Role of retinoic acid signaling pathway in endoderm antero-posterior patterning

Summary : During vertebrate embryonic development, the endoderm gives rise to the digestive tract and associated organs such as thyroid, lung, liver and pancreas. Earlier studies have shown that extracellular signals coming from the lateral plate mesoderm pattern the endoderm along the antero-posterior axis specifying different organ primordia. An early sign of patterning is the expression of organ-specific genes in restricted endoderm domains. In this study, we focused on the role of the retinoic acid (RA) signaling pathway in the regionalization of the future gut tube along the main body axis. We show that the RA-synthesizing enzyme Raldh2 is expressed in mesoderm close to the endoderm during gastrulation and during somitogenesis. During the same period, all retinoic acid receptors (RARs), which directly activate gene transcription, are expressed in endoderm suggesting that endoderm can be responsive to RA. Activation or inhibition of RA signaling was achieved by adding RA or RAR inhibitors tither on beads or in the medium to cultured chick embryos. Branchial arch (BA) endoderm markers were shifted posteriorly upon depletion of RA at gastrulation, but were not shifted after this stage. Conversely, exposure to exogenous RA repressed the most-anterior BA markers and shifted more posterior BA markers anteriorly. This suggests that graded levels of RA activity in the foregut define gene boundaries and expression levels. The posterior foregut and midget markers Pdxl and CdxA require RA for their expression, but elevated RA does not shift their expression domain along the antero-posterior axis. In addition, we investigated if RA signaling pathway interacts with other signaling pathways to pattern the endoderm. Although both RA and FGFs block anterior foregut marker expression, our experiments suggest that FGF signaling does not depend on RA in anterior endoderm. To validate our chick data in mammalians and evaluate whether RA acts directly on endoderm, we have further generated a conditional loss-of-function system in the mouse, which is still under examination.

Role of FGF and Wnt pathways in endoderm patterning and pancreas organogenesis

Summary Between gastrulation and gut tube formation, the endoderm becomes regionally specified along the anterior-posterior axis. An early sign of patterning is the expression of organ-specific genes in restricted endoderm domains. We studied the role of the fibroblast growth factor (FGF) and Wnt pathways in the establishment of the antero-posterior (A-P) axis domains. Here we report the first evidence that graded FGF4-mediated signaling establishes gut tube domains along the A-P axis in vivo from gastrulation to somitogenesis. At gastrulation, FGF4 may act cooperatively with Wnts, since both of them affect the gut tube patterning by promoting posterior and inhibiting anterior endoderm cell fate. The activity of the Wnt pathway is however time restricted, since. it does not affect patterning at somitogenesis. Our experiments point to a global mechanism that coordinates the A-P patterning of all three primary germ layers. Soon after regionalization of the gut tube, morphogenetic evidences of organogenesis appear. We focused our attention on one of these organs, the pancreas. We report a comprehensive investigation of the activity and the role of the Wnt pathway in pancreas organogenesis. We have used two mouse reporter lines to monitor canonical Wnt-pathway activity during development and after birth and demonstrate activity in early pancreatic bud, endocrine cells and in the mesenchyme. We have specifically deleted the ß-catenin .gene, a key component of the Wnt pathway, in the epithelium of the pancreas and duodenum using Pdxl -Cre mice. In agreement with Wnt pathway activity in pancreatic endocrine cells, we find a reduction in endocrine islet numbers. Our study reveals that ß-catenin deletion also affects cells in which Wnt pathway activity is not detected. Indeed, ß-catenin mutant cells have a competitive disadvantage during development that also' affects the exocrine compartment. Moreover, the conditional KO mice develop acute edematous pancreatitis perinatally due to the disruption of the epithelial structure of acini. These effects are likely to be due to the function of ß-catenin at the membrane. Résumé Entre la gastrulation et la formation du tube digestif, l'endoderme est progressivement régionalisé le long de l'axe antéropostérieur (A-P). Un des premiers signes de cette régionalisation est l'expression de gènes spécifiques à certains organes dans une région restreinte. Nous avons étudié l'implication des voies de signalisation FGF et Wnt dans l'établissement de la régionalisation A-P. Nous rapportons les premières preuves que FGF4 établit la ségrégation des domaines de l'endoderme le long de l'axe A-P in vivo de la gastrulation à la somitogenèse. Cette activité peut être menée en collaboration avec les Wnts, puisque ceux-ci influencent aussi l'endoderme en inhibant le destin antérieur et en induisant le destin postérieur des cellules. Cette activité des Wnts est perdue à la somitogenèse. Nos expériences démontrent une régionalisation coordonnée des trois feuillets germinaux le long de l'axe A-P. Peu après la régionalisation, les premiers signes morphologiques de l'organogenèse apparaissent. Nous nous sommes intéressés au rôle des Wnts dans un des dérivés de l'endoderme : le pancréas. Nous avons utilisés deux lignés de souris rapportrices de l'activité de la voie canonique des Wnts, qui montrent une activité dans le bourgeon précoce du pancréas avant la différentiation, puis plus tard dans les cellules endocrines et le mésenchyme. Nous avons utilisé la souris transgénique Pdxl -Cre pour inactiver spécifiquement le gène de la ß-caténine, un intermédiaire de la voie des Wnts, dans la région pancréatique. En accord avec l'activité de la voie de signalisation Wnt, la perte de la ßcaténine conduit à une réduction du nombre de cellules endocrines. De plus certaines cellules qui ne montrent aucune activité de la voie Wnt sont aussi affectées. En effet, les cellules ayant perdu la ß-caténine ont un désavantage compétitif face aux cellules sauvages dans un environnement mosaïque. Cette compétition résulte en l'absence de cellules déplétées en ßcaténine chez l'adulte. De plus, vers la naissance, les animaux déficients pour la ß-caténine développent une pancréatite aiguë due à la destruction de l'architecture des acini. Ceci est probablement aux fonctions d'adhésion de la ß-caténine à la membrane.

