Dissection et modélisation du réseau génétique gouvernant la régionalisation de l'ectoderme au cours du développement de l'embryon d'oursin: caractérisation de nouveaux régulateurs de la formation de l'axe dorso-ventral en amont et en aval de Nodal. – Echinodal

Au cours du développement embryonnaire, des gradients de morphogènes émanant de centres de signalisation contrôlent la spécification des axes embryonnaires et la destinée des cellules. Comment ces sources de morphogènes sont-elles établies et comment ces gradients sont-ils traduits en patrons d'expression spécifiques sont des questions centrales dans la biologie du développement contemporaine. Ce projet vise à répondre à ces questions en disséquant et en modélisant le réseau génétique qui gouverne la régionalisation de l'ectoderme chez l' embryon d'oursin, un organisme phylogénétiquement proche des vertébrés mais présentant de nombreux avantages pour l'étude des réseaux génétiques.
Notre laboratoire a joué un rôle leader dans ce domaine en montrant que les morphogènes Nodal et BMP2/4 jouent des rôles primordiaux dans la mise en place des axes embryonnaires de l'embryon d'oursin. Nodal agit au sommet d'un réseau de facteurs de transcription et de molécules de signalisation qui contrôle la régionalisation le long de l’axe dorso-ventral. Nous souhaitons aujourd'hui donner une dimension globale et génomique à l'étude des mécanismes contrôlant la formation et l'interprétation des gradients de morphogènes Nodal et BMP.
Nous avons récemment obtenu un ensemble de résultats préliminaires qui constitue le socle de ce projet. Nous avons identifié un nouveau ligand TGF beta maternel et une protéine transmembranaire qui jouent des rôle cruciaux et très précoces dans la restriction spatiale de l’expression de nodal. Par ailleurs, nous avons découvert que le répresseur transcriptionnel à domaine ETS Tel est un régulateur majeur de l'expression spatiale de nodal en aval de la kinase p38. La similarité entre les phénotypes causés par l’inactivation de chacun de ces trois facteurs suggère fortement qu'ils agissent dans une même voie. Le premier volet de ce projet sera centré sur la dissection de cette nouvelle voie et sur l'étude des relations entre ces facteurs, la voie p38 et le facteur Tel. Nous voulons également étudier les mécanismes permettant l'interprétation des signaux Nodal et BMP2/4 et déterminer si ces ligands agissent comme des morphogènes diffusibles.
Le deuxième volet de ce projet concernera la dissection et la modélisation du réseau génétique activé par Nodal et BMP2/4. Un crible transcriptomique réalisé au laboratoire nous a permis d'identifier et de valider environ quinze nouveaux gènes exprimés de façon très précoce, en aval de Nodal ainsi que plusieurs gènes réprimés par la voie Nodal. Ces gènes codent pour une variété de facteurs parmi lesquels des facteurs de transcription, des protéines sécrétées et des facteurs de signalisation jamais décrits. Nous proposons d'étudier la fonction de ces gènes et de les positionner au sein du réseau qui gouverne la régionalisation de l'ectoderme.
Afin de tester le rôle des composants de ce réseau et dans le but de comprendre comment son architecture lui permet d’être à la fois robuste face à des perturbations expérimentales ou environnementales mais suffisamment plastique pour permettre l’émergence de scénarios évolutifs divers, nous développerons un modèle logique de ce réseau.
Le dernier volet de ce projet sera consacré à l'étude des mécanismes permettant aux cellules d'interpréter les signaux Nodal et BMP2/4 au niveau de leurs gènes cibles. Nous voulons commencer à disséquer les modules de régulation en cis de ces gènes. Des analyses bioinformatiques basées sur la conservation inter-espèces des séquences de régulation en cis et sur la comparaison de l'architecture des enhancers et des sites de fixation de facteurs de transcription seront utilisées pour tenter de prédire les modules de régulation en cis des gènes cibles de Nodal et BMP2/4. Ces études devraient fournir des informations inédites sur les mécanismes par lesquels les modules de régulation de ces gènes permettent la régulation fine de l’expression du génome au cours du développement.