Differential expression of the receptor tyrosine kinase EphB4 and its ligand Ephrin-B2 during human placental development

Normal placentation involves the development of an utero-placental circulation following the migration of the extravillous cytotrophoblasts into the decidua and invasion of the spiral arteries, which are thereby transformed into large vessels of low resistance. Given the documented role of the receptor tyrosine kinase EphB4 and its ligand ephrin-B2 in the establishment of the embryonal vascular network, we hypothesized that these molecules are also instrumental in the development of the human placenta. Monitoring the expression during placental development revealed that in first trimester and term placentae both molecules are equally expressed at the RNA level. In contrast, the protein levels were significantly reduced during gestation. Immunohistochemistry revealed a distinct localization of the EphB4 and ephrin-B2 proteins. EphB4 was predominantly expressed in the villous syncytial trophoblast layer and in a subset of intravillous capillaries. Prominent expression was also observed in the extravillous cytotrophoblast giant cells. In contrast, ephrin-B2 expression was detected in the villous cytotrophoblast and syncytial trophoblast cell layers, as well as initially in all intravillous capillaries. Strong expression was also observed in extravillous anchoring cytotrophoblast cells. Hypoxia is a major inducer of placental development. In vitro studies employing trophoblast-derived cell lines revealed that predominantly ephrin-B2 expression is induced by hypoxia, however, in an Hif-1alpha independent manner. These experiments suggest that EphB4 and ephrin-B2 are instrumental in the establishment of a functional placental structure and of the utero-placental circulation.

Ephrin-B2 controls VEGF-induced angiogenesis and lymphangiogenesis

In development, tissue regeneration or certain diseases, angiogenic growth leads to the expansion of blood vessels and the lymphatic vasculature. This involves endothelial cell proliferation as well as angiogenic sprouting, in which a subset of cells, termed tip cells, acquires motile, invasive behaviour and extends filopodial protrusions. Although it is already appreciated that angiogenesis is triggered by tissue-derived signals, such as vascular endothelial growth factor (VEGF) family growth factors, the resulting signalling processes in endothelial cells are only partly understood. Here we show with genetic experiments in mouse and zebrafish that ephrin-B2, a transmembrane ligand for Eph receptor tyrosine kinases, promotes sprouting behaviour and motility in the angiogenic endothelium. We link this pro-angiogenic function to a crucial role of ephrin-B2 in the VEGF signalling pathway, which we have studied in detail for VEGFR3, the receptor for VEGF-C. In the absence of ephrin-B2, the internalization of VEGFR3 in cultured cells and mutant mice is defective, which compromises downstream signal transduction by the small GTPase Rac1, Akt and the mitogen-activated protein kinase Erk. Our results show that full VEGFR3 signalling is coupled to receptor internalization. Ephrin-B2 is a key regulator of this process and thereby controls angiogenic and lymphangiogenic growth.

Engineered fibrin matrices for functional display of cell membrane-bound growth factor-like activities: study of angiogenic signaling by ephrin-B2

With the rapid increase in approaches to pro- or anti-angiogenic therapy, new and effective methodologies for administration of cell-bound growth factors will be required. We sought to develop the natural hydrogel matrix fibrin as platform for extensive interactions and continuous signaling by the vascular morphogen ephrin-B2 that normally resides in the plasma membrane and requires multivalent presentation for ligation and activation of Eph receptors on apposing endothelial cell surfaces. Using fibrin and protein engineering technology to induce multivalent ligand presentation, a recombinant mutant ephrin-B2 receptor binding domain was covalently coupled to fibrin networks at variably high densities. The ability of fibrin-bound ephrin-B2 to act as ligand for endothelial cells was preserved, as demonstrated by a concomitant, dose-dependent increase of endothelial cell binding to engineered ephrin-B2-fibrin substrates in vitro. The therapeutic relevance of ephrin-B2-fibrin implant matrices was demonstrated by a local angiogenic response in the chick embryo chorioallontoic membrane evoked by the local and prolonged presentation of matrix-bound ephrin-B2 to tissue adjacing the implant. This new knowledge on biomimetic fibrin vehicles for precise local delivery of membrane-bound growth factor signals may help to elucidate specific biological growth factor function, and serve as starting point for development of new treatment strategies.