Loss of β1-integrin-deficient cells during the development of endoderm-derived epithelia

Beta1-integrins (beta1) represent cell surface receptors which mediate cell-matrix and cell-cell interactions. Fässler and Meyer described chimeric mice containing transgenic cells that express the LacZ gene instead of the beta1 gene. They observed beta1-negative cells in all germ layers at embryonic day E 8.5. Later in development, using a glucose phosphate isomerase assay of homogenized tissue samples, high levels of transgenic cells were found in skeletal muscle and gut, low levels in lung, heart, and kidney and none in the liver and spleen (Fässler and Meyer 1995). In order to study which cell types require beta1 during development of the primitive gut including its derivatives, chimeric fetuses containing 15 to 25% transgenic cells were obtained at days E 14.5 and E 15.5. They were LacZ (beta-galactosidase) stained "en bloc" and cross-sectioned head to tail. In esophagus, trachea, lung, stomach, hindgut, and the future urinary bladder, we observed various mesoderm-derived beta1-negative cells (e.g. fibroblasts, chondrocytes, endothelial cells, and smooth muscle cells) but no beta1-negative epithelial cells. Since the epithelia of lung, esophagus, trachea, stomach, hindgut, and urinary bladder are derived from the endodermal gut tube, we hypothesize that beta1 is essential for the development and/or survival of the epithelia of the fore- and hindgut and its derivatives.

Identification and functional analysis of novel genes expressed in the Anterior Visceral Endoderm

During early vertebrate development, the correct establishment of the body axes is critical. The anterior pole of the mouse embryo is established when Distal Visceral Endoderm (DVE) cells migrate to form the Anterior Visceral Endoderm (AVE). Symmetrical expression of Lefty1, Cer1 and Dkk1 determines the direction of DVE migration and the future anterior side. In addition to the establishment of the Anterior-Posterior axis, the AVE has also been implicated in anterior neural specification. To better understand the role of the AVE in these processes, we have performed a differential screening using Affymetrix GeneChip technology with AVE cells isolated from cer1P-EGFP transgenic mouse embryos. We found 175 genes which were upregulated in the AVE and 36 genes in the Proximal-posterior sample. Using DAVID software, we characterized the AVE cell population regarding cellular component, molecular function and biological processes. Among the genes that were found to be upregulated in the AVE, several novel genes were identified. Four of these transcripts displaying high-fold change in the AVE were further characterized by in situ hybridization in early stages of development in order to validate the screening. From those four selected genes, one, denominated Adtk1, was chosen to be functionally characterized by targeted inactivation in ES cells. Adtk1 encodes for a serine/threonine kinase. Adtk1 null mutants are smaller and present short limbs due to decreased mineralization, suggesting a potential role in chondrogenesis during limb development. Taken together, these data point to the importance of reporting novel genes present in the AVE.

