Institut Pasteur Rapport d'activité de l'unité Biologie moléculaire du développement

CNRS URA 1947


Responsable : NICOLAS Jean-François (jfnicola@pasteur.fr)

Résumé du rapport

Ont été approfondis : (1) l’organisation clonale des systèmes nerveux central et musculaire en utilisant le mode de marquage génétique LaacZ. Les territoires clonaux impliqués dans le développement du cervelet et du cortex et les propriétés des cellules-souches dont dérivent les types neuronaux de ces structures ont été définis. Il s’agit là des premières descriptions clonales complètes chez les mammifères, et (2) l’analyse de l’expression des gènes au cours des premiers stades du développement. L’expression des gènes est bloquée à plusieurs niveaux et ces blocages sont levés successivement par un mécanisme qui dépend de la réplication de l’ADN. Un co-contrôle prolifération-différenciation est donc exercé durant les premières divisions de l’oeuf, peut-être pour éviter une différenciation prématurée des cellules de l’embryon.

Abstract

Have been studied : (1) clonal organization of the central nervous and muscular systems using the LaacZ genetic labeling system. The clonal territories involved in the development of the cerebellum and of the neocortex and the properties of the stem cells at the origin of the neuronal types have been defined ; (2) gene expression in early embryos. Gene expression is blocked at several levels and these blockages are relieved successively by a DNA replication-dependant mechanism. A proliferation-differentiation co-control is thus active during the first cleavages, maybe to avoid premature differentiation of the cells of the embryo.

Texte du rapport

La méthode de marquage
Dans cette méthode, un gène LacZ contenant une duplication de 298 pb inactivant sa phase de lecture codante est inséré par transgenèse dans la souris. Au cours du développement, dans une cellule, une recombinaison homologue entre les séquences dupliquées de ce gène appelé LaacZ recrée la phase codante pour la b-galactosidase et les descendants de cette cellule peuvent être révélés in toto par histochimie. Cet événement de recombinaison se fait au hasard et a une très faible fréquence. Pour analyser un lignage particulier, le gène LaacZ est mis sous contrôle d’un promoteur spécifique de ce lignage. Pour le système nerveux, il s’agit du promoteur de l’énolase spécifique des neurones et pour le système musculaire, du promoteur de la sous-unité a du récepteur de l’acétylcholine.

L’organisation clonale du cortex cérébral (Luc Mathis, Agnès Delaunay) Pour ce qui concerne le système nerveux central, les données analysées ont concerné deux structures du cerveau : le néocortex et le cervelet. Les clones neuronaux qui contribuent à la formation du néocortex ont révélé une double origine clonale de cette structure. L’une des populations (déjà mise en évidence par la méthode rétrovirale) fournit des neurones organisés radiairement par rapport à la zone ventriculaire proliférative ; la seconde fournit des neurones non organisés radiairement, présentant un éparpillement isotrope dans le cortex. Cette seconde population participe aussi systématiquement aux autres structures du télencéphale (paléo- et archicortex). Pour rendre compte de l’extrême dispersion de ces clones, nous proposons une origine exogène au cortex de cette population fournissant des neurones migrants à longue distance. Cette observation permet de proposer un modèle pluricompartimental du développement du néocortex.

L’organisation clonale du cervelet (Luc Mathis, collaboration avec Luis Puelles) Les clones neuronaux qui contribuent à la formation du cervelet ont révélé un patterning clonal longitudinal de cette structure en deux territoires distincts. Ces caractéristiques indiquent qu’à une organisation initiale antéro-postérieure dans le tube neural succède une organisation définitive médio-latérale des clones dans le cervelet due vraisemblablement à une rotation complète et en masse de la partie alaire la plus rostrale du rhombencéphale. On observe donc une surprenante corrélation avec les patterns d’expression génique, eux aussi longitudinaux, qui suggère des contraintes mutuelles et réciproques de ces deux niveaux d’organisation. Enfin, l’organisation clonale restreinte médio-latéralement des clones conduit à une réévaluation de certaines des caractéristiques des compartiments dans cette région du système nerveux.

