Fonction et interaction entre plusieurs gènes impliqués dans les syndromes de Waardenburg et de Mowat-Wilson

par Laure Stanchina

Thèse de doctorat en Aspect moléculaire et cellulaire de la biologie

Sous la direction de Michel Goossens.

Le jury était composé de Michel Goossens, Jeanne Amiel, Nadège Bondurand, Pascal De Santa Barbara, Sylvie Dufour.


  • Résumé

    Les cellules de la crête neurale se caractérisent par leur capacité de migration dansl’embryon et la variété des types cellulaires qu’elles sont capables de générer (mélanocytes,système nerveux entérique (SNE) et périphérique). Chez l’homme, plusieurs maladiescongénitales affectant des organes et tissus divers, ont pour origine une anomalie demigration, prolifération, survie ou différenciation de ces cellules. Au laboratoire, nousétudions deux d’entre elles, le syndrome de Waardenburg-Hirschsprung (WS4- anomalie depigmentation, surdité et maladie de Hirschsprung (HSCR : anomalie entérique)) et lesyndrome de Mowat et Wilson (MWS – retard mental sévère, dysmorphie faciale avec ousans HSCR). A l’heure actuelle, quatre gènes ont été impliqués : l’endothéline 3 (EDN3) etson récepteur à sept domaines transmembranaires EDNRB et les deux facteurs de transcriptionZEB2 et SOX10. Au cours de ma thèse, nous avons montré que des délétions de SOX10 sontégalement responsables de 15% des cas de WS2 (défauts de pigmentation et surdité sansHSCR), élargissant le spectre des phénotypes liés à une mutation au sein de ce gène(Bondurand, Dastot-Le Moal, Stanchina et al. Am. J Hum. Genet, 2007).Parallèlement à ces études génétiques, nous avons souhaité mieux définir la fonction et lesinteractions entre les différents gènes impliqués dans le WS4 (SOX10, EDN3 et EDNRB).Pour cela, nous avons croisé les modèles murins invalidés pour ces gènes, et comparé lephénotype des simples et doubles mutants. A travers cette analyse phénotypique, nous avonsdémontré qu’une interaction entre ces molécules est nécessaire au développement normal duSNE et des mélanocytes dérivés de la crête neurale. En effet, par rapport aux simples mutants,les doubles mutants Sox10;Edn3 et Sox10;Ednrb présentent une augmentation de ladépigmentation, et une forte aggravation du phénotype entérique. Le suivi du devenir descellules formant le SNE au cours du développement nous a permis de montrer quel’aggravation du phénotype entérique est due à une diminution du pool de cellulesprogénitrices par apoptose (Stanchina et al. 2006).Dans la continuité des travaux déjà réalisés, nous avons voulu améliorer notrecompréhension du rôle joué par le gène du MWS : ZEB2, et étudier ses interactions avec lesgènes du WS4. Dans un premier temps, nous avons analysé l’effet de l’expression constitutiveou l’inhibition de ce facteur sur la survie, prolifération et différenciation des cellulesprogénitrices du SNE à l’aide d’un système de culture de progéniteurs entériques disponibleau laboratoire. Nos résultats suggèrent un effet répresseur de ZEB2 sur la différenciationneuronale. Ce facteur pourrait donc être nécessaire au maintien du pool de cellulesprogénitrices dans un état indifférencié. Nous avons ensuite étudié les interactions entre ZEB2et les gènes du WS4. Nous avons croisé les souris portant une invalidation du gène ZEB2 avecles souris invalidées pour SOX10 ou portant une mutation de EDN3 ou EDNRB, et démontréqu’une interaction entre ZEB2 et SOX10 est nécessaire au développement normal du SNE. Eneffet, par rapport aux simples mutants, les doubles mutants présentent une forte aggravationdu phénotype entérique, due à une diminution de la prolifération des cellules progénitrices et àune augmentation de la différenciation neuronale. L’analyse phénotype des mutantsZeb2;Edn3 et Zeb2;Ednrb suggère également l’existence d’une interaction entre ces troismolécules, mais l’origine du défaut entérique reste inexplorée.Ces études nous ont permis de mieux appréhender les réseaux moléculaires mis en place aucours du développement du SNE, de comprendre l’origine des anomalies entériques observéeschez les patients, améliorant leur prise en charge.


  • Résumé

    To understand in more details the molecular and cellular bases of hereditary diseases resulting from defects of neural crest (NC) development, we study several neurocristopathies, in particular Waardenburg syndrome (WS – pigmentary abnormalities and hearing loss), and Mowat-Wilson syndrome (MWS, severe mental retardation, facial dysmorphy, with or without HSCR (congenital megacolon)). To date, about ten causative genes have been identified, among which are the seven transmembrane domain receptor EDNRB and its ligand endothelin 3 (EDN3), the two transcription factors SOX10 and ZEB2.We contributed to the research efforts engaged to unravel these disorders. In particular, we identified the first mutations of SOX10 in patients presenting with WS4 (association of WS with HSCR disease) and WS2 (Bondurand, Dastot-Le Moal, Stanchina et al. Am. J Hum. Genet, 2007), and participated to functional studies describing its role during enteric nervous system (ENS) development. More recently, we identified the gene ZEB2 as responsible for MWS. The goal of my thesis was to understand the function of these genes and their interaction during the development of NC and ENS in particular. For this purpose, we combined an in vitro approach (isolation of ENS progenitors) to in vivo experiments (phenotype analysis of simple and double mutant mice). We demonstrated that an interaction between SOX10, EDN3 and EDNRB is necessary for the normal development of the ENS and melanocytes (Stanchina et al. 2006), and then focused our efforts in understanding the function of ZEB2 during the development of the ENS as well as its interactions with WS4 genes. Preliminary results suggest that ZEB2 inhibition accelerates neuronal differentiation in vitro. In the same time, generation of Zeb2;Sox10, Zeb2;Edn3 and Zeb2;Ednrb have been realized. Through phenotype analysis of Sox10;Zeb2 double mutants, we showed that a coordinated and balanced interaction between these two genes is required for normal ENS development. Indeed, double mutants present with more severe ENS defects due to decreased proliferation of enteric progenitors and increased neuronal differentiation from E11.5 onwards. These data revealed that crosstalks between these two transcription factors are crucial for proper ENS development. Analysis of Zeb2;Edn3 and Zeb2;Ednrb double mutant suggest also an interaction between these genes. Future experiments will help us to confirm these results and to determine the cellular and molecular origin of these interactions. These studies will enable us to better apprehend the molecular bases of these diseases, and to understand the origin of the enteric anomalies observed in patients. This knowledge may also help to develop new therapeutic strategies

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