Induction et différenciation au cours du développement embryonnaire des vertébrés

Notre équipe s'intéresse à la compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires qui contrôlent le développement chez les embryons de vertébrés et les dérégulations de ces processus associées à l’émergence de maladies humaines. Nous focalisons nos recherches sur deux aspects: 1) la régulation post-transcriptionnelle de la différenciation de cellules musculaires par les protéines de liaison à l’ARN et 2) le rôle de la signalisation Wnt/T-cell Factors (TCF) dans l’émergence des niches de cellules souches neurales.

Nos recherches se concentrent sur l’analyse des réseaux de régulation génique qui coordonnent la différenciation cellulaire chez les embryons de vertébrés. Nous utilisons le zebrafish et le Xenope comme modèles, qui sont parfaitement complémentaires et adaptés aux analyses in vivo et in vitro par des approches à grande échelle en biologie cellulaire et moléculaire, biochimie, et biologie expérimentale. Notre objectif est de mettre en évidence les événements communs qui s’opèrent au cours du développement précoce et dans les pathologies humaines. Les projets s’orientent autour de deux axes principaux.

  1. Le contrôle post-transcriptionnel de l'expression génique orchestré par les protéines de liaison à l'ARN joue un rôle essentiel dans de nombreux processus physiologiques et pathologiques. La protéine RBM24 (RNA-Binding Motif Protein 24) est spécifiquement exprimée dans les muscles et les organes sensoriels des embryons de vertébrés, avec une localisation subcellulaire très dynamique. Nous concentrons nos recherches sur l’identification des ARNs cibles et partenaires protéiques de RBM24 afin d’élucider les mécanismes moléculaire et biochimique de son implication dans la différenciation et la régénération de cellules musculaires (Responsable du projet: Raphaëlle Grifone).
  2. L'identification et l'analyse fonctionnelle de facteurs clés qui modulent l'activation et/ou la répression de la signalisation Wnt dans les embryons de vertébrés. Nous nous intéressons plus spécifiquement aux régulateurs des TCF qui jouent un rôle prépondérant dans la sortie irréversible d’un état de multipotence et aux facteurs de transcription à homéodomaine de type BarH (BARHL1/2), BARHL2 fonctionnant comme un inhibiteur irréversible de la transcription dépendante de Wnt/TCF. Nous travaillons aussi sur une fonction non létale de la Caspase-3 qui module la signalisation Wnt canonique dans le développement neural (Responsable du projet: Béatrice Durand).

En savoir plus...

La différenciation cellulaire est un processus fondamental au cours du développement chez les organismes multicellulaires. Sa dérégulation perturbe le développement normal et entraîne l’apparition de diverses pathologies. Dans ce contexte, les projets de notre équipe ont pour objectifs de comprendre les mécanismes qui contrôlent la différenciation de cellules embryonnaires à l’origine de muscles squelettiques et l’émergence des niches de cellule souches dans le système nerveux. En particulier, nous nous intéressons aux rôles des protéines de liaison à l'ARN et de la signalisation Wnt dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle de l’expression génique au cours de la différenciation de cellules musculaires et neurales.

  1. · La régulation post-transcriptionnelle de l'expression génique par les protéines de liaison à l'ARN (RBPs) joue un rôle clé dans de nombreux processus physiologiques et pathologiques. Du fait de leur importance dans le maintien de l’homéostasie tissulaire, un nombre croissant de maladies chez l’homme est associé à une dérégulation de la biogenèse des ARNs par les RBPs, comme les maladies neurodégénératives et différents types de cancers. L’expression de la protéine RBM24 dans les muscles et les organes sensoriels est particulièrement conservée chez tous les vertébrés. Nous avons démontré qu’elle représente un régulateur essentiel de la différenciation cellulaire, et sa perte de fonction perturbe sévèrement le développement musculaire. Notre objectif est d’identifier les gènes cibles et les partenaires protéiques de RBM24 au cours de la différenciation myogénique, afin de comprendre son implication dans les processus de différenciation et régénération.
  2. · Au cours du développement embryonnaire, les cellules souches/progénitrices perdent progressivement leur multipotence. Le processus d'engagement/différenciation est unidirectionnel, et il est empêché de revenir en arrière par des verrous moléculaires. Il est essentiel de comprendre les événements transcriptionnels et épigénétiques qui se produisent derrière ces verrous dans les cellules souches/progénitrices; lorsqu'ils sont corrompus, ils favorisent l'émergence de tumeurs et leur propagation. La signalisation Wnt est impliquée dans de nombreux processus biologiques, incluant la formation de l'axe embryonnaire, la prolifération, différenciation et migration cellulaire, et l'établissement de la polarité cellulaire. Sa dérégulation est responsable de diverses maladies humaines telles que les cancers. Dans les blastomères et les cellules souches embryonnaires de rongeurs, la stabilisation de la répression par le TCF inhibe l'auto-renouvellement et réprime l'état de pluripotence. La lèvre rhombique cérébelleuse (cRL) génère la plus grande population de neurones du cerveau: les neurones granulaires. La cRL est à l'origine du médulloblastome (MB), la tumeur cérébrale maligne la plus courante chez l'enfant. Un autre projet de l'équipe concerne l'identification et l'analyse fonctionnelle des facteurs clés qui modulent l'activation et/ou la répression de la signalisation Wnt/TCF au cours du développement du tissu neural et spécifiquement du rôle des TCF et de leur régulateur les BARHLs dans le contrôle du switch prolifération/engagement identitaire des cellules progénitrices du cervelet. Nous étudierons aussi la fonction non létale de la Caspase-3 qui module la signalisation Wnt/ß-caténine.

