Pattern of Wnt ligand expression during chick eye development

The dorsoventral axis of the eye is determined prior to optic cup invagination. A variety of signaling pathways have been implicated in the maintenance of the optic dorsoventral axis, including, but not limited to, bone morphogenetic protein 4, Sonic Hedgehog and retinoic acid. Here, we investigated the possible contribution of Wnt ligands to the establishment or maintenance of the optic axis by analyzing their expression pattern during early chick optic development. We performed in situ hybridization of Wnt-1, Wnt-3a, Wnt-4, and Wnt-5a during the optic vesicle, early optic cup and established optic cup stages and focused our analysis on the optic region. Our data showed that Wnt-5a, but none of the others, is expressed in the dorsal region of the eye starting from the Hamburger and Hamilton stage 14 (HH14). These results are supported by cryosections of the labeled optic region, which further reveal that Wnt-5a is expressed only in the dorsal retinal pigmented epithelium. Thus, we propose that Wnt-5a is a marker for dorsal retinal pigmented epithelium in chick embryos from HH14 to HH19.

Experimental model of heterotopic ossification in Wistar rats

Heterotopic ossification (HO) is a metaplastic biological process in which there is newly formed bone in soft tissues adjacent to large joints, resulting in joint mobility deficit. In order to determine which treatment techniques are more appropriate for such condition, experimental models of induced heterotopic bone formation have been proposed using heterologous demineralized bone matrix implants and bone morphogenetic protein and other tissues. The objective of the present experimental study was to identify a reliable protocol to induce HO in Wistar rats, based on autologous bone marrow (BM) implantation, comparing 3 different BM volumes and based on literature evidence of this HO induction model in larger laboratory animals. Twelve male Wistar albino rats weighing 350/390 g were used. The animals were anesthetized for blood sampling before HO induction in order to quantify serum alkaline phosphatase (ALP). HO was induced by BM implantation in both quadriceps muscles of these animals, experimental group (EG). Thirty-five days after the induction, another blood sample was collected for ALP determination. The results showed a weight gain in the EG and no significant difference in ALP levels when comparing the periods before and after induction. Qualitative histological analysis confirmed the occurrence of heterotopic ossification in all 12 EG rats. In conclusion, the HO induction model was effective when 0.35 mL autologous BM was applied to the quadriceps of Wistar rats.

Tissue transglutaminase (TG2) activity regulates osteoblast differentiation and mineralization in the SAOS-2 cell line

Tissue transglutaminase (type II, TG2) has long been postulated to directly promote skeletal matrix calcification and play an important role in ossification. However, limited information is available on the expression, function and modulating mechanism of TG2 during osteoblast differentiation and mineralization. To address these issues, we cultured the well-established human osteosarcoma cell line SAOS-2 with osteo-inductive conditioned medium and set up three time points (culture days 4, 7, and 14) to represent different stages of SAOS-2 differentiation. Osteoblast markers, mineralization, as well as TG2 expression and activity, were then assayed in each stage. Furthermore, we inhibited TG activity with cystamine and then checked SAOS-2 differentiation and mineralization in each stage. The results showed that during the progression of osteoblast differentiation SAOS-2 cells presented significantly high levels of osteocalcin (OC) mRNA, bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and collagen I, significantly high alkaline phosphatase (ALP) activity, and the increased formation of calcified matrix. With the same tendency, TG2 expression and activity were up-regulated. Furthermore, inhibition of TG activity resulted in a significant decrease of OC, collagen I, and BMP-2 mRNA and of ALP activity and mineralization. This study demonstrated that TG2 is involved in osteoblast differentiation and may play a role in the initiation and regulation of the mineralization processes. Moreover, the modulating effects of TG2 on osteoblasts may be related to BMP-2.

BMP-2 and titanium particles synergistically activate osteoclast formation

A previous study showed that BMP-2 (bone morphogenetic protein-2) and wear debris can separately support osteoclast formation induced by the receptor activator of NF-κB ligand (RANKL). However, the effect of BMP-2 on wear debris-induced osteoclast formation is unclear. In this study, we show that neither titanium particles nor BMP-2 can induce osteoclast formation in RAW 264.7 mouse leukemic monocyte macrophage cells but that BMP-2 synergizes with titanium particles to enhance osteoclast formation in the presence of RANKL, and that at a low concentration, BMP-2 has an optimal effect to stimulate the size and number of multinuclear osteoclasts, expression of osteoclast genes, and resorption area. Our data also clarify that the effects caused by the increase in BMP-2 on phosphorylated SMAD levels such as c-Fos expression increased throughout the early stages of osteoclastogenesis. BMP-2 and titanium particles stimulate the expression of p-JNK, p-P38, p-IkB, and P50 compared with the titanium group. These data suggested that BMP-2 may be a crucial factor in titanium particle-mediated osteoclast formation.

