b) Régulation des gènes Hox dans le rhombencéphale

III.3.b) Régulation des gènes Hox dans le rhombencéphale 

  L’acide rétinoique (AR) est le régulateur des gènes Hox dans le rhombencéphale  le  mieux  caractérisé.  Nous  reviendrons  plus  en  détail  sur  le  rôle  de  cette  voie  de  signalisation dans le développement du tube neural. De nombreux gènes Hox possèdent  dans leurs séquences régulatrices des éléments de réponse à l’AR (RARE) – c’est le cas  des  gènes  Hoxa1,  Hoxb1,  Hoxa4,  Hoxb4  et  Hoxd4  (Marshall  et  al.,  1994;  Frasch  et  al.,  1995; Morrison et al., 1996; Gould et al., 1998; Packer et al., 1998) – et la délétion de ces  sites altère l’expression des Hox dans le rhombencéphale, confirmant l’implication de la  voie  AR  dans  la  régulation  des  gènes  homéotiques  (Dupé  et  al.,  1997;  Gavalas  et  al.,  1998; Studer et al., 1998).  

  D’autres  facteurs  sont  aussi  nécessaires  au  contrôle  de  l’expression  des  gènes 

Hox. La voie FGF par exemple ajoute un niveau de régulation. Antérieurement, le signal 

FGF d’origine isthmique réprime l’expression des Hox comme Hoxa2 (Irving and Mason,  2000) tandis que les protéines FGF3 et FGF8, secrétées au niveau de r4, semblent être  nécessaires  à  l’expression  du  gène  Hoxa2  dans  le  futur  territoire  r2‐r3  (Walshe  et  al.,  2002).  

  De  plus,  les  gènes  de  segmentation  comme  Krox20  et  MafB  et  de  nombreux  mécanismes  d’autorégulation,  de  régulation  croisée  et  de  répression  entre  paralogues  viennent  affiner  et  complexifier  le  schéma  de  régulation  des  Hox  dans  le  rhombencéphale dont on peut tenter un résumé comme suit (figure 23, revu ici : Tümpel  et al., 2009; Alexander et al., 2009) :  

• dans  r2,  l’identité  est  définie  par  l’expression  du  seul  gène  Hox  Hoxa2.  Son  expression est activée par la voie de signalisation FGF et par les FTs Irx1b, Irx7 –   en synergie avec Meis1.1 – ainsi que par les Sox1 à 3 (Walshe et al., 2002; Tümpel  et al., 2008; Stedman et al., 2009).  • dans r3, Krox20 joue un rôle central dans la délimitation et l’identité du segment.  Son expression est induite par Hoxa1, Hoxb1 et leurs cofacteurs Meis et Pbx, ainsi  que par les facteurs Irx1b et Irx7 (Wassef et al., 2008; Stedman et al., 2009). Elle  nécessite également l’activation de la voie FGF (Marín and Charnay, 2000; Walshe  et al., 2002). Krox20 exerce un rétro‐contrôle négatif sur Hoxb1, potentiellement  en séquestrant son coactivateur PiASxβ, et contribue ainsi à l’établissement de la  frontière  r3/r4  (Giudicelli  et  al.,  2001;  Garcia‐Dominguez  et  al.,  2006).  Krox20  induit également directement l’expression de Hoxa2 et Hoxb2 (Sham et al., 1993;  Maconochie et al., 2001). 

• Dans  r4,  le  territoire  est  défini  par  l’expression  de  Hoxb1  qui  est  renforcée  par  des boucles d’auto‐ et d’inter‐régulation avec Hoxa1, Hoxb2 et Hoxa2 également  présents  (Maconochie  et  al.,  1997;  Ferretti  et  al.,  2005;  Tümpel  et  al.,  2007).  L’expression de Krox20 est inhibée dans ce rhombomère par l’action de Hoxa1 et  Hoxb1. En effet, dans le double mutant Hoxa1‐Hoxb1, le territoire d’expression de 

