Institut Pasteur Rapport d'activité de l'unité Biologie moléculaire du Développement pour l'année 1999

CNRS URA 1947


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

Résumé du rapport

  1. Les structures de l’embryon mettent en place progressivement le plan de formation de l’organisme. Nous étudions cet aspect du développement en suivant les propriétés de clones cellulaires (marqués génétiquement). Nous avons établi quelles sont les opérations cellulaires qui accompagnent la mise en place des structures du stade phylotypique à l’origine du système nerveux central et du système musculaire.
  2. La chromatine subit de profondes modifications au cours du développement. Pour évaluer in vivo le potentiel répressif des méthyl CpG, des molécules appauvries ou dépourvues de CpG ont été construites à partir du gène rapporteur LacZ. Leur expression au cours du développement dépend de leur contenu en CpG et du stade considéré.

Abstract

  1. Embryonic structures progressively produce the body plan of the organism. We study this aspect of development by following the properties of cellular clones (labelled genetically). We have established what are the major cellular operations involved in the establishment of the structures of the phylotypic stage at the origin of the central nervous system and of the muscular system.
  2. The chromatin undergoes major modifications during development. To evaluate in vivo the repressive potential of methyl CpG, molecules partially or completely depleted of CpG have been engineered from the LacZ reporter gene. Their expression during development depends of their CpG content and of the stage.

Texte du rapport

Mise en place des territoires de l’embryon

La méthode d’analyse clonale par marquage génétique des cellules ancestrales du système nerveux central (SNC) d’une part et du système musculaire d’autre part a été exploité pour obtenir une description de la base cellulaire du développement de ces structures.

Pour le SNC, les études ont porté sur l’organisation clonale en relation avec le découpage du tube neural en grandes régions puis en neuromères. Nous avons établi que deux périodes successives caractérisent la mise en place des précurseurs du SNC : une période de dispersion antéro-postérieure très importante des précurseurs qui s’applique au cerveau comme à la moelle épinière ; une période de croissance locale des précurseurs formant des groupes généralement orientées dorso-ventralement. Contre toute attente, ces groupes restreints antéro-postérieurement délimitent des territoires plus petits que les neuromères. Un arrêt général de la dispersion cellulaire antéro-postérieure précède donc la segmentation du tube neural et la formation des frontières interneuromériques. Ces modifications dans le comportement des cellules impliquent des gènes non encore caractérisés.

L’analyse des modes de production des précurseurs du système nerveux central a révélé une différence majeure entre la partie antérieure (cerveau) et la partie postérieure (moelle épinière). Alors qu’un mode de production de type prolifératif-cohérent caractérise la partie antérieure, c’est un mode de production de type asymétrique-dispersif qui caractérise la partie postérieure du système nerveux. Le pool de cellules permanentes à l’origine du mode asymétrique-dispersif est probablement localisé dans les régions latérales du noeud dont il accompagne la régression au cours de la mise en place des territoires de l’axe de l’embryon entre E7 et E9. L’ensemble de ces observations a été replacé par rapport au découpage génétique qui, lui aussi, distingue l’avant (organisé par l’endoderme viscéral) et l’arrière (organisé par le noeud) du SNC.

Pour ce qui concerne le système musculaire, l’analyse du myotome aux jours E11,5 et E12,5 a visé à comprendre l’organisation dorso-ventrale (médio-latérale) de la structure. Les résultats indiquent que le pool de précurseurs du myotome présente une certaine régionalisation avant sa latéralisation. En particulier, il présente une cohérence selon les futurs axes longitudinaux et dorso-ventraux. Cette cohérence cellulaire favorise probablement, tout comme dans le système nerveux, l’émergence plus tardive du découpage génétique.

Expression des gènes et structure de la chromatine

Pour ce qui concerne ce premier thème, les expériences ont porté sur l’importance de la méthylation des CpG (cibles de complexes capables de modifier la structure de la chromatine) des gènes sur leur expression. Pour évaluer in vivo le potentiel répressif des méthyl-CpG, des molécules appauvries (52 sites) en (LagZ) ou dépourvues (2 sites) de (LagoZ) CpG ont été construites par mutagenèse dirigée à partir du gène LacZ très riche en CpG (291 sites). Après avoir montré que l’absence de CpG sur l’intégralité des 3 kb de la partie codante du gène LagoZ (situation inconnue dans les génomes) est compatible avec son maintien et son expression dans les cellules de l’embryon, nous avons produit des lignées de souris E1F LagZ et E1F LacZ. E1F est un promoteur d’un gène dépourvu de spécificité tissulaire. Nous avons ainsi montré qu’aux périodes d’hypométhylation durant le développement, les transgènes LacZ et LagZ sont tous deux exprimés mais qu’aux périodes d’hyperméthylation, comme par exemple, après l’implantation de l’embryon, seul le transgène LagZ est exprimé. C’est pour la première fois la preuve d’une modification de l’expression d’un gène dans l’organisme, due au système de contrôle négatif CpG-dépendant. Ceci étant établi, nous avons ensuite analysé quand, au cours de la gamétogenèse et du développement de l’embryon, la méthylation des CpG est érasée et quand elle est rétablie. Cela nous a permis de démontrer que le gène LacZ présente une expression différentielle selon l’origine parentale dans les premiers stades du développement qui est complètement abolie avec le gène LagZ. Outre que ces expériences établissent définitivement qu’à partir de certains seuils, la méthylation des gènes est fortement répressive, elles suggèrent aussi que, plus généralement, l’activité génique résulte d’une balance entre effets répressifs généraux liés à la structure de la chromatine et effets activateurs spécifiques. L’étude des souris transgéniques E1F LagoZ récemment produites a commencé.

Mots-clés : Cell lineage ; central nervous system ; clonal analysis ; CpG methylation ; neuromere ; paraxial mesoderm ; preimplantation embryo ; segmentation.

Personnel de l'unité

Secrétariat de l'unité

KAMEL Françoise, IP

Chercheurs de l'unité

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

Stagiaires de l'unité

ELOY Sophie, thèse
MONTFORT Lucile, Thèse
SIEUR Johan, thèse
CARVALHO Theresa, DEA
HAUMAITRE Cécile, licence

Autre personnel de l'unité

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

Publications de l'unité

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