Activation of Neural and Pluripotent Stem Cell Signatures Correlates with Increased Malignancy in Human Glioma

The presence of stem cell characteristics in glioma cells raises the possibility that mechanisms promoting the maintenance and self-renewal of tissue specific stem cells have a similar function in tumor cells. Here we characterized human gliomas of various malignancy grades for the expression of stem cell regulatory proteins. We show that cells in high grade glioma co-express an array of markers defining neural stem cells (NSCs) and that these proteins can fulfill similar functions in tumor cells as in NSCs. However, in contrast to NSCs glioma cells co-express neural proteins together with pluripotent stem cell markers, including the transcription factors Oct4, Sox2, Nanog and Klf4. In line with this finding, in high grade gliomas mesodermal-and endodermal-specific transcription factors were detected together with neural proteins, a combination of lineage markers not normally present in the central nervous system. Persistent presence of pluripotent stem cell traits could only be detected in solid tumors, and observations based on in vitro studies and xenograft transplantations in mice imply that this presence is dependent on the combined activity of intrinsic and extrinsic regulatory cues. Together these results demonstrate a general deregulated expression of neural and pluripotent stem cell traits in malignant human gliomas, and indicate that stem cell regulatory factors may provide significant targets for therapeutic strategies.

Occurrence of secretory structures in underground systems of seven Asteraceae species

In contrast with the abundance of anatomical studies of secretory structures on aerial vegetative organs of Asteraceae species, the information about secretory structures on thickened subterranean organs is sparse. The aim of this study was to investigate the occurrence of secretory structures on thickened and nonthickened subterranean organs of seven Asteraceae species from three tribes: Eupatorieae (Chromolaena squalida and Gyptis lanigera), Vernonieae (Chresta sphaerocephala, Lessingianthus bardanoides, L. glabratus and Orthopappus angustifolius), and Plucheeae (Pterocaulon angustifolium). The specimens were collected in areas of cerrado, from the State of Sao Paulo, Brazil. All species of the tribe Vernonieae studied exhibited endodermic cells, other than the epithelial cells of the canal, with secretory activity in the roots. In C. sphaerocephala roots, two types of endodermic cell were found, but only one had secretory activity. Secretory canals were found in the tuberous and nontuberous roots of all studied species. These data agree with the results from the literature for Asteraceae species. Here, we describe for the first time in Asteraceae the presence of secretory idioblasts in C. sphaerocephala. Secretory trichomes are present in the Orthopappus angustifolius rhizophore. Histochemical tests have shown that all types of secretory structure possess substances containing lipids. (C) 2008 The Linnean Society of London.

Retinoic acid disrupts anterior ectodermal and endodermal development in ascidian larvae and postlarvae

In vertebrates, excess all-trans retinoic acid (RA) applied during axis formation leads to the apparent truncation of anterior structures. In this study we sought to determine the type of defects caused by ectopic RA on the development of the ascidian Herdmania curvata. We demonstrate that H. curvata embryos cultured in the presence of RA develop into larvae whose trunks are shortened and superficially resemble those of early metamorphosing postlarvae. Despite RA-treated larvae lacking papillar structures they respond normally to natural cues that induce metamorphosis, indicating that chemosensory functionality previously mapped to the most anterior region of normal larvae is unaffected by RA. Excess RA applied during postlarval development leads to a graded loss of the juvenile pharynx, apparently by respecifying anterior endoderm to a more posterior fate. This structure is considered homologous to the gill slits of amphioxus. which are also lost upon RA treatment. This suggests that RA may have had a role in the development of the pharynx of the ancestral chordate and that this function has been maintained in ascidians and cephalochordates and lost in vertebrates.