Cytokine expression patterns and mesenchymal stem cell karyotypes from the bone marrow microenvironment of patients with myelodysplastic syndromes

The purpose of this study was to explore cytokine expression patterns and cytogenetic abnormalities of mesenchymal stem cells (MSCs) from the bone marrow microenvironment of Chinese patients with myelodysplastic syndromes (MDS). Bone marrow samples were obtained from 30 cases of MDS (MDS group) and 30 healthy donors (control group). The expression pattern of cytokines was detected by customized protein array. The karyotypes of MSCs were analyzed using fluorescence in situ hybridization. Compared with the control group, leukemia inhibitory factor, stem cell factor (SCF), stromal cell-derived factor (SDF-1), bone morphogenetic protein 4, hematopoietic stem cell (HSC) stimulating factor, and transforming growth factor-β in the MDS group were significantly downregulated (P<0.05), while interferon-γ (IFN-γ), tumor necrosis factor-α (TNF-α), and programmed death ligand (B7-H1) were significantly upregulated (P<0.05). For chromosome abnormality analysis, the detection rate of abnormal karyotypes (+8, -8, -20, 20q-, -Y, -7, 5q-) was 30% in the MDS group and 0% in the control group. In conclusion, the up- and downregulated expression of these cytokines might play a key role in the pathogenesis of MDS. Among them, SCF and SDF-1 may play roles in the apoptosis of HSCs in MDS; and IFN-γ, TNF-α, and B7-H1 may be associated with apoptosis of bone marrow cells in MDS. In addition, the abnormal karyotypes might be actively involved in the pathogenesis of MDS. Further studies are required to determine the role of abnormal karyotypes in the occurrence and development of MDS.

Diabetes mellitus affects the biomechanical function of the callus and the expression of TGF-beta1 and BMP2 in an early stage of fracture healing

Transforming growth factor beta 1 (TGF-β1) and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) are important regulators of bone repair and regeneration. In this study, we examined whether TGF-β1 and BMP-2 expressions were delayed during bone healing in type 1 diabetes mellitus. Tibial fractures were created in 95 diabetic and 95 control adult male Wistar rats of 10 weeks of age. At 1, 2, 3, 4, and 5 weeks after fracture induction, five rats were sacrificed from each group. The expressions of TGF-β1 and BMP2 in the fractured tibias were measured by immunohistochemistry and quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction, weekly for the first 5 weeks post-fracture. Mechanical parameters (bending rigidity, torsional rigidity, destruction torque) of the healing bones were also assessed at 3, 4, and 5 weeks post-fracture, after the rats were sacrificed. The bending rigidity, torsional rigidity and destruction torque of the two groups increased continuously during the healing process. The diabetes group had lower mean values for bending rigidity, torsional rigidity and destruction torque compared with the control group (P<0.05). TGF-β1 and BMP-2 expression were significantly lower (P<0.05) in the control group than in the diabetes group at postoperative weeks 1, 2, and 3. Peak levels of TGF-β1 and BMP-2 expression were delayed by 1 week in the diabetes group compared with the control group. Our results demonstrate that there was a delayed recovery in the biomechanical function of the fractured bones in diabetic rats. This delay may be associated with a delayed expression of the growth factors TGF-β1 and BMP-2.

Single-walled carbon nanotubes functionalized with sodium hyaluronate enhance bone mineralization

The aim of this study was to evaluate the effects of sodium hyaluronate (HY), single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and HY-functionalized SWCNTs (HY-SWCNTs) on the behavior of primary osteoblasts, as well as to investigate the deposition of inorganic crystals on titanium surfaces coated with these biocomposites. Primary osteoblasts were obtained from the calvarial bones of male newborn Wistar rats (5 rats for each cell extraction). We assessed cell viability using the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide assay and by double-staining with propidium iodide and Hoechst. We also assessed the formation of mineralized bone nodules by von Kossa staining, the mRNA expression of bone repair proteins, and the deposition of inorganic crystals on titanium surfaces coated with HY, SWCNTs, or HY-SWCNTs. The results showed that treatment with these biocomposites did not alter the viability of primary osteoblasts. Furthermore, deposition of mineralized bone nodules was significantly increased by cells treated with HY and HY-SWCNTs. This can be partly explained by an increase in the mRNA expression of type I and III collagen, osteocalcin, and bone morphogenetic proteins 2 and 4. Additionally, the titanium surface treated with HY-SWCNTs showed a significant increase in the deposition of inorganic crystals. Thus, our data indicate that HY, SWCNTs, and HY-SWCNTs are potentially useful for the development of new strategies for bone tissue engineering.

