The role of ROS signaling in adult regeneration and development

par Francesca Meda

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Sophie Vriz et de Alain Joliot.

Soutenue le 06-07-2016

à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Collège de France (Etablissement de préparation de la thèse) , Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris) (laboratoire) et de École normale supérieure (Paris ; 1985-....) (Etablissement partenaire de la thèse) .

  • Titre traduit

    Signalisation redox au cours du développement et de la régénération chez l'adulte


  • Résumé

    Ces dernières années, il est apparu que les espèces réactives de l'oxygène (ROS) ne sont pas seulement des substances délétères qui induisent des dommages de molécules biologiques, mais qu’elles sont également impliquées dans la signalisation cellulaire. Des niveaux contrôlés de H2O2 sont en particulier impliqués dans le processus de régénération chez différentes espèces. Nous avons donc étudié la régulation de la signalisation de H2O2 au cours de régénération de la nageoire caudale chez le poisson zèbre adulte. Nous avons montré que les nerfs contrôlent les niveaux de H2O2 à la fois dans les tissus normaux et après blessure; ce processus est médié par les cellules de Schwann qui expriment Shh. En plus, H2O2 stimule la croissance des nerfs, ce qui suggère la présence d'une boucle de rétrocontrôle positif.Les niveaux redox sont très dynamiques non seulement lors de la régénération, mais aussi au coursdu développement. Nous avons ensuite examiné le rôle de H2O2 pendant la morphogenèse et plusprécisément, son impact sur la croissance axonale et sa relation avec la signalisation Shh. Nous avons constaté que la réduction des niveaux de H2O2, normalement très élevé au cours de la morphogenèse, altère les projections axonales et que cet effet peut être sauvé par l'activation de la voie de signalisation de Shh.Les cibles de la signalisation redox comprennent des protéines dont l'activité est dépendante d'une cystéine, car l'état d'oxydation de cet acide aminé peut être modifié par les niveaux de H2O2. Le processus de S-acylation, qui est très important pour le processus de croissance des projections axonales et pour la voie de signalisation de Shh, consiste en la fixation covalente d'un acide gras, souvent le palmitate, au group sulfurique d’une cysteine et il est donc une cible potentielle de signalisation de ROS. Nous avons mis en évidence une corrélation entre le niveau de palmitoylationd’une protéine et les niveaux de H2O2 dans la cellule. La pertinence de cette observation estactuellement testée in vivo.


  • Résumé

    In the recent years it is becoming evident that reactive oxygen species (ROS) are not only deleterious compounds that induce damage of biological molecules, but are also important molecules that can mediate different signaling pathways. Controlled ROS, and in particular H2O2, levels have been found to be involved in the regenerative process of different species. We then focused on the regulation of H2O2 signaling during regeneration of the adult zebrafish caudal finand we showed that nerves control H2O2 levels both in normal tissue and after lesioning; this process is mediated by Schwann cells, through Shh signaling. In addition, there is also a reciprocal action of H2O2 on nerve growth, suggesting the presence of a positive feedback loop.Redox levels are highly dynamic not only during regeneration, but also during development. We then looked at the role of H2O2 during morphogenesis and more specifically, its impact on axonal growth and its relationship with Shh signaling. We found that reduction of H2O2 levels, normally very high during morphogenesis, impairs axon projections and that this effect can be rescued by the activation of Shh signaling. Moreover, we found that different redox levels modify the intracellulardistribution of Shh protein and also its extracellular availability. These results further strengthen the relationship between H2O2 and Shh signaling pathways.It is widely accepted that targets of redox signaling include proteins whose activity is dependent on an active cysteine because the oxidative status of this amino acid can be modified by H2O2 levels.The process of S-acylation, which is very important for both the processes of axonal projections growth and Shh signaling, consists in the covalent attachment of a fatty acid, often palmitate, to a cysteine sulphur and it is then a possible target of ROS signaling. We asked whether a relationship between H2O2 levels and protein S-palmitoylation could exist and we found that augmentation of H2O2 levels downregulates the S-palmitoylation process. The relevance of this observation iscurrently being tested in vivo.


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