SOX2 is an amplified lineage-survival oncogene in lung and esophageal squamous cell carcinomas

Lineage-survival oncogenes are activated by somatic DNA alterations in cancers arising from the cell lineages in which these genes play a role in normal development(1,2). Here we show that a peak of genomic amplification on chromosome 3q26.33 found in squamous cell carcinomas (SCCs) of the lung and esophagus contains the transcription factor gene SOX2, which is mutated in hereditary human esophageal malformations(3), is necessary for normal esophageal squamous development(4), promotes differentiation and proliferation of basal tracheal cells(5) and cooperates in induction of pluripotent stem cells(6-8). SOX2 expression is required for proliferation and anchorage-independent growth of lung and esophageal cell lines, as shown by RNA interference experiments. Furthermore, ectopic expression of SOX2 here cooperated with FOXE1 or FGFR2 to transform immortalized tracheobronchial epithelial cells. SOX2-driven tumors show expression of markers of both squamous differentiation and pluripotency. These characteristics identify SOX2 as a lineage-survival oncogene in lung and esophageal SCC.

Differential Shh, Bmp and Wnt gene expressions during craniofacial development in mice

In this study, Bmp-4, Wnt-5a and Shh gene expressions were compared during early craniofacial development in mice by comparative non-isotopic in situ hybridization. Wild-type C57BL/6J mice were studied at various stages of embryonic development (from 8.5- to 13.5-day-old embryos - E8.5-13.5). During early odontogenesis, transcripts for Bmp-4, Shh and Wnt-5a were co-localised at the tooth initiation stage. At E8.5, Shh mRNA expression was restricted to diencephalon and pharyngeal endoderm. Before maxillae and mandible ossification, Bmp-4 and Wnt-5a signals were detected in the mesenchymal cells and around Meckel`s cartilage. During palatogenesis, Shh was expressed only in the epithelium and Wnt-5a only in the mesenchyme of the elevating palatal shelves. During tongue development, Shh expression was found in mesenchyme, probably contributing to tongue miogenesis, while Wnt-5a signal was in the epithelium, possibly during placode development and papillae formation. Taken together, these findings suggest that Bmp-4, Shh and Wnt-5a gene expressions may act together on the epithelial mesenchymal interactions occurring in several aspects of the early mouse craniofacial development, such as odontogenesis, neuronal development, maxillae and mandible ossification, palatogenesis and tongue formation. (C) 2009 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Morphological and functional study of the marginal sphincter of the sea anemones Phymactis clematis and Aulactinia marplatensis from intertidal of Mar del Plata, Argentina

It was made the characterization of marginal sphincter to the species Phymactis clematis (Drayton in Dana, 1849) and Aulactinia marplatensis (Zamponi, 1977), from intertidal ecosystem through their morphogical and functional study. The species P. clematis has a circumscript sphincter of palmate type. This muscle is constituted by a mesogloeal axis and several mesogloeal subaxes. Axis as well as subaxes give a support to the endoderm which border is smooth. Aulactinia marplatensis has a circunscript sphincter pinnate type. The axis has a truncated cone shape while in P. clematis the shape is cylindrical on its origin and it is bifurcated at the end. Both species experiments were carried out using the isolated muscles. They were stimulated at increasing KCl concentrations ranging from 20 to 200 mM. The results were analysed in the form of dose-response curves expressed in tension in grams force vs concentration. Contractil force increases in a sigmoid form to increasing KCl concentrations. The correlation between morphology and function and the differences shown in both species would be related to their intertidal distribution.