Krox20 est étendu caudalement dans r4 (Studer et al., 1998; Rossel and Capecchi, 

1999). Cette inhibition fait vraisemblablement intervenir les répresseurs nlz1 et  nlz2  (Runko  and  Sagerström,  2003,  2004;  Hoyle  et  al.,  2004;  Nakamura  et  al., 

a 

b 

Rhombencéphale précoce 

Rhombencéphale segmenté  Figure 23. Acteurs moléculaires de la

spécification AP du rhombencéphale a: Le gradient d’AR (figuré en jaune) induit

l’expression des gènes Hox PG1, des gènes

Nlz1 et 2 et de vHnf1. En présence d’Irx7

et des signaux FGFs en provenance de r4, les gènes Hox PG1 vont activer l’expression de Krox20 dans r3. Postérieurement, la répression mutuelle entre Irx7 et vHnf1 positionne la frontière r4/r5. vHnf1 et les FGFs activent MafB et tous coopèrent pour induire l’expression de Krox20 dans r5. Les Nlz limitent l’activation de l’expression de

Krox20 en la réprimant dans r4.

pr: pré-rhombomère

b: La répression mutuelle de Krox20 et

Hoxb1 fixe les territoires r3, r4 et r5. Ces deux facteurs, avec vHnf1, MafB, Irx7 et la signalisation FGF vont orchestrer la mise en place du code Hox dans les rhombomères 2 à 6. Postérieurement, l’AR induit l’expression des gènes Hox PG4 dans r7.

Les flèches représentent des interactions directes ou indirectes.

r : rhombomère

2008)  selon  un  mécanisme  en  cours  d’étude  par  Charlotte  Labalette  au  laboratoire. 

• Comme  pour  la  frontière  r3/r4,  la  limite  caudale  d’expression  de  Hoxb1  est  déterminée par la répression par Krox20 dans r5 et le positionnement initial de la  frontière  r4/r5  lui‐même  découle  de  la  répression  mutuelle  précoce  entre  les  facteurs vHnf1 et Irx7 (Lecaudey et al., 2004). 

• dans  r5  et  r6,  le  facteur  vHnf1  joue  un  rôle  de  chef  d’orchestre :  il  inhibe  d’une  part l’identité r4 en réprimant Hoxb1 et Irx7 (Hernandez et al., 2004b; Lecaudey  et al., 2004) et active d’autre part l’expression du gène MafB en synergie avec les  signaux FGF (Kim et al., 2005a). vHnf1, MafB et les FGFs coopèrent ensuite pour  activer de façon directe Krox20 dans r5 (McKay et al., 1994; Moens et al., 1996;  Chomette  et  al.,  2006;  Labalette  et  al.,  2011).  Le  mécanisme  empêchant  Krox20  d’être  également  exprimé  dans  r6  n’est  pas  encore  élucidé.  Krox20  et  MafB  activent  ensuite  l’expression  de  Hoxb3  dans  r5  tandis  que  MafB  induit  celle  de 

Hoxa3  dans  r5‐r6  (Manzanares  et  al.,  1999a,  2002).  L’expression  de  Hoxa3  est 

maintenue par une boucle d’autorégulation directe (Manzanares et al., 2001).  • dans  r7,  l’identité  est  définie  par  la  coexpression  des  gènes  Hoxa4,  Hoxb4  et 

Hoxd4  sous  le  contrôle  de  l’AR  et  de  boucles  d’autorégulation  et  de  régulation 

croisée (Packer et al., 1998; Serpente et al., 2005).   

Ainsi,  les  gènes  Hox,  en  collaboration  étroite  avec  les  différentes  voies  de  signalisation  dans  le  rhombencéphale  et  les  gènes  de  segmentation,  organisent  le  processus de segmentation et spécifient l’identité antéro‐postérieure des rhombomères.  Un travail important se focalise également sur l’identification des deux autres familles  d’acteurs que sont les molécules diffusibles et les gènes de segmentation, ainsi que leurs  mécanismes d’action.          

III.4.  Les  voies  de  signalisation  impliquées  dans  la  segmentation  du