Résultats importants

  • La protéine Dishevelled (Dvl) est impliquée dans la transduction des signaux Wnt canonique et non-canonique, mais le mécanisme demeure très peu connu. En outre, son rôle dans l'activation de la signalisation Wnt/ß-caténine maternelle et dans la mise en place de structures dorsales de l’embryon a été largement énigmatique. Nous avons démontré que l’extrémité carboxy-terminale de Dvl régule l'activation de la signalisation Wnt canonique versus non-canonique, et que la fonction de Dvl maternelle est dispensable pour la formation de l'axe dorsal de l’embryon, mais indispensable pour les mouvements cellulaires (Elife 2016; Nat Commun 2017; J Biol Chem 2017; PloS Genet 2018).
  • Le facteur de transcription à homéodomaine de type BarH (BARHL2) est très bien conservé au cours de l'évolution. Nous avons démontré qu'il agit comme un répresseur transcriptionnel dans la voie de signalisation Wnt via son interaction avec Tcf7l1, Groucho et l’histone déacétylase 1 (Hdac1), ce qui entraine la formation de structures de chromatine répressives régionalisées et héréditaires (Development 2019).
  • Les Caspases possèdent des activités non-apoptotiques qui sont tout aussi importantes que leur fonction dans l'apoptose. Dans le neuroépithélium du cerveau antérieur, nous avons montré que la Caspase-3, l'un des principaux composants de la cascade apoptotique, agit en parallèle ou en aval de Barhl2 pour limiter l'activité de la voie Wnt/ß-caténine, et fonctionne ainsi comme une barrière à la prolifération. Ce rôle de Caspase-3 ne dépend pas de sa fonction d'effecteur d'apoptose (PNAS 2011).
  • La dérépression transcriptionnelle et la régulation post-traductionnelle de l'expression génique jouent un rôle important dans la tumorigenèse, mais leur fonction au cours du développement n’a pas été élucidée. Nous avons démontré que XDSCR6, un gène localisé dans la région critique du syndrome de Down (trisomie 21), régule la formation du mésoderme et de l'axe embryonnaire en bloquant la fonction des protéines du groupe polycomb (PcG), incluant Ezh2. De plus, nous avons montré que XDSCR6 et Ezh2 sont d'importants régulateurs de l'activité transcriptionnelle de Stat3 dans la régionalisation du mésoderme au cours du développement précoce (Development 2013; J Biol Chem 2020).
  • L’expression de la protéine de liaison à l'ARN RBM24 dans les muscles et les organes sensoriels est particulièrement conservée chez les embryons de vertébrés. L’analyse de la localisation subcellulaire révèle qu’elle est présente essentiellement dans le compartiment cytoplasmique des myoblastes entrant dans le programme de différenciation, mais s’accumule dans les noyaux des fibres musculaires matures. Nous avons montré qu'il représente une cible directe de MyoD et qu'il est nécessaire à la différenciation myogénique. De plus, elle interagit avec le complexe de la polyadénylation cytoplasmique pour réguler l’efficacité de la traduction des ARNm codant pour les protéines cristallines pendant la différenciation du cristallin (Mech Dev 2010, 2014; Dev Dyn 2018; PNAS 2020).

Projets

Basé sur nos résultats obtenus ces dernières années, nous allons focaliser nos recherches sur les aspects suivants :

  1. Rôle de RBM24 dans la différenciation myogénique. La régulation transcriptionnelle de la myogenèse a été largement étudiée, mais le contrôle post-transcriptionnel de ce processus est encore très peu connu. Pour comprendre le mécanisme post-transcriptionnel impliquant RBM24 dans la différenciation myogénique, nous effectuerons une analyse à grande échelle des événements régulés par RBM24 pendant la myogenèse, incluant l'expression, la polyadénylation, la stabilité et l'efficacité de la traduction des ARNm spécifiquement exprimés dans les cellules musculaires. Nous identifierons également de nouveaux partenaires qui interagissent avec RBM24 et déterminerons l'interaction fonctionnelle entre RBM24 et le complexe de polyadénylation cytoplasmique dans l’homéostasie de la synthèse protéique au cours de la différenciation musculaire (R Grifone).
  2. Rôle de BARHLL2 et des facteurs TCFs dans l’émergence des niches de cellules souches du cervelet. Dans le système nerveux, les facteurs de transcription TCF sont impliqués dans l'engagement irréversible des cellules souches/progénitrices vers un destin neural. Nous étudions le rôle des facteurs de transcription BARHL1/2 cibles directes du facteur ATOH1 dans la biologie des cellules souches/progénitrices du cervelet, à l'origine d'une tumeur cérébrale maligne chez l'enfant: le médulloblastome (B Durand).
  3. Rôle de la CASPASE-3 dans la prolifération et différenciation neuroépitheliale. L'activité non létale de la Caspase-3 module la voie de signalisation Wnt canonique pendant le développement neural chez les vertébrés. L'objectif du projet est d'étudier la régulation de l'activité non létale de CASPASE-3 par la protéine XIAP (X-linked Inhibitor of Apoptosis Protein), afin de moduler la fonction de TCF dépendante de Wnt dans la prolifération neuroépithéliale et la différenciation du cerveau antérieur (B Durand).

Collaborations

  1. Utilisation de l’approche CRISPR/Cas9 pour générer des mutants de zebrafish dans l’analyse de la régulation post-transcriptionnelle - School of Life Science - Shandong University - Qingdao, China.
  2. Analyse transcriptomique - Institut Curie - U1021, Orsay, France.

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