Études des voies de signalisation Nodal et BMP dans la mise en place de l'axe dorso-ventral et gauche-droite de l'embryon d'oursin Paracentrotus lividus

Study of Nodal and BMP signaling pathways during the establishment of the dorso-ventral and left-right polarity of Paracentrotus lividus sea urchin embryo

• Auteur / Autrice : Emmanuel Haillot
• Direction : Thierry Lepage
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nice

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expression génique

Oursins

Polarité (biologie)

Biologie du développement

Résumé

La mise en place des axes de polarité antéropostérieur, dorso-ventral et gauche-droite de l’embryon nécessite une communication entre cellules par des molécules de signalisation dont le mode d’action est encore mal compris. Chez l’oursin comme chez les vertébrés, les molécules de la famille TGF-β, Nodal et BMP2/4, sont indispensables pour définir les axes dorso-ventral et droite-gauche de l’embryon. Durant ma thèse, j’ai contribué à la dissection du réseau génétique dorso-ventral en aval des voies de signalisation Nodal et BMP2/4. Nous avons caractérisé l’expression et analysé la fonction des gènes codant pour 18 facteurs de transcription et 8 gènes codant pour des ligands, et défini la relation entre ces gènes. J’ai aussi participé à une étude de fonction du répresseur transcriptionnel Tel, que nous avons identifié comme un régulateur majeur de l’expression spatiale de Nodal, en aval des MAP kinases p39 et JNK. Puis j’ai démontré que la signalisation BMP est essentielle pour restreindre l’expression de Nodal dans la région ventrale par les ligands GDF2 et BMP2/4, via les récepteurs ALK1/2 et ALK3/6. Curieusement, j’ai découvert que l’un des mécanismes fondamentaux qui, chez les vertébrés permet d’ajuster le niveau de signalisation BMP via la régulation négative d’AMP par BMP2/4, fonctionne chez l’oursin, mettant en évidence une conservation des mécanismes de spécification et de structuration de l’axe. Enfin, j’ai participé à l’analyse des premières étapes de la formation de l’axe gauche-droite. Nous avons montré que les voies FGF/ERK et BMP2/4 sont essentielles pour l’expression de nodal dans une région discrète de l’endomésoderme sur le côté droit qui a les propriétés d’un centre organisateur gauche-droit. En revanche, la signalisation Notch et l’activité de la pompe H+/K+ empêchent l’expression de nodal sur le côté gauche de l’endomésoderme.

The establishment of the anteroposterior, dorso-ventral and left-right polarity axis of the embryo requires communication between cells through signaling molecules, whose mode of action is poorly understood. In the sea urchin as in vertebrates, the molecules of the TGF- β family, Nodal and BMP2/4, are essential to specify the dorso-ventral and left-right axes of the embryo. During my PhD, I contributed to the dissection of the genetic network downstream of Nodal and BMP2/4 signaling pathways. We characterized the expression and analyzed the function of 18 genes encoding transcription factors and 8 genes encoding ligands, and defined the relationships between these genes. I also contributed to a study of the function of the transcriptional repressor Tel that we identified as a major regulator of the spatial expression of Nodal, downstream of MAP kinases p38 and JNK. I showed that it also acts as an antagonist of the Wnt signaling pathway. I then demonstrated that BMP signaling is essential to restrict Nodal expression in the ventral region through the ligands GDF and BMP2/4, via the receptors ALK1/2 and ALK3/6. Intriguingly, I discovered that one of the fundamental mechanisms, which, in vertebrates allows adjustment of the highlighting a striking conservation of the mechanisms of axis specification and patterning. Finally, I participated in the analysis of the early steps regulating establishment of the left-right axis. We showed that the FGF/ERK and BMP2/4 pathways are essential for nodal expression in a discrete region of the endomesoderm on the right side that has the properties of a left right organizing center. In contrast, Notch signaling and the activity of the pump H+/K+ are required to prevent nodal expression on the left side of the endomesoderm.