L'intégration d'un discours de la conservation à la pratique urbanistique québécoise: réflexions sur la période 1960-2006

Depuis quelques années, l’urbanisme tend à considérer de plus en plus la question patrimoniale. Au Québec, c’est suite à l’adoption, en 1980, de la Loi sur l’aménagement et l’urbanisme que fut formellement introduite la donne patrimoniale dans la pratique urbanistique. Bien que cette pratique tente aujourd’hui de poser la conservation du patrimoine bâti comme l’une de ses préoccupations, elle ne parvient pas à l’assumer complètement. En nous basant sur la définition du patrimoine urbain telle que proposée par Gustavo Giovannoni, nous voulons, par cette étude, amorcer une réflexion sur les enjeux d’une approche urbanistique du patrimoine urbain. Nous proposons dans un premier temps un survol de l’évolution de la notion de patrimoine urbain. Cette évolution est mise en relation avec la constitution d’un regard sur le patrimoine bâti québécois. Nous analysons, par la suite, trois moments clés dans la constitution d’un tel regard. La mise en contexte de la naissance de l’urbanisme québécois constitue, quant à elle, le troisième et avant-dernier volet de notre réflexion. À la lumière de cette analyse, nous considérons que le regard de l’urbaniste, posé sur le patrimoine bâti, témoigne encore aujourd’hui d’un désintérêt pour la forme. L’abandon du domaine du physico-spatial au profit d’une gestion rationnelle de la ville a engendré une méconnaissance des processus de constitution des ensembles bâtis et du rôle des formes spécialisées polarisantes. Une véritable approche urbanistique du patrimoine bâti ne saurait passer que par la reconnaissance des processus morphogénétiques des ensembles urbains anciens et de leur inscription dans la ville contemporaine.

Cloning and Characterisation of the human gene gremlin promoter

L’ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire invalidante caractérisée par la perte de l’intégrité du cartilage articulaire. Les recherches tentent de comprendre les mécanismes moléculaires de la maladie afin de trouver des inhibiteurs efficaces pouvant prévenir la dégradation du cartilage articulaire. Les BMPs (bone morphogenic proteins) jouent un rôle dans le processus pathophysiologique de cette maladie. Cette étude cible le rôle d’un antagoniste des BMPs, le gremlin. Nous avons étudié la régulation de l’expression de gremlin par le clonage et la caractérisation de son promoteur et en déterminant si gremlin pouvait jouer un rôle autre qu’antagoniste des BMP, en affectant l’expression d’autres gènes par l’activation d’une cascade de signalisation dans la cellule. Les résultats ont identifié une région importante dans le promoteur de gremlin qui affecte son activité basale et induite, et ont montré que le gremlin ne pouvait pas affecter l’expression génique et l’activation de signalisation intracellulaire indépendamment des BMPs. Cette étude démontre que le rôle de gremlin dans l’OA en est un essentiellement d’antagoniste des BMPs.

Effets d'agents morphogénétiques sur la prolifération et la différenciation neuronales et épithéliales chez la pensée de mer Renilla koellikeri

