Tadairo Limura et Olivier Pourquié Collinear activation of Hoxb genes during gastrulation is linked to mesoderm cell ingression. Tadairo Limura et Olivier Pourquié Par Belkacem OTSMANE et Fabien SOULAVIE

La gastrulation…

Les somites: Origine: mésoderme para axiale Métamérisation des somites Sclérotome: précurseur des vertèbres Régionalisation de la colonne vertébrale suivant l’axe antéro-postérieur GÈNES HOX

La différenciation des vertèbres cervicales, lombaires et sacrées requiert une expression séquentielle des gènes Hox Quatre complexes homologues de gènes Hox

2 notions: combinatoire et colinéarité. Positionnement et identité cellulaire.

Analyse de l’activation des gènes Hox dans le mésoderme para axial. 3HH 4HH 5HH 5HH 6HH 7HH activation des gènes Hoxb: Dans l’épiblaste adjacent les 2/3 post du sillon primitif Dans cellules pénétrant dans le sillon primitif Maintenue dans les dérivés mésodermiques de ces cellules. 4HH 5HH 6HH 7HH 5som 6som

Greffe de fragments d’épiblaste marquées. Ectoderme neural et épidermique Mésoderme para axial Plaque latérale mésodermique Mesoderme extra embryonnaire L’ingression des cellules précurseurs des somites continue après le début de régression de la ligne primitive.

Surexpression des gènes Hoxb Greffe de fragments du sillon antérieur surexprimants les gènes Hoxb. Colinéarité d’expression 5HH 40h

Double greffe… Comparaison entre Hoxb4 et Hoxb9 Cellules Hoxb4: Hoxb4: rouge / hoxb9: vert Comparaison entre Hoxb4 et Hoxb9 Cellules Hoxb4: Ingresse dans MPS Cellules Hoxb9: localisés Dans l’épiblaste fig. p Queue postérieur de l’embryon

Double greffe (2)… Comparaison entre hoxb1 vert et du même coté hoxb9 rouge Très tôt ingression de cellules hoxb1 Hoxb9 reste localisé dans l’épiblaste Après 28h, cellules hoxb1 plus ant que hoxb9

Conclusions… La surexpression d’un gène hox dans des cellules greffés en position plus postérieure peut retarder leur ingression Cela altère la migration des cellules du mésoderme para axial le long de l’axe AP. Les cellules auront une position plus postérieur que la normale.

Visualisation de cellules transfectées surexprimants différents gènes Hox. On transfecte successivement deux constructions marquées avec deux couleurs différentes.

Hoxb9-ZsGreen Vs Hoxb1-DsRed Les cellules qui sur expriment Hoxb9 (en vert) migrent de manière plus postérieur que les cellules exprimant Hoxb1 (en rouge) Avec toutes les combinaisons, les cellules qui expriment le gène Hox le plus en 5’ sont toujours localisées en arrière. L’invagination des cellules vertes est retardée par rapport à celle des cellules rouges. Figure 3: embryon transfecté au stade 5HH 16 heures posttransfection. a vue de dessus. b section transversale 4 heures après transfection.

Hoxb9 est bien nécessaire à la migrations des cellules dans la partie postérieur. On compare la migration de cellules transfectées soit avec Hoxb9-ZsGreen, soit avec un Hoxb9 muté-DsRed. On ne voit plus le retard de l’invagination avec le Hoxb9 muté. Figure 3c: 5 heures posttransfection.

Evaluation de l’impact quantitatif de l’expression d’un gène Hox. On compare l’effet de deux constructions: Hoxb9 sous le contrôle d’un promoteur fort, pCAGGS. Hoxb9 sous le contrôle d’un promoteur faible thymidine kinase (pTK). Pour pouvoir suivre les cellules exprimant le promoteur faible, on a inclu au plasmide un gène pCAGGS-EGFP.

Résultats: Les cellules marquées se situent au même niveau. Les cellules qui ont Hoxb9-pTK (en vert) ont le même phénotype que les cellules ayant reçu Hoxb9-pCAGGS (en rouge). On trouve les mêmes résultats avec un autre gène Hox postérieur ainsi qu’avec un promoteur faible différent. Figure 3d: 16 heures après transfection.

Conclusion: La dose d’expression des gènes Hox n’a pas d’influence significative sur la position final des cellules le long de l’axe antero-postérieur.

Est-ce que les gènes Hox les plus en 5’ du cluster sont fonctionnellement dominants par rapport aux gènes les plus en 3’? On compare la distribution de descendants de cellules greffées sur-exprimants Hoxb9 et/ou Hoxb4.

Résultats: Les cellules qui expriment les deux gènes migrent au même niveau que les cellules exprimant Hoxb9 seul. Les cellules qui expriment Hoxb4 se trouvent plusieurs somites en avant. Figure 3

Conclusion: On trouve les mêmes résultats avec Hoxb7 et Hoxb1. Les gènes Hox les plus en 5’ sont capables de supprimer l’effet des gènes plus antérieurs.

Des greffes hétéro chroniques devraient nous amener à des résultats similaires. On greffe un fragment de sillon primitif d’un embryon précoce sur un embryon tardif, ou l’inverse.

Embryon tardif recevant une greffe d’embryon précoce: Les cellules marquées migrent au même niveau antérieur que les cellules marquées du contrôle, mais ces cellules n’atteignent pas le bourgeon caudal. Dans le cas de la greffe hétéro chronique, on voit que les cellules marquées n’atteignent pas le bourgeon caudal. Figure 4: a,c principe de la greffe. b,d 20 heures après la greffe.

Embryon précoce recevant une greffe d’embryon tardif: Les cellules de la greffe hétérochronique migrent à un niveau plus postérieur que les cellules du contrôle. Figure 4: e,g principe de la greffe. f,h 20 heures après la greffe.

Les gènes Hox postérieurs retardent la migration des cellules (même greffe). A 6 heures après la greffe, on ne voit pas encore d’émigration des cellules. Cohérent avec le fait que les gènes Hox postérieurs retardent la migration des cellules. Figure 4: i 6 heures après la greffe. j hybridation In situ de Hoxb9 sur le même embryon.

Conclusion: Des données identiques ont été trouvées pour le modèle murin. Les gènes Hox exprimés dans une greffe de sillon primitif contrôlent la migration des descendantes de ses cellules.

Discussion: A un temps définit, l’invagination des cellules de l’épiblaste est contrôlée par le gène Hox le plus en 5’ que les cellules expriment. Quand un gène Hox plus postérieur est exprimé, les propriétés de migration des cellules sont changées, la migration est également retardé. Cette expression s’étend rapidement aux cellules environnantes qui montrent alors les même propriétés de migration. Jusqu’à l’expression du prochain gène Hox qui changera les propriétés de migration des cellules qui l’expriment.

Discussion: Ce processus assurerait que l’invagination de groupes de cellules consécutifs exprimant différentes combinaisons de gènes Hox s’établirait depuis chaque autre groupe le long de l’axe antero-postérieur. Cette invagination ordonnée des cellules de l ’épiblaste pourrait constituer une étape pour la mise en place du profil imbriqué du domaine d’expression des gènes Hox, c’est-à-dire leur colinéarité spatial.