Mammary epithelial-specific knockout of the ephrin-B2 gene leads to precocious epithelial cell death at lactation

The family of Eph receptor tyrosine kinases and their membrane bound ligands, the ephrins, are involved in a wide variety of morphogenic processes during embryonic development and adult tissue homeostasis. Receptor-ligand interaction requires direct cell-cell contact and results in forward and reverse signaling originating from the receptor and ligand, respectively. We have previously shown that EphB4 and ephrinB2 are differentially expressed during the development of the adult mammary parenchyma. Overexpression of EphB4 in the mammary epithelium of transgenic mice leads to perturbations in mammary epithelial morphology, motility and growth. To investigate the role of ephrinB2 signaling in mammary gland biology, we have established transgenic mice exhibiting conditional ephrinB2 knockout in the mammary epithelium. In homozygote double transgenic CreLox mice, specific knockout of ephrinB2 occurred in the mammary epithelium during the first pregnancy-lactating period. Abolishing ephrinB2 function led to severe interference with the architecture and functioning of the mammary gland at lactation. The morphology of the transgenic lactating glands resembled that of involuting controls, with decreased epithelial cell number and collapsed lobulo-alveolar structures. Accordingly, massive epithelial cell death and expression of involution-specific genes were observed. Interestingly, in parallel to cell death, significant cell proliferation was apparent, suggestive of tissue regeneration.

Deregulated ephrin-B2 expression in the mammary gland interferes with the development of both the glandular epithelium and vasculature and promotes metastasis formation

Eph receptor tyrosine kinases and their membrane-bound ephrin ligands play key roles during morphogenesis and adult tissue homeostasis. Receptor-ligand interactions result in forward and reverse signalling from the receptor and ligand respectively. To delineate the role(s) of forward and reverse signalling in mammary gland biology we have established transgenic mice exhibiting mammary epithelial-specific overexpression of either the native ephrin-B2 or a dominant negative ephrin-B2 mutant incapable of reverse signalling. During pregnancy and lactation overexpression of the native ephrin-B2 resulted in precocious differentiation, whereas overexpression of mutated ephrin-B2 caused delayed epithelial differentiation and in disturbed tissue architecture. Both transgenes affected also mammary vascularisation. Whereas ephrin-B2 induced superfluous but organised capillaries, mutant ephrin-B2 overexpression resulted in an irregular vasculature with blind-ending capillaries. Mammary tumours were not observed in either transgenic line, however, the crossing with NeuT transgenic animals revealed that mutated ephrin-B2 expression significantly accelerated tumour growth and imposed a metastatic phenotype.

The role of the Eph-ephrin signalling system in the regulation of developmental patterning

The Eph and ephrin system, consisting of fourteen Eph receptor tyrosine kinase proteins and nine ephrin membrane proteins in vertebrates, has been implicated in the regulation of many critical events during development. Binding of cell surface Eph and ephrin proteins results in bi-directional signals, which regulate the cytoskeletal, adhesive and motile properties of the interacting cells. Through these signals Eph and ephrin proteins are involved in early embryonic cell movements, which establish the germ layers, cell movements involved in formation of tissue boundaries and the pathfinding of axons. This review focuses on two vertebrate models, the zebrafish and mouse, in which experimental perturbation of Eph and/or ephrin expression in vivo have provided important insights into the role and functioning of the Eph/ephrin system.

The role of Microsomal prostaglandin synthase-1 (mPGES-1) and Ephrin B2 in Scleroderma