La présence d’un récepteur de type RXR a récemment été rapporté chez la pensée de mer, Renilla koellikeri, de même que chez d’autres anthozoaires, et le NO semble jouer des différents rôles physiologiques, chez plusieurs cnidaires. L’acide rétinoïque (AR) et le monoxyde d’azote (NO) sont connus pour leur implication dans l’induction de la croissance des neurites chez les vertébrés ainsi que chez les invertébrés. Mais jusqu’à présent, aucun rôle de ces agents n’a encore été identifié chez ce phylum ancien des invertébrés. Dans le but de montrer que ces agents morphogénétiques ont un rôle dans le développement neuronal chez ces ancêtres des métazoaires bilatéraux, nous avons utilisé des cultures primaires de cellules du cnidaire anthozoaire Renilla koellikeri (pensée de mer), doté d’un système nerveux des plus primitif. Nous avons trouvé que les deux types d’acide rétinoïque, 9-cis et 11-trans, induisent une prolifération cellulaire dose-dépendante en fonction du temps dans les boîtes de pétri enduites de polylysine. Les cultures cellulaires exposées à l’acide rétinoïque dans les boîtes sans polylysine montrent une différenciation en des cellules épithéliales. D’autre part, le NO induit exclusivement une différenciation neuronale dans les boîtes enduites de polylysine. Aucun autre type de cellules subit un différenciation en présence de NO et la densité des cellules dédifférenciées a diminué. Les prolongements des neurones différenciés semblent s’enchevêtrer et former un réseau neuronal assez dense. L’ensemble de ces observations suggère que l’acide rétinoïque, contrairement à NO, est associé à l’activité mitotique, et que l’acide rétinoïque et le NO sont impliqués différemment dans la spécification cellulaire, respectivement épithéliale et neuronale, chez la pensée de mer. Le type d’action déclenchée, qu’il soit la mitogénèse ou la différenciation (épithéliale ou neuronale), varie alors selon l’état d’adhésion des cellules au substrat. Comme les données moléculaires et paléontologiques rapprochent les cnidaires, telle la pensée de mer, des ancêtres des eumétazoaires, nos résultats suggèrent que le rôle morphogénétique de l’acide rétinoïque et du NO est enraciné dans l’ancêtre commun de tous les métazoaires.

Analyse génétique moléculaire du gène de la voie non-canonique Frizzled/Dishevelled PRICKLE1 dans les anomalies du tube neural chez l’humain

La voie de la polarité planaire cellulaire (PCP), aussi connue sous le nom de la voie non-canonique du Frizzled/Dishevelled, contrôle le processus morphogénétique de l'extension convergente (CE) qui est essentiel pour la gastrulation et la formation du tube neural pendant l'embryogenèse. La signalisation du PCP a été récemment associée avec des anomalies du tube neural (ATN) dans des modèles animaux et chez l'humain. Prickle1 est une protéine centrale de la voie PCP, exprimée dans la ligne primitive et le mésoderme pendant l'embryogenèse de la souris. La perte ou le gain de fonction de Prickle1 mène à des mouvements de CE fautifs chez le poisson zèbre et la grenouille. PRICKLE1 interagit directement avec deux autres membres de la voie PCP, Dishevelled et Strabismus/Vang. Dans notre étude, nous avons investigué le rôle de PRICKLE1 dans l'étiologie des ATN dans une cohorte de 810 patients par le re-séquençage de son cadre de lecture et des jonctions exon-intron. Le potentiel pathogénique des mutations ainsi identifiées a été évalué par des méthodes bioinformatiques, suivi par une validation fonctionnelle in vivo dans un système poisson zèbre. Nous avons identifié dans notre cohorte un total de 9 nouvelles mutations dont sept: p.Ile69Thr, p.Asn81His, p.Thr275Met, p.Arg682Cys et p.Ser739Phe, p.Val550Met et p.Asp771Asn qui affectent des acides aminés conservés. Ces mutations ont été prédites in silico d’affecter la fonction de la protéine et sont absentes dans une large cohorte de contrôles de même origine ethnique. La co-injection de ces variantes avec le gène prickle1a de type sauvage chez l’embryon de poisson zèbre a démontré qu’une mutation, p.Arg682Cys, modifie dans un sens négatif le phénotype du défaut de la CE produit par pk1 de type sauvage. Notre étude démontre que PK1 peut agir comme facteur prédisposant pour les ATN chez l’humain et élargit encore plus nos connaissances sur le rôle des gènes de la PCP dans la pathogenèse de ces malformations.