Analysis of the regulation of Nodal function by SPC-mediated cleavage during early mammalian development

RÉSUMÉ Après implantation dans l'utérus, le foetus de mammifère est composé de trois populations différentes de cellules: l'epiblast, l'ectoderme extraembryonnaire et l'endoderme viscéral. Pendant la gastrulation, les cellules de l'epiblast donnent naissance aux trois lignées germinales: l'ectoderme, le mésoderme et l'endodermes. Les lignées germinales produisent par la suite les différents tissus et organes du corps embryonnaire et adulte. Les cellules de l'ectoderme extraembryonnaire donnent par la suite le composant foetal du placenta qui est essentiel à la survie de l'embryon dans l'utérus. L'épiblast et l'ectoderme extraembryonnaire sont entourés par l'endoderme viscéral et forment une structure connue sous le nom de bouton embryonnaire. L'endoderme viscéral joue un rôle important dans l'embryogenèse car il comporte une sous-population de cellules appelées l'endoderme viscéral antérieur dont les signaux influencent l'épiblast adjacent et déterminent le futur axe antéro-postérieur de l'embryon. La protéine de signalisation Nodal de la famille des TGFß est essentielle dans l'épiblast pour spécifier le mésendoderme, l'endoderme viscéral antérieur, ainsi que pour maintenir les cellules souche de l'ectoderme extraembryonnaire. Ainsi, dans les embryons mutants pour Nodal, aucun axe antéro-postérieur n'est établi, les lignées germinales ne sont pas spécifiés et le placenta ne se développe pas. Au niveau moléculaire, comme pour les protéines de la famille des TGFß, Nodal est initialement synthétisée sous forme de précurseur avant d'être clivée de façon endoproteolytique par des protéanes sécrétées, les proprotéines convertases du type subtilisin (SPC), qui suppriment la partie inhibitrice N-terminale du pro peptide. Dans ce contexte, le projet de ma thèse a été d'analyser l'influence des SPC sur la fonction de Nodal en employant une combinaison d'approches génétiques et biochimiques. Premièrement, nous avons constaté que le clivage du précurseur par les protéases active Nodal, mais en même temps augmente son turn-over et diminue la portée de son action. Deuxièmement, dans l'embryon, il apparaît que Nodal est activé par l'action combinée de Furin et de PACE4, deux protéases sécrétées qui sont spécifiquement exprimées dans les cellules de l'ectoderme extraembryonnaire, donc adjacentes au domaine d'expression de Nodal. De manière similaire aux mutants de Nodal, les embryons mutants pour les deux protéases ne forment pas d'endoderme viscéral antérieur et ne gastrulent pas. Cependant, certains gènes cible de Nodal restent exprimés, suggérant que toutes les activités de Nodal ne sont pas dépendent du clivage par les SPCs. En effet, la génération et l'analyse de mutants portant un allèle knock-in qui code pour une forme mutante de Nodal résistante aux SPC, ont montré que ces mutants ont les caractères phénotypique des mutants de Nodal seulement de façon partielle. La formation de mésoderme est partiellement induite, et de façon remarquable, la forme de Nodal résistante aux SPC est capable d'agir à une distance de sa source, maintenant l'expression de ses propres protéases et d'autres gènes essentiels pour la spécification de l'ectoderme extraembryonnaire. Ensemble, ces résultats prouvent que par leur action directe les protéases extraembryonnaire modulent la signalisation de Nodal pendant le développement mammifère précoce. SUMMARY : Early after implantation in the uterus, the mammalian conceptus is composed of three different cell populations: the epiblast, the extraembryonic ectoderm and the visceral endoderm. During gastrulation, epiblast cells give rise to the three embryonic germ layers: the ectoderm, the mesoderm and the endoderm. These germ layers then generate the different tissues and organs of the embryonic and adult bodies. In parallel, extraembryonic ectoderm cells give rise to the fetal component of the placenta, which is essential for the survival of the embryo in the uterus. Both the epiblast and extraembryonic ectoderm are surrounded by the visceral endoderm to form a structure known as the egg cylinder. The visceral endoderm plays an important role as it harbours a subpopulation of cells called the anterior visceral endoderm, from which signals influence the adjacent epiblast and determine the future antero-posterior embryonic axis. The TGFß-related signalling protein Nodal is required within the epiblast to specify the mesoderm, the endoderm,the anterior visceral endoderm and is also essential to maintain stem cells in the extraembryonic ectoderm. Thus, in Nodal null conceptuses, no antero-posterior axis is established, the germ layers are not specified and the placenta does not develop. At the molecular level, Nodal, like related proteins of the TGFß family, is initially synthesized as a precursor and undergoes endoproteolytic cleavage by secreted proteases of the subtilisin-like proprotein convertases (SPC) to remove an inhibitory N-terminal pro peptide. In the embryo, Nodal is activated by the combined action of Furin and PACE4, two secreted SPCs that are specifically expressed in cells of the extraembryonic ectoderm, thus adjacent to the Nodal expression domain. Similar to Nodal null .embryos, mutant embryos lacking both these proteases fail to specify the anterior visceral endoderm and to undergo gastrulation. However, these mutants still express a subset of Nodal target genes, suggesting that part of Nodal activity is independent on cleavage by SPCs. Indeed, by generating and analyzing mutants with a knock-in allele that encodes an SPC-resistant mutant form of Nodal, I could show that they retain a subset of Nodal activities. Mesoderm formation is partially induced, but most remarkably, SPC-resistant Nodal form is able to act at a distance from its source, maintaining the expression of its proteases and of other genes essential for maintenance of the extraembryonic ectoderm.