L’organisation clonale du myotome (Sophie Eloy-Trinquet) Pour ce qui concerne le système musculaire, l’analyse du myotome dans l’embryon de la souris à E 11.5 a visé à tester expérimentalement le modèle de patterning clonal proposé précédemment. Ce modèle postule l’existence d’un système de cellules à capacité d’autorenouvellement qui produit durant l’axiogenèse les somites par un mode asymétrique suivant un pattern temporel. Le test a consisté à induire expérimentalement les clones à des moments précis du développement et à comparer les données aux prédictions du modèle. Plusieurs des éléments du modèle ont pu être ainsi vérifiées : (1) l’existence d’un pool de cellules à l’origine de la structure dès le début de la gastrulation, (2) l’augmentation rapide de la taille de ce pool dans les jours qui suivent et (3) une augmentation locale de la complexité clonale de la structure pour les clones induits. L’étude de clones musculaires dans des embryons plus âgés (E 12.5) a commencé. Les premières analyses indiquent que le même système de cellules à capacité d’autorenouvellement est impliqué dans le patterning des domaines musculaires hypaxiaux et épaxiaux de la souris.

Expression des gènes durant les premières divisions de l’oeuf (Sylvie Forlani, Lucile Montfort, Isabelle Henry, Suzanne Capgras) Pour ce qui concerne l’expression des gènes au cours des premiers stades du développement, nos études ont porté sur la mise en évidence des caractéristiques fines de l’appareil transcriptionnel. Il a pu être démontrer que l’activation à distance des promoteurs par les facteurs transcriptionnels n’est mise en place que tardivement alors que la permissivité transcriptionnelle est rétablie dès la fin du stade 1-cellule. Comme l’activation à distance ne fonctionne plus dans les derniers stades de maturation de l’ovocyte, il semble que la mise au repos transcriptionnel de l’ovocyte mur implique une propriété bloquante générale mais qui épargne les régions promotrices proprement dites. Cette propriété bloquante est héritée maternellement et agit en trans sur le pronoyau mâle. La levée de ces blocages se fait par un processus lié à la réplication de l’ADN. Cela suggère que différenciation et division cellulaires sont co-controlées au début du développement. Peut-être est-ce pour diminuer l’éventualité d’une différenciation prématurée de l’embryon qui entrainerait sa léthalité. Nous avons aussi analysé en détail l’état transcriptionnel des génomes parentaux dans les lignées germinales mâle et femelle. Nous proposons qu’au cours de la gamétogenèse des événements épigénétiques se produisent qui ont des conséquences sur l’expression des gènes dans l’embryon.

Mots-clés : transgenic mice, transgenesis, génic expression, development, central nervous system, muscle system.

Personnel de l'unité

Secrétariat de l'unité

KAMEL Françoise, IP

Chercheurs de l'unité

CHOULIKA André, IP
NICOLAS Jean-François, INSERM
HENRY Isabelle, INSERM
HERBOMEL Philippe, CR1 CNRS

Stagiaires de l'unité

FORLANI Sylvie, thèse
MATHIS Luc, thèse
ELOY Sophie, thèse
MONTFORT Lucile, Thèse
SIEUR Johan, thèse

Autre personnel de l'unité

CAPGRAS Suzanne, IP
FAUCHER Sylvie, IP
MARIETTE Christine, IP

Publications de l'unité

Mathis, L. et Nicolas, J.F.
Autonomous cell labelling using LaacZ reporter transgenes to produce genetic mosaics during development. In "Microinjections and transgenesis. Strategies and protocols". 1998. A. Cid et A. Garcia Carranca Editors. Laboratory Manual Series. Springer-Verlag. 439-458.

Forlani, S., Montfort, L. et Nicolas, J.F. Application of transgenes and transgenic mice to study gene activity from the oocyte to the early embryo. In "Microinjections and transgenesis. Strategies and protocols". 1998 .A. Cid et A. Garcia Carranca Editors. Laboratory Manual Series. Springer-Verlag. 369-412.

98040561
98147784
98337834

Delouis, C., Forlani, S. et Julé, S.
Répression du génome de l’embryon : comment, pourquoi ? 1998. Bull Acad Vet de France. 1998. 70, 161-169.

Eloy-Trinquet, S., Mathis, L., and Nicolas, J.F. Tracing retrospectively the developmental lineage of myotome in the mouse. Curr Top Dev Biol. 1999. 47, 33-80.

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