Diversité fonctionnelle du facteur de transcription Tbx5 dans le coeur

Le cœur des vertébrés est un organe modulaire qui requiert le " patterning " complexe des champs morphogénétiques cardiogènes et la convergence coordonnée des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques. Au moins 7 facteurs de transcription de la famille T-box coopèrent au sein de ces nombreuses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques afin de réguler la morphogenèse et l’agencement de multiples structures le long de l’ébauche cardiaque, ce qui explique que les mutations humaines de ces gènes engendrent diverses malformations congénitales cardiaques (MCCs). L’un de ces gènes T-box, Tbx5, dont l’haploinsuffisance génère le syndrome de Holt-Oram (SHO), intervient dans une grande variété de réseaux de régulation géniques (RRGs) qui orchestrent la morphogenèse des oreillettes, du ventricule gauche, de la valve mitrale, des septums inter-auriculaire et inter-ventriculaire, ainsi que du système de conduction cardiaque. La diversité des RRGs impliqués dans la formation de ces structures cardiaques suggère que Tbx5 détient une profusion de fonctions qui ne seront identifiables qu’en répertoriant ses activités moléculaires dans chaque lignée cardiaque examinée isolément. Afin d’aborder cette problématique, une ablation génétique de Tbx5 dans l’endocarde a été réalisée. Cette expérience a démontré le rôle crucial de Tbx5 dans la survie des cellules endocardiques bordant le septum primum et des cardiomyocytes au sein de cette structure embryonnaire qui contribuera à la morphogenèse du septum inter-auriculaire. En outre, cette étude a révélé l’existence d’une communication croisée entre la sous-population de cellules endocardiques Tbx5+ et le myocarde au niveau du septum primum, afin d’assurer la survie des cardiomyocytes, et ultimement de garantir la maturation du septum inter-auriculaire. Nos résultats confirment aussi l’importance de l’interdépendance génétique (Tbx5 et Gata4 ainsi que Tbx5 et Nos3) entre différents loci dans la morphogenèse de la cloison inter-auriculaire, et particulièrement de l’influence que peut avoir l’environnement sur la pénétrance et l’expressivité des communications inter-auriculaires (CIAs) dans le SHO. En outre, puisque les fonctions d’un gène dépendent ordinairement des différents isoformes qu’il peut générer, une deuxième étude a focalisé davantage sur l’aspect transcriptionnel de Tbx5. Cette approche a mené à la découverte de 6 transcrits alternatifs exhibant des fonctions à la fois communes et divergentes. La caractérisation de 2 de ces isoformes a révélé le rôle de l’isoforme long (Tbx5_v1) dans la régulation de la croissance des cardiomyocytes durant la cardiogénèse, tandis que l’isoforme court (Tbx5_v2), préférentiellement exprimé dans le cœur mature, réprime la croissance cellulaire. Il est donc entièrement concevable que les mutations de TBX5 entraînant une troncation de la région C-terminale accroissent la concentration d’une protéine mutée qui, à l’instar de Tbx5_v2, interfère avec la croissance de certaines structures cardiaques. En revanche, la divergence de fonctions de ces isoformes, caractérisée par les disparités de localisation subcellulaire et de d’interaction avec d’autres cofacteurs cardiaques, suggère que les mutations affectant davantage un isoforme favoriseraient l’émergence d’un type particulier de MCC. Finalement, un dernier objectif était d’identifier le ou les mécanisme(s) moléculaire(s) par le(s)quel(s) Tbx5 régule son principal gène cible, Nppa, et d’en extraire les indices qui éclairciraient sa fonction transcriptionnelle. Cet objectif nécessitait dans un premier lieu d’identifier les différents modules cis-régulateurs (MCRs) coordonnant la régulation transcriptionnelle de Nppa et Nppb, deux gènes natriurétiques dont l’organisation en tandem et le profil d’expression durant la cardiogénèse sont conservés dans la majorité des vertébrés. L’approche d’empreinte phylogénétique employée pour scanner le locus Nppb/Nppa a permis d’identifier trois MCRs conservés entre diverses espèces de mammifères, dont un (US3) est spécifique aux euthériens. Cette étude a corroboré que la régulation de l’expression du tandem génique Nppb/Nppa requérait l’activité transcriptionnelle d’enhancers en complément aux promoteurs de Nppa et Nppb. La concordance quasiment parfaite entre les profils d’expression de Tbx5 et de ces deux gènes natriurétiques chez les mammifères, suggère que le gradient d’expression ventriculaire de Tbx5 est interprété par le recrutement de ce facteur au niveau des différents enhancers identifiés. En somme, les études présentées dans cette thèse ont permis de clarifier la profusion de fonctions cardiaques que possède Tbx5. Certaines de ces fonctions émanent de l’épissage alternatif de Tbx5, qui favorise la synthèse d’isoformes dotés de propriétés spécifiques. Les diverses interactions combinatoires entre ces isoformes et d’autres facteurs cardiaques au sein des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogènes contribuent à l’émergence de RRGs cardiaques divergents.