La sclérodermie (sclérose systémique, ScS) est une maladie auto-immune du tissu conjonctif caractérisée  par  l’épaississement  de  la  peau,  l’apparition  spontanée de lésions cicatricielles, des maladies   des   vaisseaux   sanguins,   divers   degrés   d’inflammation,   en   association   avec   un   système   immunitaire hyperactif. La pathogénèse exacte de cette maladie est inconnue et aucun traitement approprié   n’est   disponible.   La fibrose est un élément distinctif de la maladie de ScS et est considérée   résulter   d’une   incapacité   à   mettre   fin   de   façon   appropriée   à   la   réponse   normale   de   réparation   des   plaies.   L’analyse   histologique   du   stade   initial   de   la   ScS   révèle   une   infiltration   périvasculaire de cellules mononucléaires dans le derme, associée à une synthèse accrue de collagène dans les fibroblastes environnants. Ainsi, la compréhension des moyens de contrôler le stade inflammatoire de la ScS pourrait être bénéfique pour contrôler la progression de la maladie peu après son apparition. La mPGES-1 est une enzyme inductible qui agit en aval de la cyclo- oxygénase (COX) pour catalyser spécifiquement la conversion de la prostaglandine (PG) H2 en PGE2. La mPGES-1  joue  un  rôle  clé  dans  l’inflammation,  la  douleur  et  l’arthrite;;  toutefois,  le   rôle de la mPGES-1 dans les mécanismes de fibrose, spécifiquement en rapport avec la ScS humaine, est inconnu. Mon laboratoire a précédemment montré que les souris à mPGES-1 nulle sont résistantes à la fibrose   cutanée   induite   par   la   bléomycine,   à   l’inflammation,   à   l’épaississement  cutané,  à  la  production  de  collagène  et  à  la  formation  de  myofibroblastes.  Sur  la   base  de  ces  résultats,  j’ai  formulé  l’hypothèse  que  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1 régulera à la baisse la production de médiateurs pro-inflammatoires et pro-fibreux au cours de la maladie   de   ScS.   Afin   d’explorer   le   rôle   de   la   mPGES-1   dans   l’inflammation   et   la   fibrose   associées  à  la  maladie  de  ScS,  j’ai  d’abord  examiné  l’expression  de  la  mPGES-1 dans la peau normale comparativement à des biopsies de peau extraites de patients atteints de ScS. Mes résultats ont montré que la mPGES-1 est nettement élevée dans la peau de patients atteints de ScS en comparaison avec la peau humaine normale. De plus, les niveaux de PGE2 dérivés de la mPGES-1 étaient également significativement plus élevés dans les fibroblastes cutanés isolés de patients  atteints  de  ScS  comparativement  aux  fibroblastes  isolés  de  témoins  sains.  J’ai  également   étudié  l’effet  de  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1  sur  l’expression  de  marqueurs  pro- fibreux.   Mes   études   ont   montré   que   l’expression   de   médiateurs   pro-fibreux clés (α-SMA, endothéline-1, collagène de type 1 et facteur de croissance du tissu conjonctif (FCTC)) est élevée dans les fibroblastes cutanés ScS en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. Un traitement avec un inhibiteur de la mPGES-1 a eu pour effet de réduire significativement l’expression  de  l’α-SMA,  de  l’endothéline-1, du collagène de type 1 mais pas du FCTC dans les fibroblastes  ScS,  sans  effet  significatif  sur  les  fibroblastes  normaux.  J’ai  en  outre  examiné  l’effet   de  l’inhibition  de  la  mPGES-1 sur des cytokines pro-inflammatoires clés impliquées dans la pathologie de la ScS, incluant IL-6, IL-8 et MCP-1.  L’inhibition  pharmacologique  de  la  mPGES- 1 a eu pour effet de réduire significativement les niveaux de production de cytokines pro- inflammatoires IL6, IL8 et MCP-1 dans les fibroblastes avec lésion ScS comparativement à des fibroblastes non traités. De plus, les patients atteints de ScS ont présenté des niveaux plus élevés de p-AKT, de p-FAK et de p-SMAD3 en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. L’inhibiteur  de  la  mPGES-1 a pu réguler à la baisse cette expression accrue de p-AKT et de p- FAK, mais pas de p-SMAD3,  dans  les  fibroblastes  ScS.  