Broken colinearity of the amphioxus Hox cluster.

Background In most eumetazoans studied so far, Hox genes determine the identity of structures along the main body axis. They are usually linked in genomic clusters and, in the case of the vertebrate embryo, are expressed with spatial and temporal colinearity. Outside vertebrates, temporal colinearity has been reported in the cephalochordate amphioxus (the least derived living relative of the chordate ancestor) but only for anterior and central genes, namely Hox1 to Hox4 and Hox6. However, most of the Hox gene expression patterns in amphioxus have not been reported. To gain global insights into the evolution of Hox clusters in chordates, we investigated a more extended expression profile of amphioxus Hox genes. Results Here we report an extended expression profile of the European amphioxus Branchiostoma lanceolatum Hox genes and describe that all Hox genes, except Hox13, are expressed during development. Interestingly, we report the breaking of both spatial and temporal colinearity for at least Hox6 and Hox14, which thus have escaped from the classical Hox code concept. We show a previously unidentified Hox6 expression pattern and a faint expression for posterior Hox genes in structures such as the posterior mesoderm, notochord, and hindgut. Unexpectedly, we found that amphioxus Hox14 had the most divergent expression pattern. This gene is expressed in the anterior cerebral vesicle and pharyngeal endoderm. Amphioxus Hox14 expression represents the first report of Hox gene expression in the most anterior part of the central nervous system. Nevertheless, despite these divergent expression patterns, amphioxus Hox6 and Hox14 seem to be still regulated by retinoic acid. Conclusions Escape from colinearity by Hox genes is not unusual in either vertebrates or amphioxus and we suggest that those genes escaping from it are probably associated with the patterning of lineage-specific morphological traits, requiring the loss of those developmental constraints that kept them colinear.

Successful scale-up of human embryonic stem cell production in a stirred microcarrier culture system

Future clinical applications of human embryonic stem (hES) cells will require high-yield culture protocols. Currently, hES cells are mainly cultured in static tissue plates, which offer a limited surface and require repeated sub-culturing. Here we describe a stirred system with commercial dextran-based microcarriers coated with denatured collagen to scale-up hES cell production. Maintenance of pluripotency in the microcarrier-based stirred system was shown by immunocytochemical and flow cytometry analyses for pluripotency-associated markers. The formation of cavitated embryoid bodies expressing markers of endoderm, ectoderm and mesoderm was further evidence of maintenance of differentiation capability. Cell yield per volume of medium spent was more than 2-fold higher than in static plates, resulting in a significant decrease in cultivation costs. A total of 10(8) karyotypically stable hES cells were obtained from a unitary small vessel that needed virtually no manipulation during cell proliferation, decreasing risks of contamination. Spinner flasks are available up to working volumes in the range of several liters. If desired, samples from the homogenous suspension can be withdrawn to allow process validation needed in the last expansion steps prior to transplantation. Especially when thinking about clinical trials involving from dozens to hundreds of patients, the use of a small number of larger spinners instead of hundreds of plates or flasks will be beneficial. To our knowledge, this is the first description of successful scale-up of feeder- and Matrigel™-free production of undifferentiated hES cells under continuous agitation, which makes this system a promising alternative for both therapy and research needs.

