Neurogenèse.
L’un des premiers rôles associés aux HES concerne la neurogenèse. Les drosophiles
mutantes pour Hairy présentaient sur le corps un nombre beaucoup plus important de poils
sensoriels que l’insecte sauvage (Palka et al., 1983).
Depuis, Fisher et Caudy ont présenté le modèle suivant concernant la détermination et la
différenciation neuronales chez la drosophile (Fisher et Caudy, 1998a). Induit par Notch,
Hairy est exprimé au sein d’un ensemble de cellules qui, par inhibition de gènes proneuraux
(exemple Acheate-Scute), dessinent un pré-profil proneural. Les cellules ne subissant pas
cette répression forment l’essaim proneural qui donnera, après l’inhibition latérale réalisée par
les E(Spl), les proneurones. Ces derniers se différencieront ensuite en cellules gliales ou
neurones (Figure 16).
Chez les mammifères, différentes études ont impliqué les HES dans le développement des
neurones.
Les souris knock-out pour le gène HES1 présentent des anomalies dans la fermeture du tube
neural et une quantité de transcrits Mash1, facteur activateur transcriptionnel, plus importante
que chez les souris sauvages (Ishibashi et al., 1995). En culture cellulaire, l’expression de
Mash1 est diminuée par surexpression de HES1 qui se lie sur une boîte C (CACGCA) du
promoteur (Chen et al., 1997). L’inactivation des gènes HES1 et HES5 conduit à une
expression plus importante de Mash1 et de la neurogénine 1, gène lui-même activé par
Mash1 (Cau et al., 2000).
Par surexpression dans des embryons de souris,les deux HES ont présenté une activité dans le
maintien des cellules souches, provoquant une différenciation tardive (Ohtsuka et al., 2001).
De plus, HES1 décide de la voie astrocytaire des précurseurs glials et HES5 inhibe la
différenciation de ces cellules (Wu et al., 2003). Or la neurogénine conduit à la formation de
neurones en inhibant la voie gliale (Sun et al., 2001b). HES1 et HES 5 ont, par conséquent,
des effets opposés à Mash1 et à la neurogénine 1.
De plus, HES1 peut réprimer l’activité du dimère Mash1/E47 par séquestration d’un des deux
partenaires. En effet, dans des expériences de co-transfection , HES1 inhibe l’activité de
A
HES5
Co-Rép
HES7
Co-Rép
Figure 17: Schéma représentant les connaissances actuelles relatives à l’effet des HES au cours de la neurogenèse (A), de la somitogenèse (B) et de la myogenèse (C).
Les protéines sont représentées par des cercles et les gènes par des rectangles. Les co-répresseurs peuvent être Groucho/TLE, CtBP ou les Sir2. L’activation est symbolisée par Îet la répression, par . Les --- représentent une interaction protéique. La couleur des flèches correspond à l’effet final désigné à droite de la figure.
Mash1 Mash1 E47 Ngn1 Neurones
Cellules Gliales
Equilibre entre les
deux différenciations
HES6 HES1 HES6
HES1
Lnfg
B
Muscles
C
MyoD MyoD Myogénine
HES1
Muscles
HES6
HES1
Notch
Î
Co-Rép Formation des somites
HES1 HES7
E47
MyoR
Introduction
Mash1/E47 via le domaine Orange (Castella et al., 2000). Et, HES1 est capable d’interagir
avec E47 ; ce qui diminue la disponibilté de E47 pour Mash1 (Sasai et al., 1992).
Un effet positif dans la différenciation du système nerveux a été démontré pour HES6.
Celui-ci peut interagir avec HES1 (Koyano-Nakagawa et al., 2000; Bae et al., 2000).
Il faut aussi tenir compte que HES1 est capable de s’autoréprimer (Takebayashi et al., 1994).
Généralement, il est admis que la fonction répressive est dirigée, en partie, par le motif
WRPW. Ce tétrapeptide s’associe à un co-répresseur Groucho capable de se lier à une
histone-désacétylase. (Paroush et al., 1994; Fisher et al., 1996).
La formation de multimères HES/TLE induit l’hyperphosphorylation de Groucho. Ce
phénomène entraîne une plus grande affinité de Groucho pour HDAC1. Ainsi la répression
s’en trouve augmentée (Nuthall et al., 2002).
La Figure 17A reprend les connaissances actuelles relatives à l’effet des HES au cours de la
neurogenèse.
L’expression de la neurogénine 1 (Ngn1) impliquée dans la formation des neurones est
activée par le dimère activateur Mash1/E47. HES1 et HES5 peuvent réprimer la
différenciation neuronale par séquestration du facteur E47 ou par inhibition du gène Mash1
après formation de dimères et son association à des co-répresseurs. Ces régulations
transcriptionnelles conduisent à la différenciation gliale des cellules. Un troisième bHLH-O,
HES6, joue un rôle antagoniste à HES1 et à HES5 par inhibition de leur action sur le gène
Mash1 ou sur la capture de E47. L’effet de l’autorépression de HES1 pourrait jouer un rôle
d’équilibre dans la destinée des cellules.
