Nouveaux Défis du Réseau Régulateur du Développement Précoce de la Crete Neurale – CRESTNETMETABO

Le développement des vertébrés est orchestré par des réseaux géniques régulateurs (GRNs) complexes et largement incompris. Les redondances entre protéines, les échanges de paralogues entre espèces et les mécanismes de compensation/sauvegarde rendent leur établissement difficile mais riche en découvertes. Comprendre ces GRNs et leur conservation est essentiel pour modéliser le développement normal et les pathologies humaines. L’utilisation à visée thérapeutique des cellules souches pluripotentes requiert cette connaissance afin de contrôler finement leur différenciation basée sur ces GRNs.

Nous étudions le réseau précoce contrôlant l'induction et la transition épithélium-mésenchyme (TEM) de la crête neurale (CN). La CN est une population cellulaire des embryons vertébrés, formant notamment les neurones et la glie périphériques, les mélanocytes et le squelette cranio-facial. De nombreuses malformations congénitales résultent d'altérations de la CN. Le GRN de la CN se subdivise en étapes: induction, TEM, migration et différenciation. Nos travaux ont fourni une première ébauche des étapes géniques précoces de ce GRN (Monsoro-Burq & al, Development 2003; Dev. Cell 2005; De Crozé & al, PNAS 2011; Milet & al, PNAS 2013).

Dans ce projet, notre consortium regroupe des expertises en développement de la CN dans des modèles mammifères et non mammifères, et en biostatistiques. Ainsi, nous répondons au défi de construire un réseau complet de l'induction et TEM de la CN céphalique et troncale des vertébrés, incluant éléments conservés et éléments modèle-spécifiques.

Nous focaliserons le réseau sur l'induction de la CN par le facteur de transcription Pax3 (ou son paralogue Pax7) et ses partenaires (Zic1, Msx1).. Nous avons montré que Pax3 est au coeur de l'induction de la CN (céphalique, cardiaque et troncale) chez les amphibiens, et en coopération avec ces partenaires, il suffit à induire de la CN multipotente fonctionnelle à partir de cellules pluripotentes (PNAS 2013). De plus, Pax3/7 est nécessaire à la formation de la CN troncale et cardiaque, chez les animaux aquatiques (Dev. Cell 2005) et chez les amniotes (oiseau, Bronner lab, Nature 2006; souris Splotch, létale embryonnaire, lignées knock-in (Relaix)). Les données disponibles chez les mammifères grâce aux mutants Pax3/Pax7 (souris et homme) suggèrent que la formation de la CN céphalique est induite chez ces mutants, et que les défauts apparaissent après l’étape de migration (Relaix lab, Dev Cell 2015). Chez l'Homme, les patients sont hétérozygotes (Syndrome de Waardenburg I, 1/42000 naissance) et souffrent notamment de surdité, de défauts de pigmentation et de malformations craniofaciales. Nous explorerons donc l'existence de mécanismes conservés ou alternatifs, pour la formation de la CN selon son niveau axial.

Utilisant RNAseq et ChIPseq, bioinformatique et la diversité des tests d'induction de CN développés chez les amphibiens et la souris, notre consortium construira et comparera les GRNs régissant le développement précoce de la CN, en présence ou absence de Pax3/7. Le réseau parcellaire actuel est limité aux molécules de signalisation et à quelques facteurs de transcription. Nos données préliminaires ont mis en évidence des régulateurs métaboliques répondant à Pax3 (Nat. Commun. 2015 et non publié). Ainsi, Pax3 pourrait coordonner l'activation des acteurs du NC-GRN et l'homéostasie de la cellule, comme dans les tumeurs. Notre second objectif est l’analyse des mécanismes de ces nouvelles régulations pour avoir un tableau complet de la cascade activée par Pax3. Pour nos deux objectifs, nous génèrerons des données à large échelle, que nous validerons dans les modèles animaux ou cellulaires. Nous développerons également des interfaces d'accès à ces données pour la communauté scientifique. Ce projet est la première approche complète de l'induction et de la TEM de la CN, faisant la connexion entre les modèles animaux mammifères ou non et les neurocristopathies humaines liées à Pax3.