La fonction de résorption des ostéoclastes : mécanismes cellulaires et implication au cours du développement osseux

par Heiani Touaitahuata

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Anne Blangy et de Géraldine Pawlak.

Le président du jury était Stephen Baghdiguian.

Le jury était composé de Anne Blangy, Géraldine Pawlak, Stephen Baghdiguian, Georges Carle, Luc Malaval, Pierre Jurdic.

Les rapporteurs étaient Georges Carle, Luc Malaval.


  • Résumé

    L'os est un tissu dynamique résultant de l'équilibre entre l'activité de résorption des ostéoclastes (OCs) et l'activité de formation des ostéoblastes. Cette fonction ostéoclastique se met en place à l'intérieur de la zone de scellement qui est formée à travers une profonde réorganisation du cytosquelette médiée par la GTPase Rho, Rac1. Récemment, le laboratoire a démontré l'implication essentielle de Dock5, un facteur d'échange de Rac1, dans la formation de la zone de scellement et consécutivement, dans la dégradation du tissu osseux. En effet, les analyses des OCs matures issus de souris Dock5-/- différenciés sur support minéralisé, montrent une diminution importante du nombre de cellules présentant cette structure. Ce résultat est corrélé à la diminution drastique de la surface des lacunes de résorption formées par les OCs Dock5-/-. De plus, les études in vivo révèlent une augmentation de la masse de l'os trabéculaire des souris Dock5-/- adultes.Dans ce contexte, d'une part, nous avons analysé la voie de signalisation de Dock5 et de ces partenaires impliqués dans cette réorganisation du cytosquelette d'actine. Nos études protéomiques nous ont conduit à porter un intérêt plus particulier à la Tensine3 (Tns3), une protéine d'adhésion. Le domaine END de la Tns3 interagit avec Dock5 et nous avons localisé ces deux protéines au niveau de la ceinture de podosomes des OCs matures. De plus, nous avons montré que l'inhibition de la Tns3 perturbe l'organisation de la ceinture de podosomes des OCs et que la coexpression de la Tns3 et de Dock5 augmente le niveau de Rac1 actif dans les cellules HEK293. L'ensemble de nos résultats suggèrent, à travers son rôle de recruteur et d'activateur de Dock5, une importante implication de la Tns3 dans l'organisation de la ceinture de podosomes dépendante de Dock5.D'autre part, pour déterminer le stade développemental à partir duquel la fonction de résorption des OCs est nécessaire au développement normal de l'os, nous avons effectué des analyses histologiques sur les souris Dock5-/- durant l'ossification endochondrale. Nos données démontrent que l'activité de résorption des OCs n'est pas impliquée dans la dégradation du tissu cartilagineux minéralisé. Notre modèle d'étude, les souris Dock5-/-, nous a permis de dissocier l'implication de l'activité de résorption des OCs de la fonction de la métalloprotéase 9 (MMP9) ostéoclastique. La MMP9 ostéoclastique est un acteur crucial de la physiologie du cartilage hypertrophique durant le processus d'ossification endochondrale. Nos études sur l'os trabéculaire révèlent que l'activité de résorption des OCs devient essentielle à 7 jours de développement post-natal pour dégrader l'os minéralisé. L'ensemble de nos résultats suggèrent pour la première fois une implication spatiale et temporelle, complémentaire de l'activité de résorption des OCs et de la fonction MMP9 ostéoclastique durant le développement endochondral.

  • Titre traduit

    Resorption function of osteoclasts : Cellular mecanisms and implication during bone development


  • Résumé

    Bone is a dynamic tissue resulting from the bone resorption activity of osteoclasts (OCs) compensated by the bone formation activity of osteoblasts. This osteoclastic function takes place inside a structure called sealing zone. It is formed through a deep actin cytoskeleton remodeling involving the RhoGTPase Rac1. Recently, the laboratory demonstrated the essential implication of Dock5, a Rac1 exchange factor, in establishing the sealing zone and consequently in bone degradation. Indeed, in vitro analyses of OCs differentiated from Dock5-/- mice show an important decrease of cells having a sealing zone. This result is correlated with a drastic diminution of resorption pits surface as compared to control OCs. In addition, in vivo studies revealed an increase of Dock5 -/- adult mice trabecular bone mass. In this context, on one hand, part of my work was to investigate the signaling pathway of Dock5 and its partners implicated in this actin cytoskeleton reorganization. Proteomic analysis led us to focus our interest on Tensine3 (Tns3), an adhesion protein. We defined the END domain of Tns3 as a Dock5 interaction domain and localized these two proteins in podosomes belt of mature osteoclasts. Moreover, we shown that silencing of Tns3 disturbed podosomes belt organization of osteoclasts and that coexpression of Tns3 and Dock5 increased Rac1 activity in HEK293 cells. Taken together, our results suggest an important implication of Tns3 in Dock5-dependent podosomes belt organization, through a Dock5 localization and a Dock5 activation role.My second aim was to determine the developmental stage from which OCs resorption function is necessary for bone to develop normally. We performed histological analyses of Dock5-/- mouse bone during endochondral ossification. Our analyzes demonstrate that OCs resorption activity is not implicated in mineralized hypertrophic cartilage degradation. Our model of study, the Dock5-/- mice, allowed us to distinguish the implication of OCs resorption activity from osteoclastic metalloprotease 9 (MMP9) function. This led us to define osteoclastic MMP9 as crucial actor in physiology of hypertrophic cartilage during the endochondral ossification process whereas Ocs resorption activity becomes essential at 7 days of post-natal development to degrade mineralized bone. Taken together, our results suggest for the first time, a complementary spatial and temporal implication of resorption activity of OCs and osteoclastic MMP9 function during endochondral development.

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