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Control of Hoxd Genes Collinearity during Early Limb Development Basile Tarchini and Denis Duboule Developmental Cell - January, 2006.

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1 Control of Hoxd Genes Collinearity during Early Limb Development Basile Tarchini and Denis Duboule Developmental Cell - January, 2006

2 Introduction Les gènes hox Impliqués dans lidentité cellulaire le long de axe du corps Codent pour facteur transcription régulateurs de gènes 4 complexes homologues de gènes hox (a, b, c et d)

3 Introduction Notion de colinéarité Extrémité 3 plus tôt – structures antérieures Extrémité 5 plus tard – structures postérieures Étude de hox d : développement précoce du bourgeon de membre

4 Introduction Expression selon 2 vagues dactivation 1 er vague : phase précoce Mal caractérisée Gène hoxd 1-9 tout le bourgeon au stade E9 Gène hoxd localisé vers partie postérieure Permet formation stylopode et zeugopode PostérieurAntérieur Sens dexpression

5 Introduction Expression selon 2 vagues dactivation 2 nd vague Gènes hoxd uniquement localisés dans partie distale Permet formation autopode Présence dun enhancer en 5 Distal Sens dexpression

6 Délétions et duplications dans cluster hoxd (Fig. 1) Insertion dun site Lox / lignée Recombinaison méthode Cre-Lox par croisement

7 Obtention de lignée avec délétion ou duplication Délétion Duplication

8 On aura différentes souches Délétions de gènes internes Délétions des gènes en 5 du cluster Duplications de gènes internes

9 Objectifs de larticle Quels sont les mécanismes régulateurs de la colinéarité spatiale et temporelle des gènes hoxd dans le développement précoce du bourgeon du membre supérieur de la souris ?

10 Résultats Matériels et méthodes Utilisation dembryons de souris à différents stades de développement Hybridation in situ des embryons avec des sondes ARN des différents transcrits des gènes hoxd Comparaison dun mutant avec un individu WT de la même portée

11 Embryons stade 9-9,5 j Les gènes observés sont directement en 5 de la délétion Expression des gènes uniquement dans les mutants au stade 9-9,5j Expression précoce des gènes hoxd observés dans les individus possédant une délétion Effet des délétions internes sur la colinéarité temporelle (Fig. 2 A-I)

12 Expression précoce des gènes hoxd 10, hoxd 11, hoxd 13 Même résultats à un stade plus précoce avant la formation du bourgeon Les délétions et donc le rapprochement des gènes vers la partie 3 du cluster entraînent un timing dexpression plus précoce de ces gènes Les gènes observés ne sont pas directement en 5 de la délétion

13 Effet des délétions internes sur la colinéarité spatiale (Fig. 2 J-O) Observation des limb bud à 10,2-10,7 jours Expression des gènes dans une partie plus antérieure chez les mutants que chez les WT Les délétions et donc le rapprochement des gènes vers la partie 3 du cluster entraînent une antériorisation de leur profil dexpression Ant post

14 Effet des duplications sur les colinéarités spatiale et temporelle (Fig. 3) Observation de lexpression des gènes hoxd 10, 11, 12 à différents stades embryonnaires Pas ou peu dexpressions des gènes hoxd 11 et 12 chez les mutants à 10 jours Expression retardée des gènes en amont de la duplication Embryon à 10j

15 Embryon à 11j Expression des gènes anormalement restreinte dans la partie postérieure Postériorisation du profil dexpression des gènes en amont de la duplication

16 Embryon à 9,5j Même observation avec une plus petite duplication Les spécificités spatiale et temporelle dactivation pendant la phase précoce de croissance du bourgeon du membre antérieur sont probablement déterminées par la position relative dun gène hoxd à lintérieur du cluster

17 Une activation précoce (plus près du 3) antériorisation du profil dexpression Une activation tardive (plus loin du 3) Postériorisation du profil dexpression Il existe donc un élément régulateur en 3 du cluster Lactivation progressive des gène de 3 en 5 est fonction de la distance relative des gènes par rapport à cet élément

18 Est-ce que la deuxième vague dexpression est touchée? Embryon à 12j Toujours postériorisation de lexpression (zeugopode) 2 e vague dexpression non modifiée (autopode) La modification dans le délai dactivation des gènes et dans leur localisation est maintenu au cours de la croissance Les mécanismes de régulation de la deuxième vague sont indépendants de ceux de la première vague

19 Effet des délétions en 5 sur la colinéarité spatiale et temporelle (Fig. 4) Antérieur Postérieur Embryon à 10,5j Postériorisation de lexpression quand gène est proche du 5 du cluster Un élément en 5 restreint lexpression à la partie postérieure Puisque lexpression commence en 3, si on lève les gène en 5 on ne devrait voir aucun changement par rapport au WT mais…

20 Antérieur Postérieur Embryon à 12j Postériorisation de lexpression Expression des gènes hoxd 4, 8 et 9 dans lautopode Les gènes considérés comme étant en 3 du cluster adoptent la régulation des gènes situés en 5 cest-à-dire la régulation de la 2 nd vague (Si ils ont la localisation appropriée) Absence de promoteurs spécifiques dans ce processus de régulation

21 Antérieur Postérieur Embryon à 9,2j Expression prématurée Evx2 est sous le même contrôle que la deuxième vague Expression précoce (normalement en même temps que 2 nd vague i.e jour) Postériorisation 10,5j 12j Evx2 soumis à la même colinéarité dexpression

22 Conclusion 2 vagues dactivation des gènes hoxd sont nécessaires pour le développement complet du membre Existence dun régulateur en 3 responsable de la colinéarité temporelle Existence dun régulateur en 5 responsable de la colinéarité spatiale (restriction) Régulateur en 5 activateur de la 2 e vague (5 derniers gènes du cluster) différent de celui de la 1 e vague

23 Conclusion Colinéarité temporelle : contrôlée par ELCR (early limb control region) en 3 Colinéarité spatiale : Contrôlée par POST qui induit une inhibition de lexpression antérieure des gènes le plus en 5 du cluster candidate Gli 3 Formation de la partie proximale du membre

24 Régulateur en 5 GCR : active les gène de la 2 e vague à 10,5j (hoxd9-13 et evx2) Ce régulateur est non spécifique de ces gènes (active les 5 derniers du cluster (figure4) 2 e vague permet la formation des parties distales (doigts)

25 Discussion La 1 e vague expression de SHH dans la partie postérieure du bourgeon SHH 2 e vague dexpression des gène hoxd Lexpression asymétrique des gènes hoxd Asymétrie du membre final Présence de deux vagues pour former les parties distales et proximales origines phylogénétiques différentes Mécanismes applicables aux membres postérieurs Peut être également généralisé à tous les vertébrés ayant des membres


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