Role of Histone Deacetylase HDAC7 in B Lymphocyte Biology

Abstract

Within the hematopoietic system, all mature blood cells are generated. Every differentiation step is characterized by the activation of a new, lineage specific, genetic program and the extinction of the previous one. To date, the contribution of transcription factors in positively regulating these distinct differentiation processes is well established. However, the mechanisms by which transcription factors mediate the gene transcriptional silencing is poorly understood. In this PhD project we tried to elucidate the molecular mechanisms by which histone deacetylases (HDACs) mediate gene transcriptional silencing in B lymphocyte Development. In particular, we decided to study the potential contribution of HDAC7 during B lymphopoiesis. To achieve our objective, we performed a biochemical-genome wide assay by using a highly efficient immune reprogramming system, followed by an in vivo approach by generating conditional knock-out mouse models. For the first objective, we have taken advantage of recently highly efficient cellular reprogramming system consisting of a pre-B cell line modified to express an estradiol induble form of C/EBPα allowing its conversion into functional macrophages (Bussmann, 2009). We demonstrated that among all class IIa HDACs, HDAC7 showed a lymphoid lineage specific expression pattern during transdifferentiation. Re-expression of HDAC7 interfered with the macrophage gene transcriptional program, by blocking the induction of key macrophage genes related to immune, inflammatory response and phagocytosis. HDAC7 interacted with MEF2C and is recruited to the promoters of macrophage genes, leading to their transcriptional repression. Finally, by generating conditional knock-out mice for a specific deletion of HDAC7 in the hematopoietic system, we demonstrated that HDAC7-deficient mice showed a highly relevant block in B cell development at pro-B cell stage. HDAC7 specifically interacted with MEF2C, resulting in the repression of non-lymphoid genes. The absence of HDAC7 resulted in a significant up-regulation of relevant genes related to important biological processes and macrophage functions, such as ubiquitination, cell cycle and signal transduction. In conclusion, we demonstrated that among class IIa HDACs, HDA7, through its interaction with other transcription factors, such as MEF2C, acts as a potential transcriptional repressor in B lymphocyte Biology by repressing lineage inappropriate genes.

El desarrollo de células B es el resultado de varios procesos de especificación, compromiso y diferenciación, cada uno de los cuales se caracterizan por la activación de un nuevo programa de transcripción génica y la extinción del anterior. Hasta la fecha, la regulación positiva durante el desarrollo de células B llevada a cabo por factores de transcripción específicos está bien establecida. Sin embargo, los mecanismos por los cuales los factores de transcripción median procesos de represión de genes inapropiados de otros linajes celulares para adquirir y mantenerla identidad celular son vagamente conocidos.

El objetivo principal de este proyecto de tesis es investigar los mecanismos de represión transcripcional durante el desarrollo de linfocitos B. Las histonas desacetilasas (HDACs) de clase IIa han emergido como moduladores cruciales de la transcripción génica en numerosos procesos de desarrollo y diferenciación celular.

De entre todas las enzimas que conforman esta familia, nos centramos en las clase IIa por dos razones fundamentales. En primer lugar, las HDACs de clase IIa se expresan de manera específica de tejido y están implicadas en numerosos procesos de diferenciación celular. En segundo lugar, las HDACs de esta sub‐familia contienen un dominio N‐terminal que media su interacción con factores de transcripción específicos de tejido (como miembros de la familia MEF2), mediando así su acción como co‐represores transcripcionales.

Para lograr nuestro objetivo principal, hemos realizamos dos abordajes experimentales: una aproximación experimental in vitro mediante el uso de un sistema de reprogramación celular, y una aproximación in vivo mediante la generación de un modelo de ratón mutante para HDAC7.

Para estudiar la contribución potencial de las HDACs de clase IIa en la reprogramación de células pre‐B a macrófagos, hemos utilizado un sistema de reprogramación celular que consiste en una línea de células B genéticamente modificadas que se transdiferencian en macrófagos funcionales tras la adición de β‐estradiol (Bussmann, 2009). Hemos demostrado que, a diferencia de las otras HDACs de clase IIa, HDAC7 presenta un patrón de expresión específico de linaje linfoide. Es importante destacar que la re‐expresión de HDAC7 interfiere con la adquisición el programa transcripcional de genes característicos de macrófagos, tales como genes relacionados con la respuesta inmunológica y la fagocitosis, y suprime funciones cruciales de los macrófagos, como la capacidad para fagocitar bacterias y la respuesta celular a endotoxinas. Desde un punto de vista mecanístico, HDAC7 interacciona con MEF2C y es reclutado a los promotores de genes de macrófagos, dando lugar a su represión transcripcional.

Para estudiar el papel de HDAC7 durante el desarrollo de células B, hemos generado un modelo de ratón condicional para delecionar HDAC7 de manera específica en progenitores de células B (células por‐B). Nuestros resultados demuestran que los ratones deficientes en HDAC7 muestran un bloqueo significativo del desarrollo de células B en el estadio celular pro‐B, indicando que HDAC7 es un represor transcripcional esencial en la formación de linfocitos B. Desde un punto de vista mecanístico, HDAC7 es reclutada a sitos de unión para MEF2C localizados en los promotores de genes inapropiados de linaje en células pro‐B. También hemos demostrado que la ausencia de HDAC7 resulta en la activación de genes relevantes característicos de macrófagos y linfocitos T.

En conclusión, hemos identificado HDAC7 como un nuevo regulador esencial en el desarrollo de linfocitos B.