Identification of novel mechanisms controlling emergency granulopoiesis in hematopoietic stem and progenitor cells

Abstract

Granulocytes represent the first line of defense against bacteria and fungi. Daily production of granulocytes is sustained by steady state granulopoiesis but under stress (e.g., bacterial infection) this program switches to emergency granulopoiesis (EG) which ensures the production of granulocytes at enhanced and accelerated rates. Very little is known about the regulation of EG. In this thesis, we showed that disruption of the β-catenin-TCF/LEF mediated transcription impairs EG in vivo. Further, we demonstrated that lipopolysaccharide (LPS) administration in mice induces accumulation of active β-catenin in hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) as early as 4 hours (H) after stimulation, with highest increase at 24H. This effect was at least partially mediated in a niche independent manner, since LPS stimulation in vitro induced β-catenin accumulation in c-Kit+ cells after 2H, with a peak activation at 4H. Using single cell RNA sequencing, we determined the cell cluster dynamics of HSPCs following 4H LPS stimulation. Interestingly, we identified a possible upstream activator of β- catenin in one of the clusters - Wnt10b. Indeed, Wnt10b showed a similar expression pattern as EG master regulator Cebpb and β-catenin activation, following in vitro treatment with LPS. Altogether, our data point...

Granulocyty představují první linii obrany proti bakteriálním a houbovým patogenům. Zatímco bazální granulopoéza zajišťuje každodenní produkci granulocytů, ve stresových podmínkách, jako je bakteriální infekce, je zvýšená a urychlená produkce granulocytů zajišťována pohotovostní granulopoézou (PG). Velmi málo se ví o tom, jak je PG regulovaná. V této práci jsme ukázali, že signalizační dráha Wnt/β-katenin je zásadní pro aktivaci PG in vivo. Dále jsme ukázali, že stimulace pomocí lipopolysacharidu (LPS) aktivuje akumulaci aktivního -kateninu v hematopoetických kmenových a progenitorových buňkách (HKPB) již po 4 hodinách (H), největší nárůst jsme pozorovali 24H po stimulaci. Tuto aktivaci jsme pozorovali také in vitro, již 2H po LPS stimulaci c-Kit+ buněk, s největším nárůstem 4H po stimulaci. To dokazuje, že aktivace β-kateninu je alespoň částečně nezávislá na mikroprostředí kostní dřeně. Pomocí single cell RNA sekvenování jsme analyzovali dynamiku jednotlivých sub-populací HKPB 4H po LPS stimulaci. V jedné z populací jsme identifikovali možný aktivátor -kateninové signalizace - Wnt10b. Nárůst exprese Wnt10b jsme detekovali také při in vitro LPS stimulacích. Tento nárůst koreloval s aktivací -kateninu a nárůstem exprese Cebpb, hlavního regulátoru pohotovostní granulopoézy. Naše data tak ukazují...