Études génétiques moléculaires du gène de la polarité planaire SCRIBBLE1 chez les anomalies du tube neural

Les anomalies du tube neural (ATN), incluant l'anencéphalie et le spina-bifida, représentent un groupe de malformations congénitales très fréquentes chez l'homme. Ces anomalies sont causées par un défaut partiel ou complet de la fermeture du tube neurale au cours de l'embryogenèse. Les ATN ont une étiologie complexe et multifactorielle impliquant des facteurs environnementaux et génétiques. La voie de signalisation non-canonique du Frizzled (Fz)/Dishevelled (Dvl) contrôle la polarité cellulaire planaire (PCP) et le processus morphogénétique appelé l’extension convergente qui est essentiel pour la gastrulation et la fermeture du tube neural. Très important, des mutations des gènes de cette voie étaient fortement associées aux ATN chez la souris et l’humain. Scribble est un gène de la voie PCP qui cause une sévère ATN chez la souris Circletail. Notre étude vise à analyser le rôle de SCRIBBLE1 dans les ATN humains par des analyses de séquence de son cadre de lecture et ses jonctions exon-introns. Notre étude comporte 396 patients recrutés au Centre Spina Bifida de l’hôpital Gaslini en Gènes, Italie et 83 patients recrutés au Centre Spina Bifida de l’hôpital Sainte Justine. Les patients sont affectés par plusieurs formes d’ATN. Nous avons identifié neuf mutations rares et non synonymes chez 10 patients, p.Asp93Ala (c. 435G>A), p.Gly145Arg (c. 278A>C), p.Gly263Ser (c. 786C>A), p.Gly469Ser (c. 1405G>A), p.Pro649His (c. 1946C>A), p.Gln808His (c. 2424G>T), p.Val1066Met (c. 3196G>A), p.Arg1150Gln (c. 3480G>A) et p.Thr1422Met (c. 4266C>T). Cinque mutations, p.Gly263Ser, p.Pro649His, p.Gln808His, p.Arg1150Gln, p.Thr1422Met, étaient absentes dans les contrôles analysés et prédites d’être pathogéniques in silico. Cette étude montre que des mutations rares dans SCRIB1 pourraient augmenter le risque des ATN dans une fraction des patients. L’identification des gènes prédisposant aux ATN nous aidera à mieux comprendre les mécanismes pathogéniques impliqués dans ces maladies.

Rôle des récepteurs Toll-like et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la régulation de l’hepcidine et le développement des hyposidérémies associées à l’inflammation