Ces  résultats  ont  suggéré  que  l’inhibition   de la mPGES-1 pourrait être une méthode viable pour réduire le développement de sclérose cutanée et constituent une cible thérapeutique potentielle pour contrôler les mécanismes fibreux et inflammatoires associés à la pathophysiologie de la maladie de ScS. L’un   des   autres   processus   critiques   reliés   à   l’évolution de la réponse fibreuse associée à la maladie de ScS est la différenciation des fibroblastes en des cellules activées spécialisées iii iv appelées myofibroblastes, responsables de déclencher une signalisation adhésive excessive et le dépôt excessif de matrice extracellulaire,   conduisant   à   la   destruction   de   l’architecture   de   l’organe.   Ainsi,   l’identification   des   facteurs   endogènes   qui   initient/   favorisent   la   différenciation   fibroblaste-myofibroblaste peut mener à des stratégies thérapeutiques prometteuses pour contrôler  l’excès  de  signalisation  adhésive  et  de  fibrose  associé  à  la  maladie  de  ScS.  Des  études   antérieures  dans  le  domaine  de  la  biologie  du  cancer  ont  suggéré  que  l’éphrine  B2,  une  protéine   transmembranaire appartenant à la famille des éphrines, est impliquée dans la signalisation adhésive   et   le   remodelage   extracellulaire.   Cependant,   son   rôle   dans   la   fibrose   n’a   jamais   été   exploré.   Dans   la   deuxième   partie   de   mon   étude,   j’ai   donc   étudié   le   rôle   de   l’éphrine   B2   dans   la   fibrose.   Mes   études   montrent   que   l’expression   de   l’éphrine   B2   est   significativement   augmentée   dans la peau humaine ScS comparativement à la peau normale. Plus important encore, le traitement in vitro de   fibroblastes   de   la   peau   humaine   normale   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante est capable de transformer des fibroblastes en cellules myofibroblastiques manifestant toutes les caractéristiques myofibroblastiques typiques, incluant la formation accrue de  fibres  de  tension,  des  adhérences  focales,  l’activation  accrue  de  la  FAK,  un  accroissement  de   l’expression  et  de  la  migration  de  fibroblastes  et  de  leur  adhérence  à  la  fibronectine  à  la  fois  chez   les   fibroblastes   cutanés   normaux   et   ScS.   En   outre,   j’ai   traité   des   souris   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante et montré que ces souris ont développé une fibrose cutanée significative associée à une épaisseur dermique et à une synthèse de collagène augmentées, une teneur en hydroxyproline (teneur en collagène) accrue et un nombre accru de myofibroblastes exprimant de   l’α-SMA, une activation augmentée de la FAK et de marqueurs pro-fibreux incluant le collagène de type 1 et le FCTC. Dans  l’ensemble,  mes  études  ont  identifié  deux  médiateurs  endogènes  cruciaux  impliqués  dans  la   propagation  de  l’inflammation  et  de  la  fibrose  associées  à  la  maladie  de  ScS.  L’inhibition  de  la   mPGES-1   pourrait   représenter   une   bonne   stratégie   alternative   pour   contrer   l’inflammation   et   la   fibrose au moins durant les stades précoces de la maladie de ScS. De plus, une signalisation excessive   de   l’éphrine B2 favorise la signalisation adhésive et fibreuse en déclenchant la différenciation   de   fibroblastes   en   myofibroblastes   par   l’activation   de   la   voie   de   signalisation   de   la  FAK.  Ainsi,  l’inhibition  d’éphrine  B2  bloquera  la  formation  de  fibroblastes-myofibroblastes et régulera à la baisse la fibrose associée à la maladie de ScS. En somme, la mPGES-1  et  l’éphrine   B2 semblent toutes deux des cibles attrayantes pour le traitement de la ScS et des troubles fibreux qui y sont reliés.

