisante pour envisager un développement thérapeutique : les auteurs suggèrent plusieurs modalités : interférence ARN, y compris par tranfert de gènes codant un shARN, ou approche pharmacologique via un criblage moléculaire à la recherche de molécules inhibant la fonction de BCL11A. Les perspectives ne sont pas immédiates, elles sont cependant stimulantes. Première « maladie moléculaire » connue (elle a fêté son centenaire en 2010), la drépanocytose reste une maladie « orpheline » dont le traitement est très empirique. Une régulation contrôlée de l’HbF se présente comme un traitement rationnel dont il est légitime de suggérer l’extension à certaines β-thalassémies.

Liens d’intérêt

L’auteur déclare n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Références

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  3. Neishabury M, Zamani S, Azarkeivan A, et al. The modifying effect of Xmn1-HBG2 on thalassemic phenotype is associated with its linked elements in the beta globin locus control region, including the palindromic site at 5’HS4. Blood Cells Mol Dis 2012 ; 48 : 1–5. [CrossRef] [PubMed] (Dans le texte)
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