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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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Introduction
• Les gènes hox
Impliqués dans l’identité 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)
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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
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Introduction
• Expression selon 2 vagues d’activation
1er vague : phase précoceMal caractériséeGène hoxd 1-9 tout le bourgeon au stade E9Gène hoxd 10-13 localisé vers partie postérieurePermet formation stylopode et zeugopode
Postérieur
Antérieur
Sens d’expression
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Introduction
• Expression selon 2 vagues d’activation
2nd vagueGènes hoxd 10-13 uniquement localisés dans partie distalePermet formation autopodePrésence d’un enhancer en 5’
Distal
Sens d’expression
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Délétions et duplications dans cluster hoxd
(Fig. 1)
Insertion d’un site Lox / lignée
Recombinaison méthode Cre-Lox par croisement
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Obtention de lignée avec délétion ou duplication
Délétion
Duplication
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• On aura différentes souches
Délétions de gènes internes
Délétions des gènes en 5’ du cluster
Duplications de gènes internes
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Objectifs de l’article
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 ?
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Résultats
Matériels et méthodes
Utilisation d’embryons de souris à différents stades de développement
Hybridation in situ des embryons avec des sondes ARN des différents transcrits des gènes hoxd
Comparaison d’un mutant avec un individu WT de la même portée
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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)
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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 d’expression plus précoce de ces gènes
Les gènes observés ne sont pas directement en 5’ de la délétion
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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 d’expression
Ant post
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Effet des duplications sur les colinéarités spatiale et
temporelle(Fig. 3)
Observation de l’expression des gènes hoxd 10, 11, 12 à différents stades embryonnaires
Pas ou peu d’expressions des
gènes hoxd 11 et 12 chez les mutants à
10 jours Expression retardée des gènes en
amont de la duplication
Embryon à 10j
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Embryon à 11j
Expression des gènes anormalement restreinte dans la partie postérieure
Postériorisation du profil d’expression des gènes en amont de
la duplication
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Embryon à 9,5j
Même observation avec une plus petite
duplication
Les spécificités spatiale et temporelle d’activation pendant la phase précoce de
croissance du bourgeon du membre antérieur sont probablement déterminées par la position relative d’un gène hoxd à l’intérieur du cluster
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Une activation précoce (plus près du 3’) antériorisation du profil d’expression
Une activation tardive (plus loin du 3’) Postériorisation du profil d’expression
Il existe donc un élément régulateur en 3’ du cluster
L’activation progressive des gène de 3’ en 5’ est fonction de la distance relative des
gènes par rapport à cet élément
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Est-ce que la deuxième vague d’expression est touchée?Embryon à
12j Toujours postériorisation de l’expression (zeugopode)
2e vague d’expression non modifiée (autopode)
La modification dans le délai d’activation 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
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Effet des délétions en 5’ sur la colinéarité spatiale et temporelle
(Fig. 4)
Anté
rieur
Post
érie
ur
Embryon à 10,5j
Postériorisation de l’expression quand gène est proche du 5’ du cluster
Un élément en 5’ restreint l’expression à la partie postérieure
Puisque l’expression commence en 3’, si on lève les gène en 5’ on ne devrait voir aucun changement par
rapport au WT mais…
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Anté
rieur
Post
érie
ur
Embryon à 12j
Postériorisation de l’expression
Expression des gènes hoxd 4, 8 et 9 dans l’autopode
Les gènes considérés comme étant en 3’ du cluster adoptent la régulation des gènes situés
en 5’ c’est-à-dire la régulation de la 2nd vague
(Si ils ont la localisation appropriée)
Absence de promoteurs spécifiques dans ce processus de régulation
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Anté
rieur
Post
érie
ur
Embryon à 9,2j
Expression prématurée
Evx2 est sous le même contrôle que la deuxième vague
Expression précoce (normalement en même temps que
2nd vague i.e. 10-11 jour)
Postériorisation
10,5j
12j Evx2 soumis à la même colinéarité d’expression
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Conclusion
2 vagues d’activation des gènes hoxd
sont nécessaires pour le développement
complet du membre
Existence d’un régulateur en 3’
responsable de la colinéarité temporelle
Existence d’un régulateur en 5’
responsable de la colinéarité spatiale
(restriction)
Régulateur en 5’ activateur de la 2e
vague (5 derniers gènes du cluster)
différent de celui de la 1e vague
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ConclusionColinéarité temporelle : contrôlée par ELCR (early limb control region) en 3’
Colinéarité spatiale :
Contrôlée par POST qui induit une inhibition de l’expression antérieure des gènes le plus en 5’ du cluster candidate Gli 3 Formation de la partie proximale du membre
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Régulateur en 5’ GCR : active les gène de la 2e vague à 10,5j (hoxd9-13 et evx2)
Ce régulateur est non spécifique de ces gènes (active les 5 derniers du cluster (figure4)
2e vague permet la formation des parties distales (doigts)
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Discussion
La 1e vague expression de SHH dans la partie postérieure du bourgeon
SHH 2e vague d’expression des gène hoxd
L’expression asymétrique des gènes hoxd 10-13 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