Die Rolle von Ephrin-B2 in der Invasion maligner Gliome

Das Glioblastoma multiforme zählt zu den häufigsten glialen Neoplasien des Menschen und weist zudem unter den Gliomen die höchste Malignität auf. Glioblastompatienten haben trotz aggressiver therapeutischer Ansätze eine mittlere Überlebenszeit von weniger als einem Jahr. Die diffuse Invasion in das umliegende Hirngewebe ist einer der Hauptgründe für die Rezidivbildung und die infauste Prognose von Glioblastompatienten. Neuere Untersuchungen lassen vermuten, dass die starke Invasion auch einer der Gründe für die beobachtete anti-angiogene Resistenz bei der Behandlung von Glioblastomen ist. Das bidirektionale EphB/Ephrin-B-System wurde bei der axonalen Wegfindung als Vermittler repulsiver Signale identifiziert und auch im Zusammenhang der Migration und Invasion von Zellen überprüft. In der vorliegenden Arbeit sollte daher die Funktion der bidirektionalen Eph- und Ephrin-Signaltransduktion in Bezug auf die Glioblastominvasion und Progression untersucht werden. rn Genetische und epigenetische Untersuchungen der EphB/Ephrin-B-Familie in einer Kohorte von Gliompatienten unterschiedlicher Malignitätsgrade identifizierten Ephrin-B2 als mögliches Tumorsuppressorgen. In Übereinstimmung damit führte die Inaktivierung von Ephrin-B2 in einem murinen Gliommodell zu einer verstärkten Invasion und einem erhöhtem Tumorwachstum in vivo. Dies konnte in verschiedenen Invasion-Assays in vitro bestätigt werden. Weiterhin zeigten unsere Untersuchungen, dass Ephrin-B2 transkriptionell durch das hypoxische Mikromilieu HIF-1α-vermittelt reprimiert wird. Da HIF-1α als transkriptioneller Aktivator Ephrin-B2 nicht direkt reprimieren kann, wurden potentielle HIF-1α-regulierte Repressoren untersucht, die für die Ephrin-B2 Herunterregulation verantwortlich sein könnten. Dabei wurde anhand von Ephrin-B2-Promotoranalysen und ChIP-Assays ZEB2 als HIF-1α-induzierbarer Repressor von Ephrin-B2 identifiziert. Zur Bestätigung der Hypothese, dass ZEB2 ein wichtiger Regulator der Tumorinvasion ist, wurden humane ZEB2-Knockdown-Glioblastomzellen generiert und in vitro sowie in vivo untersucht. Im Hinblick auf mögliche therapeutische Anwendungen wurden die ZEB2-Knockdown-Glioblastomzellen zusätzlich im Zusammenhang anti-Angiogenese-induzierter Invasion analysiert. Der Verlust von ZEB2 führte dabei zu einer verringerten Glioblastominvasion und Progression in einem Maus-Xenograft Modell. Die Behandlung der Tumoren mit dem anti-VEGF-Antikörper Avastin resultierte in einer stark erhöhten Invasion, die durch die Inaktivierung von ZEB2 und der dadurch reaktivierten repulsiven Signale von Ephrin-B2 wieder aufgehoben werden konnte. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals gezeigt werden, dass Ephrin-B2 als Tumorsuppressor in Gliomen agiert und durch verschiedene Mechanismen wie der genetischen und epigenetischen Kontrolle, aber auch der HIF-1α-vermittelten, ZEB2-abhängigen Repression inaktiviert wird. Dies resultiert in einer Blockade repulsiver Signale, so dass Tumorzellen diffus in das Parenchym und zu den Blutgefäßen migrieren können. Der in dieser Arbeit neu identifizierte Signalweg stellt ein attraktives therapeutisches Ziel zur Inhibition der Tumorzellinvasion dar und ermöglicht darüber hinaus der Ausbildung von Resistenzen gegenüber anti-angiogener Behandlung entgegenzuwirken. rn

Preponderance of cells with stem cell characteristics in metastasising mouse mammary tumours induced by deregulated EphB4 and ephrin-B2 expression

We have previously shown that EphB4 and ephrin-B2 are differentially expressed in the mammary gland and that their deregulated expression in the mammary epithelium of transgenic mice leads to perturbations of the mammary parenchyma and vasculature. In addition, overexpression of EphB4 and expression of a truncated ephrin-B2 mutant, capable of receptor stimulation but incapable of reverse signalling, confers a metastasising phenotype on NeuT initiated mouse mammary tumours. We have taken advantage of this transgenic tumour model to compare stem cell characteristics between the non-metastasising and metastasising mammary tumours. We analysed the expression of the proliferation attenuating p21(waf) gene, which was significantly increased in the metastasising tumours. Moreover, we compared the expression of CK-19, Sca-1, CD24 and CD49f as markers for progenitor cells exhibiting a decreasing differentiation grade. Sca-1 expressing cells were the earliest progenitors detected in the non-metastasising NeuT induced tumours. The metastasising NeuT/EphB4 tumours were enriched in CD24 expressing cells, whereas the metastasising NeuT/truncated ephrin-B2 tumours contained in addition significant amounts of CD49f expressing cells. The same cell populations were also enriched in mammary glands of single transgenic MMTV-EphB4 and MMTV-truncated ephrin-B2 females indicating that deregulated EphB4-ephrin-B2 signalling interferes with the homeostasis of the stem/progenitor cell pool before tumour formation is initiated. Since the same cell populations are enriched in the normal tissue, primary mammary tumours and metastases we conclude that these progenitor cells were the origin of tumour formation and that this change in the tumour origin has led to the acquisition of the metastatic tumour phenotype.

