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Fonctions biologiques et intégration des signaux BMP, FGF, Nodal et Notch au cours de la différenciation et la morphogenèse de l'embryon de xénope, Biological functions and intergration of BMP, FGF, Nodal and Notch signals durinf differentiation and morphogenesis of the xenopus embryo

De
534 pages
Sous la direction de Laurent Kodjabachian
Thèse soutenue le 03 décembre 2010: Aix Marseille 2
Mon travail de thèse a été principalement de comprendre comment les voies de signalisations contrôlent la différenciation et la morphogenèse de l'embryon de vertébré. Les communications entre cellules sont à la base du développement des métazoaires et de leurs évolutions et sont souvent impliquées dans les pathologies humaines. J'ai profité de la puissance des approches fonctionnelles chez le xenope pour essayer de comprendre comment les signaux BMP, FGF, Nodal et Notch sont intégrés dans le temps et l'espace afin de coordonnées différentes décisions cellulaires. Premièrement, nous avons montré que la voie Nodal est active avant la transition mid-blastuléene et permet l'induction du mesedoderme à travers l'auto régulation de l'expression de ces ligands Xnr5 et Xnr6 (Skirkanish et al. soumis à Development). Deuxièmement, j'ai montré que différent ligand de la voie Nodal contrôlent séquentiellement l'induction du mesendoderm et les mouvements de gastrulation (Luxardi et al., Development, 2010). Troisièmement, j'ai montré qu'un cinquième ligand de la voie Nodal, Xnr4, contrôle la régionalisation médio latérale de la plaque neurale ouverte et la neurogenèse. Quatrièmement, nous avons montré qu'une famille de microARN, nir449, contrôle la différenciation des cellules multi-ciliées à travers son action sur un ligand de la voie Notch, Delta-1 (Marcet et al. Nature Cell Biology, en révision). Enfin, j'ai découvert une nouvelle fonction des signaux BMP dans le control de la spécification des épithéliums muco cilié.
-Bmp
-Fgf
-Nodal
-Notch
-Xenopus
-Medoderme
-Endoderme
-Gastrulation
-Cils
-Neural epiderme
My PhD work generally addressed how signaling pathways control differentiation and morphogenesis in the vertebrate embryo. intercellular communication is the basis of metazoan development and evolution and is often involved in human pathologies. I take advantage of the power of functional approaches in the Xenopus embryo, to try and understand how BMP, FGF, Nodal and Notch signals are intragrated in time ans space to coordinate vatious cellular decisions. First, we showed that Nodal signaling is activated before the mid blastula transition and allow mesendoderm induction through the auro regulation of the expression of its ligands Xnr5 and Xnr6 (Skirkanish et al., submitted to development). Second, I have demonstrated that in a gastrulation movements (Luxardi et al., Development, 2010). Third, I have demonstrated that a fifth Nodal ligand, Xnr4, control medio-lateral patterning of the open neural plate and neurogenesis. Froth, we showed that a microRNA family, mir449, controls differenciation of multiciliated cells through the regulation of the Notch ligand Delta-1 (Marcet et al. Nature Cell Biology, in revision). Last, I have discovered a novel function of the BMP pathway in the control of cell type specification within the epidermal mucocialiary epithelium
Source: http://www.theses.fr/2010AIX22122/document
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Université de la Méditerranée – Aix-Marseille II
Faculté des Sciences de Luminy

THESE DE DOCTORAT

Présentée par
Guillaume LUXARDI

Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE AIX-MARSEILLE II
Spécialité : Biologie des Eucaryotes



Fonctions biologiques et intégration des signaux BMP, FGF, Nodal et Notch au
cours de la différenciation et la morphogenèse de l’embryon de xénope.



Soutenue Publiquement le 3 décembre 2010, devant le jury composé de :

Christine VOLA Présidente du jury
Frédéric ROSA Rapporteur
Eric BELLEFROID Rapporteur
Thierry LEPAGE Examinateur
Laurent KODJABACHIAN Directeur de thèse
1 2




« On a toujours cherché des explications quand c’était des representations qu’on pouvait
seulement essayer d’inventer »
Paul Valéry



« Pour Juger des apparences que nous recevons des sujets, il nous faudrait un instrument
judicatoire ; pour vérifier cet instrument, il nous y faut de la demonstration ; pour vérifier la
demonstration, un instrument : nous voilà au rouet »
Montaigne



« It is not birth, marriage, or death, but gastrulation which is truly the most important time in
your life”
« Ce n'est pas la naissance, le mariage, ou la mort, mais la gastrulation qui est vraiment le
moment le plus important dans votre vie »
Lewis Wolpert



3 4 Remerciements


Je tiens tout d’abord à remercier Laurent KODJABACHIAN, mon directeur de thèse, qui m’a
aceuilli dans son equipe et qui m’a permis de réalisé ce travail, qui m’a encadré et parfois
« recadré », et grace à qui j’ai pu m’épanoullir, grandir et progrésser.

Je remercie aussi les membres du jury, Christine VOLA, Frédéric ROSA, Eric BELLEFROID et
Thierry LEPAGE qui ont accepté sans ésitation de juger ce travail.