Molecular determinants of congenital hypothyroidism due to thyroid dysgenesis

L’hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT) est la condition endocrinienne néonatale la plus fréquemment rencontrée, avec une incidence d’un cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT comprend toutes les anomalies du développement de la thyroïde. Parmi ces anomalies, le diagnostic le plus fréquent est l’ectopie thyroïdienne (~ 50% des cas). L’HCDT est fréquemment associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdisme) pouvant conduire à un retard mental sévère si non traitée. Le programme de dépistage néonatal assure un diagnostic et un traitement précoce par hormones thyroïdiennes. Cependant, même avec un traitement précoce (en moyenne à 9 jours de vie), un retard de développement est toujours observé, surtout dans les cas les plus sévères (c.-à-d., perte de 10 points de QI). Bien que des cas familiaux soient rapportés (2% des cas), l’HCTD est essentiellement considérée comme une entité sporadique. De plus, plus de 92% des jumeaux monozygotiques sont discordants pour les dysgénésies thyroïdiennes et une prédominance féminine est rapportée (spécialement dans le cas d’ectopies thyroïdiennes), ces deux observations étant clairement incompatible avec un mode de transmission héréditaire mendélien. Il est donc cohérent de constater que des mutations germinales dans les facteurs de transcription thyroïdiens connus (NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des cas sporadiques testés et furent, de plus, exclues lors d’analyse d’association dans certaines familles multiplex. Collectivement, ces données suggèrent que des mécanismes non mendéliens sont à l’origine de la majorité des cas de dysgénésie thyroïdienne. Parmi ces mécanismes, nous devons considérer des modifications épigénétiques, des mutations somatiques précoces (au stade du bourgeon thyroïdien lors des premiers stades de l’embryogenèse) ou des défauts développementaux stochastiques (c.-à-d., accumulation aléatoire de mutations germinales ou somatiques). Voilà pourquoi nous proposons un modèle «2 hits » combinant des mutations (épi)génétiques germinales et somatiques; ce modèle étant compatible avec le manque de transmission familial observé dans la majorité des cas d’HCDT. Dans cette thèse, nous avons déterminé si des variations somatiques (épi)génétiques sont associées à l’HCTD via une approche génomique et une approche gène candidat. Notre approche génomique a révélé que les thyroïdes ectopiques ont un profil d’expression différent des thyroïdes eutopiques (contrôles) et que ce profil d’expression est enrichi en gènes de la voie de signalisation Wnt. La voie des Wnt est cruciale pour la migration cellulaire et pour le développement de plusieurs organes dérivés de l’endoderme (p.ex. le pancréas). De plus, le rôle de la voie des Wnt dans la morphogénèse thyroïdienne est supporté par de récentes études sur le poisson-zèbre qui montrent des anomalies du développement thyroïdien lors de la perturbation de la voie des Wnt durant différentes étapes de l’organogénèse. Par conséquent, l’implication de la voie des Wnt dans l’étiologie de la dysgénésie thyroïdienne est biologiquement plausible. Une trouvaille inattendue de notre approche génomique fut de constater que la calcitonine était exprimée autant dans les thyroïdes ectopiques que dans les thyroïdes eutopiques (contrôles). Cette trouvaille remet en doute un dogme de l’embryologie de la thyroïde voulant que les cellules sécrétant la calcitonine (cellules C) proviennent exclusivement d’une structure extrathyroïdienne (les corps ultimobranchiaux) fusionnant seulement avec la thyroïde en fin de développement, lorsque la thyroïde a atteint son emplacement anatomique définitif. Notre approche gène candidat ne démontra aucune différence épigénétique (c.-à-d. de profil de méthylation) entre thyroïdes ectopiques et eutopiques, mais elle révéla la présence d’une région différentiellement méthylée (RDM) entre thyroïdes et leucocytes dans le promoteur de FOXE1. Le rôle crucial de FOXE1 dans la migration thyroïdienne lors du développement est connu et démontré dans le modèle murin. Nous avons démontré in vivo et in vitro que le statut de méthylation de cette RDM est corrélé avec l’expression de FOXE1 dans les tissus non tumoraux (c.-à-d., thyroïdes et leucocytes). Fort de ces résultats et sachant que les RDMs sont de potentiels points chauds de variations (épi)génétiques, nous avons lancé une étude cas-contrôles afin de déterminer si des variants génétiques rares localisés dans cette RDM sont associés à la dysgénésie thyroïdienne. Tous ces résultats générés lors de mes études doctorales ont dévoilé de nouveaux mécanismes pouvant expliquer la pathogenèse de la dysgénésie thyroïdienne, condition dont l’étiologie reste toujours une énigme. Ces résultats ouvrent aussi plusieurs champs de recherche prometteurs et vont aider à mieux comprendre tant les causes des dysgénésies thyroïdiennes que le développement embryonnaire normal de la thyroïde chez l’homme.