Deregulated ephrin-B2 signaling in mammary epithelial cells alters the stem cell compartment and interferes with the epithelial differentiation pathway

Cancer most probably originates from stem/progenitor cells and exhibits a similar cell hierarchy as normal tissues. Moreover, there is growing evidence that only the stem cells are capable of metastasis formation. We have previously shown that overexpression of a dominant negative ephrin-B2 mutant interferes with mammary gland differentiation and confers a metastatic phenotype to NeuT-induced mammary tumors with an increase in cells with stem/progenitor characteristics. To investigate the role of ephrin-B2 in the control of the mammary stem cell niche, we analyzed the mammary stem and progenitor cell populations in transgenic mice overexpressing the mutant ephrin-B2. Quantification by FACS analysis revealed a significant increase of cells in the basal/alveolar cell-, the bi-potent progenitor- and the stem cell-enriched fractions. Moreover, the supposed precursors of estrogen receptor-positive cells were elevated in the stem cell-enriched fraction. In contrast, the epithelium from transgenic mice overexpressing the native ephrin-B2 gene showed an augmentation of the luminal cell- and the bi-potent progenitor-enriched fractions. Repopulation assays revealed that the epithelial cells of truncated ephrin-B2 transgenic epithelial cells have a higher regeneration capacity than those of controls and of native ephrin-B2 transgenic mice, confirming the augmentation of stem cells. Morphologically, these outgrowths exhibited impaired basal/luminal compartmentalization and epithelial polarization. These results demonstrate that deregulated ephrin-B2 expression interferes with the regulation of the stem cell niche and leads to a shift of the differentiation pathway and may thereby contribute to the acquisition of the metastatic phenotype long before carcinogenic growth becomes apparent.

Dissecting the EphA3/ephrin-A5 interactions using a novel functional mutagenesis screen

The EphA3 receptor tyrosine kinase preferentially binds ephrin-A5, a member of the corresponding subfamily of membrane-associated ligands. Their interaction regulates critical cell communication functions in normal development and may play a role in neoplasia. Here we describe a random mutagenesis approach, which we employed to study the molecular determinants of the EphA3/ephrin-A5 recognition. Selection and functional characterization of EphA3 point mutants with impaired ephrin-A5 binding from a yeast expression library defined three EphA3 surface areas that are essential for the EphA3/ephrin-A5 interaction. Two of these map to regions identified previously in the crystal structure of the homologous EphB2-ephrin-B2 complex as potential ligand/receptor interfaces. In addition, we identify a third EphA3/ephrin-A5 interface that falls outside the structurally characterized interaction domains. Functional analysis of EphA3 mutants reveals that all three Eph/ephrin contact areas are essential for the assembly of signaling-competent, oligomeric receptor-ligand complexes.

Three distinct molecular surfaces in ephrin-A5 are essential for a functional interaction with EphA3

Eph receptor tyrosine kinases (Ephs) function as molecular relays that interact with cell surface-bound ephrin ligands to direct the position of migrating cells. Structural studies revealed that, through two distinct contact surfaces on opposite sites of each protein, Eph and ephrin binding domains assemble into symmetric, circular heterotetramers. However, Eph signal initiation requires the assembly of higher order oligomers, suggesting additional points of contact. By screening a random library of EphA3 binding-compromised ephrin-A5 mutants, we have now determined ephrin-A5 residues that are essential for the assembly of high affinity EphA3 signaling complexes. In addition to the two interfaces predicted from the crystal structure of the homologous EphB2 center dot ephrin-B2 complex, we identified a cluster of 10 residues on the ephrin-A5 E alpha-helix, the E-F loop, the underlying H beta-strand, as well as the nearby B - C loop, which define a distinct third surface required for oligomerization and activation of EphA3 signaling. Together with a corresponding third surface region identified recently outside of the minimal ephrin binding domain of EphA3, our findings provide experimental evidence for the essential contribution of three distinct protein-interaction interfaces to assemble functional EphA3 signaling complexes.

EphB2 and two of its ligands have dynamic protein expression patterns in the developing olfactory system

Primary olfactory neurons are located in the olfactory neuroepithelium lining the nasal cavity. Their axons converge and form glomeruli with the dendrites of second-order neurons in the olfactory bulb. The molecular basis of primary olfactory axon guidance, targeting and subsequent arborisation is largely unknown. In this study we examined the spatio-temporal expression of the Eph receptor EphB2 and its ligands, ephrin-B1 and ephrin-B2, during development of the rat primary olfactory system. Unlike in other regions of the nervous system where receptor and ligand expression patterns are usually non-overlapping, EphB2, ephrin-B1 and ephrin-B2 were all expressed by primary and second-order olfactory neurons. In the embryonic animal we found that these three proteins had distinct and different expression patterns. EphB2 was first expressed at E18.5 by the perikarya of primary olfactory neurons. In contrast, ephrin-B1 was expressed from E13.5 and was localised to the axons of these cells up to E18.5 but was then restricted to the perikarya. Ephrin-B2, however, was expressed by olfactory ensheathing cells. EphB2, ephrin-B1 and ephrin-B2 were also expressed in the prenatal olfactory bulb and were restricted to the perikarya of mitral cells. In the post-natal olfactory bulb there was a shift in the localisation of both EphB2 and ephrin-B1 to the dendritic arborisations of mitral cells. The dynamic and tightly regulated spatio-temporal expression patterns of EphB2, ephrin-B1 and ephrin-B2 by specific olfactory cell populations suggest that these molecules have the potential to regulate important developmental events in the olfactory system. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Complementary and layered expression of Ephs and Ephrins in developing mouse inner ear