Merci aussi au membre de mon Comité de thèse, Denis PUTIER et particuliérement Harold
CREMER et Sebastien DARRAS qui m’ont suivant tout au long de cette thèse et qui m’ont
permis d’eprouver mes idées farfelues.

Un grand merci au membre présent et passé de l’équipe, Leslie MARCHAL, Virginie THOME,
PierLuigi SCERBO, Céline GUICHARD, Sabrina BEYER, Laure LO RE, Alexandre ALTIE, Marie
CIBOIS qui m’ont supporté en tant que collègue de travail, collaborateur ou encadrant.

Merci au membre de l’instituts, chercheurs, étudiant et IATOS avec qui j’ai pu interagir et
faire évoluer mes idées.

A ma famille, mes amis, mes collègues, mes enseignant, encadrant et au personnes que j’ai
eu l’occasion de rencontrer sans qui je n’aurais pu arrivé jusque la, qui ont permis la
construction de l’esprit qui m’habite aujourd’huis au travers des diverses influences
consciente ou inconscientes que j’ai pu recevoir.
5 6 A. Introduction générale ............................................................................................23
1. Les communications cellulaires et les voies de signalisations ..................................................... 23
1.1 Mise en évidence des communications cellulaires .................................................................... 25
1.2 Principes généraux des communications cellulaires ................................................................. 29
2. Mécanisme universel du développement animal ....................................................................... 63
3. Le Xénope comme modèle d’étude. .......................................................................................... 95
3.1. Vue d’ensemble des grandes étapes du développement précoce ............................................ 97
3.2. Aspects morphologiques du développement précoce : La segmentation et le stade blastula ... 99
3.3. Aspects moléculaires de la mise en place et de la régionalisation des feuillets germinaux ..... 103
3.4 La gastrulation ....................................................................................................................... 119
3.4.1. Dynamique cellulaire pendant la gastrulation..................................................................... 119
3.4.2 Contrôle moléculaire de la gastrulation ............................................................................... 127
3.4.3 Comparaison du développement précoce des vertébrés ..................................................... 141
3.5 Formation des dérivés neuraux .............................................................................................. 149
3.5.1 La neurulation ..................................................................................................................... 149
3.5.2 Différenciation du système nerveux central ........................................................................ 151
3.5.3 Différenciation et mouvement des crêtes neurales ............................................................. 163
3.6 Différenciation de l’épiderme de xénope, un modèle d’étude des épithéliums muco-ciliaires.
.................................................................................................................................................... 169
B. Résultats .............................................................................................................. 177
1. Stratégie développée pour l’étude des fonctions des voies de signalisation au cours du
développement précoce du xénope. ........................................................................................... 177
1.1 Découvrir de nouvelles fonctions biologiques des voies de signalisation ................................ 179
1.2 Comprendre l'intégration des voies de signalisation pour contrôler un processus biologique . 179
1.3 Intégrer la fonction des voies de signalisation dans le temps et dans l'espace. ....................... 181
2. Étude du transcriptome contrôlé par les voies de signalisation BMP, FGF et Nodal au début de la
gastrulation................................................................................................................................. 183

7


























8 2.1 Procédure expérimentale et analyse statistique .................................................................... 183
Réalisation de l'expérience de puces à ADN: ................................................................................ 183
Normalisation: ............................................................................................................................. 185
Statistique: .................................................................................................................................. 187
Annotation des gènes : ................................................................................................................ 187
Comparaison des gènes significativement dérégulés par les différents traitements entre eux : .... 189
Regroupement des gènes en fonction de leur variation d'expression: ......................................... 191
Le choix des méthodes d’analyse : ............................................................................................... 191
Validation expérimentale et identification de gènes de réponse immédiate : ............................... 193
2.2 Description globale des résultats de l'analyse et de la validation des puces ............................ 195
Les gènes régulés par BMP, FGF et Nodal partagent certaines fonctions cellulaires et se distinguent
par d’autres. ................................................................................................................................ 197
L'activation de la voie BMP dérégule plutôt des gènes neuraux et son inhibition des gènes
épidermiques :............................................................................................................................. 199
Une comparaison directe des conditions où la voie de signalisation est activée ou inhibée est plus
performante qu'une comparaison avec le contrôle: ..................................................................... 199
2.3 Comparaisons des jeux de données de notre expérience entre eux et avec des jeux
publiés. 201
Le SB431542 affecte préférentiellement les gènes connus pour être régulés par Nodal par rapport à
ceux connus pour être régulés par l'Activine : .............................................................................. 201
VegT agit à travers des branches FGF et Nodal : ........................................................................... 203
La voie de signalisation FGF partage certains gènes cibles neuraux avec la voie BMP : ................. 205
Les voies de signalisation FGF et Nodal contrôlent peu de gènes cibles en commun :................... 205
2.4 Etude de chaque groupe, validation et recherche de gènes de réponse immédiate ................ 207
Gènes co-régulés par BMP, FGF et Nodal : CNRIP1, un récepteur aux fonctions inconnues :......... 207
Gènes co-régulés par BMP et Nodal : vers un rôle positif de Nodal sur l’ectoderme : ................... 209



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