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     Génétique Moléculaire de la Morphogénèse


  Responsable : Benoît ROBERT (brobert@pasteur.fr)


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Notre laboratoire étudie la fonction des gènes à homéoboîte Msx, à l'aide de mutants de souris que nous avons produits. Ces gènes sont impliqués en particulier dans la transduction de signaux moléculaires (BMP, WNT…) à des sites majeurs d'induction embryonnaire (apex du bourgeon de membre, mais aussi ligne médiane dorsale du tube neural). Des données expérimentales suggèrent qu'ils jouent un rôle dans le maintien de la plasticité cellulaire. À travers ces gènes, nous abordons l'étude de mécanismes fondamentaux de l'induction embryonnaire et des propriétés des cellules souches.



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Introduction

Le laboratoire de Génétique moléculaire de la Morphogenèse se consacre à l'étude des propriétés et de 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 double mutants Msx1 : Msx2 ont permis d'étendre considérablement ces analyses. Ces mutants confirment l'implication des gènes Msx dans la transduction de signaux inducteurs 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.

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

Au contraire des simple mutants Msx1 ou Msx2, le double mutant à l'état homozygote présente des déficiences graves des membres. Les éléments antérieurs du squelette (comme le radius ou le tibia) y 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 (photo1). Nous avons montré qu'aux stades précoces, les gènes Msx sont requis pour la spécification de la polarité dorso-ventrale du membre, dans la région antérieure. L'identité dorsale ou ventrale dépend de la signalisation par BMP2, 4 et 7, et les gènes Msx sont requis pour la transduction des signaux BMP. Faute de polarisation dorso-ventrale, la crête apicale ectodermique ne se forme pas dans la région antérieure et en conséquence, la croissance du membre et la formation des différents éléments du squelette est affectée antérieurement chez le mutant Msx1:Msx2. Secondairement, BMP4 constitue le signal qui met fin à l'activité de la crête apicale ectodermique et à la prolifération distale du membre. En l'absence du signal BMP, l'activité de FGF est maintenue, la mort cellulaire abolie ce qui conduit à la prolifération excessive de l'autopode et l'apparition d'une polydactylie antérieure. Les tissus néoformés conservent cependant une identité postérieure, démontrant qu'ils dérivent d'un bourgeon initialement tronqué antérieurement. Ces travaux montrent l'importance des Msx pour transduire les signaux BMP, dans le bourgeon de membre comme à d'autres sites (dent).

Rôle des gènes Msx dans la formation de la ligne médiane dorsale du tube neural (Valérie Borel, Yvan Lallemand, Marie-Anne Nicola).

Les gènes Msx1 et Msx2, ainsi que Msx3, sont aussi exprimés dans la ligne médiane dorsale du tube neural. Nous avons montré précédemment que, chez le mutant Msx1, la totalité de la ligne médiane du diencéphale est affectée et perd son identité, corrélativement à l'interruption de la signalisation par WNT1. Chez le double mutant Msx1 : Msx2, ces défauts s'étendent au mésencéphale et s'accompagnent souvent d'exencéphalie. Au contraire, au niveau de la moelle épinière, la ligne médiane dorsale est conservée et même contient des cellules surnuméraires. En première analyse, ces cellules sont maintenues par déficit d'apoptose. Les gènes Msx seraient donc nécessaires à la mort programmée à ce niveau. Grâce au gène rapporteur nlacZ, nous pouvons suivre le destin des cellules qui forment la ligne médiane, dont l'identité est mal connue, ce qui devrait nous permettre d'analyser le rôle des Msx dans la formation et le maintien de cette structure et dans l'acquisition de ses propriétés fonctionnelles.

L'expression de Msx comme signature d'un état de plasticité cellulaire (Olivier Goupille; en collaboration avec Didier Montarras, Unité de Génétique moléculaire du Développement et Ana Cumano, Unité du Développement des Lymphocytes).

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 l'expression forcée de Msx1 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 des gènes Msx 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 et la ligne médiane du tube neural. Par analyse clonale, nous avons montré que les cellules vasculaires isolées donnent naissance à des populations qui expriment simultanément des marqueurs de deux lignages distincts, endothélium et muscle lisse, ce qui atteste de leur pluripotence. Ce travail se développe dans le cadre du GPH "cellules souches", récemment mis en place à l'Institut Pasteur.

Légende : Photo 1: Bourgeons de membres (1, 2) d'un embryon double mutant homozygote Msx1:Msx2 (DH) ou (3) d'un embryon normal à 12,5 jours de développement. Sur un même embryon, le membre (ici, tous membres postérieurs) peut présenter une polydactylie (1, patte gauche, 6 ébauches de doigts) ou une oligodactylie (2, patte droite, 4 ébauches). La polydactylie est toujours antérieure (A). Noter que les membres du mutant sont plus petits, les cartilages des doigts mal individualisés et que, la plupart du temps, le tibia manque (2, astérisque).

Mots-clés: Induction embryonnaire, organogenèse, bourgeon de membre, système nerveux central, signalisation intercellulaire, plasticité cellulaire, cellules souches



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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)

Borel, Valérie, étudiante de Master 1 (Université de Clermont-Ferrand)

Goupille, Olivier, stagiaire post-doctoral Institut Pasteur (ogoupi@pasteur.fr)

Saint Cloment, Cécile, Institut Pasteur (Technicienne Supérieure, ccloment@pasteur.fr)

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