Le fer est un oligo-élément nécessaire pour le fonctionnement normal de toutes les cellules de l'organisme et joue un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions biologiques. Cependant, le niveau de fer dans le corps doit être bien réglé, sinon la carence en fer entraine des divers états pathologiques tels que l'anémie et la diminution de l’immunité. D'autre part, une surcharge en fer potentialise la multiplication des germes, aggrave l’infection et la formation de radicaux libres ayant des effets toxiques sur les cellules et leurs composants, ce qui favorise les maladies cardio-vasculaires, l'inflammation et le cancer. L'hepcidine (HAMP), un régulateur négatif de l'absorption du fer, induit la dégradation de la ferroportine (FPN), le seul exportateur connu de fer ce qui réduit sa libération par les macrophages et inhibe son absorption gastro-intestinale. HAMP est synthétisé principalement par les hépatocytes, mais aussi par les macrophages. Cependant, il y a très peu de données sur la façon dont HAMP est régulé au niveau des macrophages. Plus récemment, nous avons constaté que l’induction de l’hepcidin dans le foie par le polysaccharide (LPS) est dépendante de la voie de signalisation médiée par « Toll-like receptor 4 » (TLR4). Grâce au TLR4, le LPS induit l'activation des macrophages qui sécrètent de nombreuses différentes cytokines inflammatoires, y compris Interleukine 6 (IL-6), responsable de l'expression de HAMP hépatique. Dans le premier chapitre de la présente étude, nous avons étudié la régulation de HAMP dans la lignée cellulaire macrophagique RAW264.7 et dans les macrophages péritonéaux murins stimulés par différents ligands des TLRs. Nous avons constaté que TLR2 et TLR4 par l'intermédiaire de la protéine adaptatrice « myeloid differentiation primary response gene 88 » (MyD88) activent l'expression de HAMP dans les cellules RAW264.7 et les macrophages péritonéaux sauvages murins, tandis que cette expression a été supprimée dans les macrophages isolés des souris TLR2-/-, TLR4-déficiente ou MyD88-/-. En outre, nous avons constaté que la production d'IL-6 par les cellules RAW264.7 stimulées avec du LPS a été renforcée par l’ajout des quantités élevées de fer dans le milieu de culture. Au cours de l’inflammation, le niveau de HAMP est fortement augmenté. Ainsi, lorsque l'inflammation persiste, l’expression de HAMP continue à être activée par des cytokines pro-inflammatoires conduisant à une hyposidérémie. Malgré que cette dernière soit considérée comme une défense de l'hôte pour priver les micro-organismes de fer, celle ci cause un développement d'anémies nommées anémies des maladies chroniques. Ainsi, dans le deuxième chapitre de la présente étude, nous avons étudié l'implication des TLRs et leurs protéines adaptatrices MyD88 et TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF) dans le développement des hyposidérémies. En utilisant des souris déficientes en MyD88 et TRIF, nous avons montré que les voies de signalisations MyD88 et TRIF sont essentielles pour l’induction de HAMP par le LPS. Malgré l'absence de HAMP, les souris déficientes ont été capables de développer une hyposidérémie, mais la réponse des souris déficientes en MyD88 a été très légère, ce qui indique l'exigence de cette protéine pour assurer une réponse maximale au LPS. En outre, nous avons constaté que la signalisation MyD88 est nécessaire pour le stockage du fer au niveau de la rate, ainsi que l'induction de lipocaline 2 (LCN2), qui est une protéine impliquée dans la fixation du fer pour limiter la croissance bactérienne. Indépendamment de MyD88 ou TRIF, l'activation de TLR4 et TLR3 a conduit, au niveau de la rate, à une diminution rapide de l’expression de FPN et du « Human hemochromatosis protein » (HFE) qui est une protéine qui limite la séquestration du fer cellulaire à partir de la circulation. Cependant, malgré cette baisse d’expression, le manque de la signalisation MyD88 a altéré de manière significative la réponse hyposidérémique. En établissant le rôle des TLRs et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la diminution du taux du fer sérique au cours de la réponse inflammatoire, nous avons remarqué qu’en réponse au surcharge en fer les souris déficientes en MyD88 accumulent de manière significative plus de fer hépatique par rapport aux souris sauvages, et cela indépendamment des TLRs. Ainsi, dans le troisième chapitre de la présente étude, nous avons étudié le phénotype observé chez les souris déficientes en MyD88. Nous avons trouvé que l'expression de HAMP chez ces souris a été plus faible que celle des souris de type sauvage. Pour cela, nous avons exploré la signalisation à travers la voie du « Bone Morphogenetic Proteins 6 » (BMP6) qui est considérée comme étant la voie fondamentale de la régulation de HAMP en réponse aux concentrations du fer intracellulaires et extracellulaires et nous avons trouvé que l'expression protéique de Smad4, un régulateur positif de l'expression de HAMP, est significativement plus faible chez les souris MyD88-/- par rapport aux souris sauvages. En outre, on a montré que MyD88 interagit avec « mothers against decapentaplegic, Drosophila, homolog 4 » (Smad4) et que cette interaction est essentielle pour l’induction de HAMP à travers la voie BMP6. En conclusion, notre étude montre que l'expression de HAMP dans les macrophages est régulée principalement par TLR2 et TLR4 à travers la voie MyD88 et que l'accumulation du fer dans les macrophages peut affecter les niveaux des cytokines pro-inflammatoires. En outre, nos analyses démontrent que le développement d’hyposidérémie en réponse au LPS se produit par l'intermédiaire d’un mécanisme dépendant de MyD88 qui est dissociée de la production de cytokines et de HAMP. En plus, nos recherches montrent que MyD88 est nécessaire pour l'expression de Smad4 et cela pour garantir une réponse optimale à travers la signalisation BMP6, conduisant ainsi à une expression adéquate de HAMP. Enfin, la protéine MyD88 joue un rôle crucial dans, la régulation de HAMP au niveau des macrophages, la diminution du taux du fer sérique en réponse au LPS et le maintien de l'homéostasie du fer.

