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     Génétique Moléculaire de la Morphogénèse


  Responsable : ROBERT, Benoît (brobert@pasteur.fr)


  resume

 

Notre laboratoire étudie les mécanismes de l'induction embryonnaire chez les vertébrés. Nous analysons en particulier le rôle des gènes à homéoboîte Msx1 et Msx2, qui sont exprimés dans des régions d'induction, dans la transduction de signaux de différentes voies de signalisation (BMP, WNT…), à l'aide de mutants de souris que nous avons produits. Nous analysons également les relations entre l'expression de ces gènes et la plasticité cellulaire, dans la perspective d'isoler des cellules souches somatiques.



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Introduction

Le laboratoire de Génétique moléculaire de la Morphogenèse se consacre à l'étude des mécanismes d'induction à l'œuvre dans l'organogenèse, en particulier dans l'émergence et la morphogenèse du membre et dans la formation de la ligne médiane dorsale du tube neural, chez les vertébrés. Ce travail repose essentiellement sur les propriétés et la fonction des gènes à homéoboîte Msx1 et Msx2. Ces gènes sont exprimés intensément dans des régions d'induction entre ectoderme et mésoderme. Nous avons inactivé Msx1 et Msx2 par insertion du gène rapporteur nlacZ à chacun des deux locus, ce qui permet de suivre leur expression pendant le développement de l'embryon et de mieux cerner les phénotypes mutants. Les mutants de Msx1 présentent à la naissance des défauts des dérivés du premier arc branchial (maxillaire, mandibule, bourgeons dentaires), qui sont létaux ; les mutants de Msx2 sont viables et fertiles, mais leurs follicules pileux sont altérés et ils perdent leur pelage. Ces phénotypes confirment l'implication des gènes Msx dans la transduction de signaux inducteurs.

Rôle des gènes de la famille Msx dans la morphogenèse du membre (Yvan Lallemand, Marie-Anne Nicola).

Ni la mutation de Msx1 ni celle de Msx2 n'affectent le développement du membre, mais le double mutant à l'état homozygote présente des déficiences graves. Les membres sont plus courts et les éléments antérieurs du squelette (comme le radius ou le tibia) manquent. Au niveau de l'autopode, la situation est plus complexe: souvent, les éléments antérieurs (tel le pouce) font défaut, mais on observe régulièrement une polydactylie paradoxale. Plus tardivement, la régression des membranes interdigitales ne s'observe pas. Nous avons décrypté ce phénotype complexe et concluons que tous ces défauts peuvent être reliés à des altérations de la voie de signalisation BMP4, qui joue de multiples rôles dans la morphogenèse du membre. Au stade précoce, elle participe à la mise en place de la polarité dorso-ventrale du membre, qui elle même est requise pour la formation de la crête apicale ectodermique. Celle-ci est indispensable à la croissance du membre et à la formation des différents éléments du squelette; chez le mutant Msx1:Msx2, elle ne se forme pas antérieurement, ce qui explique les déficiences antérieures dans le membre. Secondairement, BMP4 constitue le signal qui met fin à l'activité de la crête apicale ectodermique et à la croissance proximo-distale du membre. Ceci explique, au moins en partie, la prolifération excessive de l'autopode et l'apparition d'une polydactylie. Notre analyse des mutations des gènes Msx contribue à une intégration des phénomènes inducteurs dans la formation du membre.

Rôle des gènes de la famille Msx dans la formation de la ligne médiane dorsale du tube neural (Antoine Bach, Yvan Lallemand, Mathilde Maufras).

Les gènes Msx1 et Msx2, ainsi que Msx3, sont aussi exprimés dans la ligne médiane dorsale du tube neural. Chez le mutant de Msx1, l'organe sub-commissural, structure épendymaire sécrétrice au niveau de la commissure postérieure du diencéphale, est absent, ce qui conduit à une hydrocéphalie. Nos investigations montrent qu'en fait, c'est la totalité du toit du diencéphale qui est affectée. En l'absence de Msx1, plusieurs facteurs de signalisation normalement exprimés dans la ligne médiane dorsale (BMP, WNT,...) manquent, ce qui conduit à la répression de gènes exprimés plus latéralement. MSX1 est donc un facteur essentiel pour le fonctionnement de la ligne médiane du diencéphale comme centre de signalisation. L'analyse des phénotypes précoces et du double mutant Msx1/Msx2 montre que ces gènes sont requis pour l'expression de Wnt1, qui code une fonction essentielle pour la prolifération cellulaire dans les structures dorsales du tube neural. Nos observations indiquent que, à ce site également, les gènes Msx pourraient être impliqués dans la transduction des signaux d'induction entre ectoderme et neurectoderme.

Les MSX sont des facteurs de transcription qui portent une séquence de liaison à Groucho, un cofacteur qui conduit à la répression active dans la transcription. Nous avons mis en évidence une liaison de MSX1 à GRG3, l'un des homologues de Groucho chez la souris. Des analyses préliminaires suggèrent que le site de fixation à Groucho dans MSX1 doit être fonctionnel pour l'activation de Wnt1 dans le tube neural, et que MSX1 doit être engagé dans une liaison avec un des GRG pour cette fonction.

L'expression de Msx comme signature d'un état de plasticité cellulaire (Marie-Anne Nicola; en collaboration avec Didier Montarras, Unité de Génétique moléculaire du Développement).

Au cours du développement, les gènes Msx sont exprimés aux sites d'induction dans des cellules mésenchymateuses qui prolifèrent et peuvent donner naissance à plusieurs lignages cellulaires (os, tendon, derme...). Ils sont également induits dans les blastèmes de régénération chez les amphibiens. Des travaux récents montrent que leur expression forcée dans des myotubes différenciés conduit ceux-ci à se fragmenter, entrer en prolifération et redonner, dans des conditions appropriées, des dérivés de plusieurs lignages. Ces propriétés suggèrent que l'expression de ces gènes peut être liée à un état de plasticité cellulaire caractéristique des cellules souches pluripotentes. Grâce au gène rapporteur nlacZ introduit dans Msx1 et Msx2, nous avons observé l'expression de ces gènes dans des cellules éparses chez la souris adulte, en particulier dans les vaisseaux sanguins. Les cellules vasculaires mises en culture prolifèrent tout en continuant à exprimer Msx2 et simultanément, des marqueurs de deux lignages distincts, endothélium et muscle lisse. Ce travail se développe dans le cadre du GPH "cellules souches", récemment mis en place à l'Institut Pasteur.

Mots-clés: Induction embryonnaire, organogenèse, système nerveux central, signalisation intercellulaire, hydrocéphalie, plasticité cellulaire



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  personnel

  Secrétariat Chercheurs Stagiaires Autre personnel
  Croullebois, Elisabeth (celisa@pasteur.fr) Robert, Benoît, Institut Pasteur (Chef de Laboratoire, brobert@pasteur.fr)

Lallemand, Yvan, Institut Pasteur (Chargé de Recherche, yvanlal@pasteur.fr)

Bach, Antoine, Étudiant de thèse, Université de Paris XI

Maufras, Mathilde, Etudiante de DEA, Université Paris VI

Nicola, Marie-Anne (Ingénieur Institut Pasteur, manicola@pasteur.fr)

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