L’intégrine β1 et de son régulateur ICAP-1α dans l’ostéogenèse : rôle dans la prolifération, la différenciation et la fonction ostéoblastiques

par Molly Brunner

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Daniel Bouvard.

Soutenue le 05-04-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Institut Albert Bonniot de Grenoble (équipe de recherche) .

Le président du jury était Annie Andrieux.

Le jury était composé de Joseph Caverzasio.

Les rapporteurs étaient Françoise Redini, Marina Glukhova.


  • Résumé

    L'intégrine β1 appartient à une large famille de récepteurs de première importance pour les interactions cellule/matrice extracellulaire. La délétion spécifique d'un régulateur négatif de l'intégrine β1, ICAP-1α, induit de sévères défauts osseux. Nous avons pu montrer que la perte d'ICAP-1α est accompagnée d'une augmentation de l'activité de l'intégrine β1, affectant le dépôt des matrices de fibronectine et de collagène de type I. De plus, nous avons pu montrer qu'ICAP-1α a une action antagoniste sur le recrutement de la kindline-2 au niveau du domaine cytoplasmique de l'intégrine β1 (Brunner et al. JCB 2011). Nous nous sommes ensuite intéressés au rôle de l'intégrine β1 elle-même dans l'ostéogenèse afin de comprendre comment les ostéoblastes intègrent les signaux du microenvironnement pour coordonner la formation et le remodelage osseux. Dans cette optique, nous avons généré un modèle de souris délétées pour l'intégrine β1 spécifiquement dans les ostéoblastes en cours de maturation. Ces souris présentent un sévère phénotype osseux caractérisé par des réductions importantes de la minéralisation et de la dynamique osseuse, ainsi que des déformations osseuses et des fractures rappelant le syndrome d'Ostéoporose Juvénile. L'analyse in vitro d'ostéoblastes n'exprimant pas l'intégrine β1 a révélé un défaut majeur de prolifération impliquant non pas la voie canonique MAPK/ERK mais plutôt un défaut d'activation du co-facteur de transcription YAP. De plus, nous avons pu montrer que les intégrines β1 régulaient le niveau d'AMP cyclique (AMPc) dans les ostéoblastes et que ceci était corrélé à l'inactivation de YAP. De même, nous avons pu relier l'inactivation de YAP à la dynamique d'endocytose des rafts. Finalement, des analyses in vivo et in vitro ont révélé un défaut fonctionnel des ostéoblastes dépourvus d'intégrine β1. Nous avons pu montrer que cette incapacité fonctionnelle était due à une réduction de la réponse au BMP-2, facteur de croissance ostéoblastique majeur, non pas au niveau de son récepteur mais probablement au niveau de l'activation des promoteurs BMP-dépendants. Nos résultats montrent ainsi que l'intégrine β1 est un régulateur clé de la prolifération ostéoblastique dépendante de YAP et de la signalisation BMP régulant la fonction ostéoblastique, la minéralisation et la formation osseuse.

  • Titre traduit

    β1 integrin and its regulator ICAP-1α functions during osteogenesis : implication for osteoblast proliferation, differentiation and function


  • Résumé

    Β1 integrins belong to a large family of receptors that have been shown to be of paramount importance for cell/extracellular matrix interactions. The ablation of the specific β1 integrin regulator ICAP-1α results in severe bone and mineralization defects. By combining mouse and cell biology we could demonstrate that loss of ICAP-1α was accompanied by an increase of β1 integrin activity that affects fibronectin and collagen deposition. Moreover, we could show that ICAP-1 is an important negative regulator of kindlin-2 recruitment on β1 integrin cytoplasmic domain (Brunner et al. JCB 2011). We then wanted to address the functional role of β1 integrin per se in osteogenesis and to understand how osteoblasts integrate environmental cues to coordinate bone formation and remodeling. For this we generated osteoblast specific β1 integrin deficient mice. These mice showed severe bone defects characterized by reduced bone mineralization and dynamic, as well as bending and fractures reminding human Juvenile Osteoporosis symptoms. In vitro analyses of β1 integrin deficient osteoblasts revealed proliferation defect which is not due to defective canonical MAPK/ERK pathway, but rather to defective activity of the co-transcription factor YAP. Then, we showed that β1 integrins are regulating cAMP level in osteoblasts and that the cAMP level correlates with YAP inactivation. We also linked YAP inactivation with raft endocytosis. Finally, in vivo and in vitro analyses revealed a functional incapacity of β1 integrin deficient osteoprecursors. We could show that the lazy phenotype of β1 integrin deficient osteoblasts is likely due to a reduced response to BMP signaling, a major osteoblast growth factor. Taken together, our findings demonstrate that β1 integrin is a key regulator of YAP-dependent osteoblast proliferation and BMP signaling allowing osteoblast functionality, mineralization and bone formation.


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