The role of Ken&Barbie in JAK/STAT signalling during development of Drosophila melanogaster

Cell-cell interactions during embryonic development are crucial in the co-ordination of growth, differentiation and maintenance of many different cell types. To achieve this co-ordination each cell must properly translate signals received from neighbouring cells, into spatially and temporally appropriate developmental responses. A surprisingly limited number of signal pathways are responsible for the differentiation of enormous variety of cell types. As a result, pathways are frequently 'reused' during development. Thus, in mammals the JAK/STAT pathway is required during early embryogenesis, mammary gland formation, hematopoiesis and, finally, plays a pivotal role in immune response. In the canonical way, the JAK/STAT pathway is represented by a transmembrane receptor associated with a Janus kinase (JAK), which upon stimulation by an extra-cellular ligand, phosphorylates itself, the receptor and, finally, the signal transducer and activator of transcription (STAT) molecules. Phosphorylated STATs dimerise and translocate to the nucleus where they activate transcription of target genes. The JAK/STAT pathway has been conserved throughout evolution, and all known components are present in the genome of Drosophila melanogaster. Besides hematopoietic and immunity functions, the pathway is also required during development for processes including embryonic segmentation, tracheal morphogenesis, posterior spiracle formation etc. This study describes Drosophila Ken&Barbie (Ken) as a selective regulator of JAK/STAT signalling. ken mutations identified in a screen for modulators of an eye overgrowth phenotype, caused by over-expression of the pathway ligand unpaired, also interact genetically with the pathway receptor domeless (dome) and the transcription factor stat92E. Over-expression of Ken can phenocopy developmental defects known to be caused by the loss of JAK/STAT signalling. These genetic interactions suggest that Ken may function as a negative regulator of the pathway. Ken has C-terminal Zn-finger domain, presumably for DNA binding, and N-terminal BTB/POZ domain, often found in transcriptional repressors. Using EGFP-fused construct expressed in vivo revealed nuclear accumulation of Ken. Therefore, it is proposed that Ken may act as a suppresser of STAT92E target genes. An in vitro assay, termed SELEX, determined that Ken specifically binds to a DNA sequence, with the essential for DNA recognition core overlapping that of STAT92E. This interesting observation suggests that not all STAT92E sites may also allow Ken binding. Strikingly, when effects of ectopic Ken on the expression of putative JAK/STAT pathway target genes were examined, only a subset of the genes tested, namely vvl, trh and kni, were down-regulated by Ken, whereas some others, such as eve and fj, appeared to be unresponsive. Further analysis of vvl, one of the genes susceptible to ectopic Ken, was undertaken. In the developing hindgut, expression of vvl is JAK/STAT pathway dependent, but remains repressed in the posterior spiracles, despite the stimulation of STAT92E by Upd in their primordia. Importantly, ken is also expressed in the developing posterior spiracles. Strikingly, up-regulation of vvl is observed in these tissues in ken mutant embryos. These imply that while ectopic Ken is sufficient to repress the expression of vvl in the hindgut, endogenous Ken is also necessary to prevent its activation in the posterior spiracles. It is therefore conceivable that ectopic vvl expression in the posterior spiracles of the ken mutants may be the result of de-repression of endogenous STAT92E activity. Another consequence of these observations is a fine balance that must exist between STAT92E and Ken activities. Apparently, endogenous level of Ken is sufficient to repress vvl, but not other, as yet unidentified, JAK/STAT pathway targets, whose presumable activation by STAT92E is required for posterior spiracle development as the embryos mutant for dome, the receptor of the pathway, show severe spiracle defects. These defects are also observed in the embryos mis-expressing Ken. Though it is possible that the posterior spiracle phenotype caused by higher levels of Ken results from a JAK/STAT pathway independent activity, it seems to be more likely that Ken acts in a dosage dependent manner, and extra Ken is able to further antagonise JAK/STAT pathway target genes. While STAT92E binding sites required for target gene expression have been poorly characterised, the existence of genome data allows the prediction of candidate STAT92E sites present in target genes promoters to be attempted. When a 6kb region containing the putative regulatory domains flanking the vvl locus are examined, only a single potential STAT92E binding site located 825bp upstream of the translational start can be detected. Strikingly, this site also includes a perfect Ken binding sequence. Such an in silico observation, though consistent with both Ken DNA binding assay in vitro and regulation of STAT92E target genes in vivo, however, requires further analysis. The JAK/STAT pathway is implicated in a variety of processes during embryonic and larval development as well as in imago. In each case, stimulation of the same transcription factor results in different developmental outcomes. While many potential mechanisms have been proposed and demonstrated to explain such pleiotropy, the present study indicates that Ken may represent another mechanism, with which signal transduction pathways are controlled. Ken selectively down-regulates a subset of potential target genes and so modifies the transcriptional profile generated by activated STAT92E - a mechanism, which may be partially responsible for differences in the morphogenetic processes elicited by JAK/STAT signalling during development.