Il existe d’autres co-facteurs interagissant avec les HES.
Le co-facteur CtBP est aussi connu pour interagir avec Hairy de la drosophile (Poortinga et
al., 1998; Phippen et al., 2000). Le motif impliqué dans cette interaction est PLSLV. Ce
pentapeptide n’est pas présent dans les HES des espèces supérieures. Jusqu’à présent aucune
interaction entre CtBP et les HES des vertébrés n’a été mise à jour.
Une troisième classe de co-régulateur, Sir2 ou SIRT1, interagit par l’intermédiaire du
domaine basique des HES chez la drosophile et les mammifères. La région du domaine
basique supposée interagir avec Sir2, correspond aux résidus 12 à 15 de la Figure 13
(Rosenberg et Parkhurst, 2002; Takata et Ishikawa, 2003).
Introduction
Selon une étude récente à ce sujet, il semblerait que contrairement à ce qui était
communément admis, Hairy choisirait préférentiellement CtBP ou Sir2 comme co-facteur
(Bianchi-Frias et al., 2004). Une étude comparable pourrait être réalisée chez les vertébrés.
Somitogenèse.
Les somites apparaissent lors du développement embryonnaire et génèrent la segmentation de
l’animal. Chez les vertébrés, plusieurs HES (HES1, HES5, HES7, Hairy1 et Hairy2)
possèdent une expression dynamique dont le cycle varie de 90 à 180 minutes dans le
mésoderme présomitique (PSM) (Freitas et al., 2001; Maroto et Pourquie, 2001; Dunwoodie
et al., 2002). Chaque cycle est associé à la formation d’un somite. En d’autres termes, toutes
les 90 minutes, il y a dans chaque cellule présomitique une alternance périodique au cours de
laquelle les transcrits sont détectés, et une autre période caractérisée par l’absence de ces
mêmes transcrits. Ces oscillations se répètent jusqu’au moment où cette cellule est incorporée
dans un somite spécifique nouvellement formé. Cela déterminerait l’information positionnelle
des cellules présomitiques dans les deux dimensions, l’axe médio-latéral et l’axe
rostro-caudal.
Lunatic of fringe (Lnfg) est une glycosyltransférase qui module la voie Notch. Lnfg est
également exprimé de manière cyclique dans le PSM tandis que la souris knock-out pour ce
gène présente des défauts au niveau de la segmentation (Zhang et Gridley, 1998).
L’explication plausible de cette expression en oscillations serait due au fait que HES1 et
HES7 auraient un contrôle rétroactif. En effet, HES 7 peut réprimer, dans des études
effectuées sur promoteur artificiel, l’expression de Lnfg (Bessho et al., 2001). HES1 est
autorégulé dans des expériences de surexpression en cellules (Hirata et al., 2002).
Récemment, l’instabilité de HES7 dans la formation des somites s’est avérée importante dans
la régulation de la segmentation (Hirata et al., 2004).
La Figure 17B schématise les implications actuellement connues des HES lors de la
somitogenèse.
Lnfg entretient le clivage de la partie intracellulaire de Notch, permettant l’expression des
facteurs bHLH-O HES1 et HES7. HES1 s’autoréprime et inhibe avec HES7 le gène Lnfg, ce
Introduction
qui aurait pour conséquence l’expression cyclique de ces gènes. Cette oscillation moléculaire
permettrait de réguler la segmentation de l’embryon qui est importante pour la construction
correcte du corps embryonnaire.
Myogenèse.
HES1 empêche la formation du complexe activateur myogénique MyoD-E47 dans des
expériences de retard sur gel et inhibe l’activité de ce complexe dans des expériences de
co-transfection. Une surexpression de HES1 en cellules 10T1/2 empêche leur différenciation
myoblastique (Sasai et al., 1992). Lorsqu’il est surexprimé en embryons de xénope,
l’homologue de xénope XHairy1 bloque l’expression du gène MyoD. Cette répression requiert
le domaine Orange et le motif WRPW (Umbhauer et al., 2001).
MyoR est un régulateur négatif de l’activité de MyoD et de la myogénine (Lu et al., 1999).
HES6 inhiberait la transcription du répresseur MyoR par l’intermédiaire du motif WRPW
(Gao et al., 2001; Cossins et al., 2002).
La Figure 17C résume les actions connues de HES1 et HES6 lors de la différenciation
myogénique.
Le dimère activateur MyoD/E47 est capable d’activer le gène de la myogénine impliqué dans
la formation des muscles. HES1 est capable de réprimer l’expression du gène MyoD mais
également son activité positive sur la transcription par séquestration du monomère E47. Cette
répression conduit à la non-différenciation des cellules en muscles. Le facteur bHLH-O HES6
est capable d’induire la différenciation musculaire en inhibant l’activation du gène MyoR qui
inhibe l’expression de la myogénine.
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(Page 46-50)