The distributions of the Eph-class receptors EphA4 and EphB 1, and their ligands ephrin-A2, ephrin-B1, and ephrin-B2, were analysed by immunostaining in the mouse inner ear. Complementary patterns of EphA4 and its potential ligand ephrin-A2 were found, with ephrin-A2 in many of the structures lining the cochlear duct and within the cochlear nerve cells, and EphA4 in the deeper structures underlying the cochlear duct and in the cells lining the nerve pathway. EphB1 and its potential ligands ephrin-B1 and ephrin-B2 showed a segregated layered expression in the lateral wall of the cochlear duct (the external sulcus), which together with EphA4 expressed in the area, form a four-layered structure with an alternating pattern of receptors and ligands in the different layers. This arrangement gives the potential for different bidirectional Eph-mediated interactions between each of the layers. The results suggest that the Eph system in the cochlea may have a role in maintaining cell segregation during phases of cochlear development. (C) 2002 Wiley-Liss, Inc.

Étude de la signalisation Sonic Hedgehog dans le guidage des axones de la rétine lors de l’établissement de la vision binoculaire

Chez les animaux à vision binoculaire, la vision tridimensionnelle permet la perception de la profondeur grâce à l'intégration de l'information visuelle en provenance des deux yeux. La première étape de cette intégration est rendue possible anatomiquement par la ségrégation des axones controlatéraux et ipsilatéraux des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) au niveau du chiasma optique. Les axones controlatéraux croisent la ligne médiane au chiasma en route du nerf optique vers le cerveau. À l’inverse, les axones ipsilatéraux s'écartent du chiasma et continuent dans le tractus optique ipsilatéral, en évitant la ligne médiane vers leurs cibles cérébrales. Les mécanismes moléculaires à la base de ce phénomène ne sont pas complètement compris. Les études présentées dans cette thèse montrent que Boc, le récepteur de Sonic Hedgehog (Shh) dans le guidage axonal, est enrichi dans les CGRs ipsilatérales de la rétine en développement. La présence de Shh sur la ligne médiane, et le mode d'expression complémentaire du récepteur nous ont conduit à émettre l'hypothèse que Shh pourrait repousser les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma en activant le récepteur Boc. Conformément à cette hypothèse, nous avons constaté que seulement les CGR exprimant Boc se rétractent in vitro en réponse à Shh et que cette réponse est perdue dans les CGR mutantes pour Boc. In vivo, nous démontrons que Boc est requis pour la ségrégation normale des axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique et, inversement, que l'expression ectopique de Boc dans les CGR contralatérales empêche leurs axones de traverser le chiasma optique. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que Shh repousse les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique par son récepteur Boc. Cette première partie de notre travail identifie un nouveau couple ligand-récepteur requis pour la ségrégation des axones au niveau du chiasma optique. Une interaction moléculaire impliquée dans cette ségrégation implique l’éphrine-B2 et ses récepteurs EphB (EphB1). Dans la deuxième partie de notre travail, nous montrons, in vivo, en utilisant des souris doubles et quadruples mutantes pour les récepteurs Boc, EphB1 ou les trois récepteurs EphB, que l’abrogation des deux voies de signalisation Shh et éphrine-B2 conduit à l'absence de projections ipsilatérales. Ceci indique que les deux signalisations agissent de façon indépendante dans des voies parallèles. De manière intéressante, ces souris mutantes ont été utilisées comme modèle génétique pour démontrer des défauts dans la perception de la profondeur de champs chez des animaux dépourvus de projections visuelles ipsilatérales. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que la formation des projections rétiniennes ipsilatérales est essentielle à l’établissement de la vision binoculaire et dépend des voies induites par les récepteurs d’éphrine-B2 et Shh.