Characterization of two sorting nexins : sorting nexin-11 and sorting nexin-30

À l’intérieur de la cellule sillonnent d’innombrables molécules, certaines par diffusion et d’autres sur des routes moléculaires éphémères, empruntées selon les directives spécifiques de protéines responsables du trafic intracellulaire. Parmi celles-ci, on compte les sorting nexins, qui déterminent le sort de plusieurs types de protéine, comme les récepteurs, en les guidant soit vers des voies de dégradation ou de recyclage. À ce jour, il existe 33 membres des sorting nexins (Snx1-33), tous munies du domaine PX (PHOX-homology). Le domaine PX confère aux sorting nexins la capacité de détecter la présence de phosphatidylinositol phosphates (PIP), sur la surface des membranes lipidiques (ex : membrane cytoplasmique ou vésiculaire). Ces PIPs, produits de façon spécifique et transitoire, recrutent des protéines nécessaires à la progression de processus cellulaires. Par exemple, lorsqu’un récepteur est internalisé par endocytose, la région avoisinante de la membrane cytoplasmique devient occupée par PI(4,5)P2. Ceci engendre le recrutement de SNX9, qui permet la progression de l’endocytose en faisant un lien entre le cytoskelette et le complexe d’endocytose. Les recherches exposées dans cette thèse sont une description fonctionnelle de deux sorting nexins peux connues, Snx11 et Snx30. Le rôle de chacun de ces gènes a été étudié durant l’embryogenèse de la grenouille (Xenopus laevis). Suite aux résultats in vivo, une approche biomoléculaire et de culture cellulaire a été employée pour approfondir nos connaissances. Cet ouvrage démontre que Snx11 est impliqué dans le développement des somites et dans la polymérisation de l’actine. De plus, Snx11 semble influencer le recyclage de récepteurs membranaires indépendamment de l’actine. Ainsi, Snx11 pourrait jouer deux rôles intracellulaires : une régulation actine-dépendante du milieu extracellulaire et le triage de récepteurs actine-indépendant. De son côté, Snx30 est impliqué dans la différentiation cardiaque précoce par l’inhibition de la voie Wnt/β-catenin, une étape nécessaire à l’engagement d’une population de cellules du mésoderme à la ligné cardiaque. L’expression de Snx30 chez le Xénope coïncide avec cette période critique de spécification du mésoderme et le knockdown suscite des malformations cardiaques ainsi qu’à d’autres tissus dérivés du mésoderme et de l’endoderme. Cet ouvrage fournit une base pour des études futures sur Snx11 et Snx30. Ces protéines ont un impact subtil sur des voies de signalisation spécifiques. Ces caractéristiques pourraient être exploitées à des fins thérapeutiques puisque l’effet d’une interférence avec leurs fonctions pourrait être suffisant pour rétablir un déséquilibre cellulaire pathologique tout en minimisant les effets secondaires.