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Des  mutations  dans  Strawberry  Notch  2  et  Notchless,  deux  potentiels   gènes  modificateurs  de  la  voie  Notch,  conduisent  à  un  blanchiment

ET  D’APPRENTISSAGE  DE  L’ENCADREMENT  SCIENTIFIQUE

1. DE   LA   MUTATION   PATCHWORK   A   LA   VOIE   NOTCH  :   LES   MUTATIONS   AFFECTANT  LES  CELLULES  SOUCHES  DE  MELANOCYTES

1.2. ROLE  DE  LA  VOIE  NOTCH  DANS  LE  DEVELOPPEMENT  ET  LA  BIOLOGIE  DU   LIGNAGE  MELANOCYTAIRE

1.2.4. Des  mutations  dans  Strawberry  Notch  2  et  Notchless,  deux  potentiels   gènes  modificateurs  de  la  voie  Notch,  conduisent  à  un  blanchiment

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postérieurs,   certainement   liée   à   une   fuite   de   du   promoteur   Tyrosinase   dans   les   nerfs   périphériques.  Ce  phénotype  les  empêche  de  se  reproduire.  Les  schémas  de  croisement   pour   entretenir   cette   lignée   sont   assez   complexes   et   ne   génèrent   que   très   peu   d’individus  mutants.  

En   conclusion,   la   suractivation   de   la   voie   Notch   dans   le   lignage   mélanocytaire   affecte   le   développement   embryonnaire,   mais   n’a   pas   d’effet   notable   en   période   postnatale   sur   le   lignage   mélanocytaire,   en   particulier   sur   les   cellules   souches   des   mélanocytes.  

 

1.2.4. Des  mutations  dans  Strawberry  Notch  2  et  Notchless,  deux  potentiels   gènes  modificateurs  de  la  voie  Notch,  conduisent  à  un  blanchiment   accéléré  du  pelage.  

Il   existe   peu   de   mutations   associées   à   un   blanchiment   accéléré   du   pelage.   Les   seules  rapportées  dans  la  littératures  sont  des  mutations  dans  les  gènes  Bcl2,  Mitf,  Atr  et   dans  trois  gènes  de  la  voie  de  signalisation  Notch  :  Rbp-­Jκ,  Notch1    et  Notch2  5,  17,  18,  20-­‐23.   Il  est  frappant  que  la  moitié  des  mutations  rapportées  affecte  des  gènes  de  la  voie  Notch.   Cette   voie   semble   centrale   dans   le   contrôle   de   l’homéostasie   des   cellules   souches.   Il   s’agit   d’une   voie   finement   régulée   par   un   ensemble   de   gènes   modificateurs.   Des   mutations   dans   des   gènes   modificateurs   de   la   voie   Notch   pourraient   également   entraîner  un  blanchiment  de  la  couleur  du  pelage.  

Nous   testons   cette   hypothèse   en   étudiant   l’effet   de   mutations   dans   deux   gènes   potentiellement  modificateurs  de  la  voie  Notch  :  Strawberry  Notch  homolog  2  (Sbno2)  et  

Notchless  (Nle).    

La   première   mutation   est   le   gain   de   fonction   de   Sbno2   dans   le   lignage   mélanocytaire   présenté   précédemment   (Tg(Dct::Sbno2)).   L’analyse   du   phénotype   de   cette   souris   est   en   cours   et   a   constitué   une   partie   du   stage   de   Master   2   de   Cyrine   Rammah  (2008-­‐2009).  

La  deuxième  mutation  est  une  perte  de  fonction  conditionnelle  de  Notchless  dans   le  lignage  mélanocytaire  (cNle  KO).  Elle  a  été  obtenue  en  croisant  des  souris  porteuses   du  transgène  Tyr::Cre  avec    des  souris  porteuses  d’un  allèle  floxé  de  Nle  15,  24.  La  souris   porteuse  de  l’allèle  floxé  de  Nle  a  été  produite  par  Sarah  Cormier  dans  le  Laboratoire  de   Génétique  Fonctionnelle  de  la  Souris  à  l’Institut  Pasteur  et  l’analyse  du  phénotype  des   souris  cNle  KO  se  fait  en  collaboration  avec  Sarah  et  Michel  Cohen-­‐Tanoudji.  

 

Le   gain   de   fonction   de   Strawberry   Notch   homolog   2   dans   le   lignage   mélanocytaire  s’accompagne  d’un  blanchiment  du  pelage.  

Les   souris   transgéniques   Tg(Dct::Sbno2)     ont   été   générées   par   injection   d’œufs   F1(C57BL/6J   x   CBA)   x   F1(C57BL/6J   x   CBA),   et   transférés   dans   des   femelles   F1(C57BL/6J   x   CBA).   Initialement,   les   souriceaux   transgéniques   naissaient   avec   le   phénotype   de   dépigmentation   du   pelage   semblable   à   patchwork,   et   blanchissaient   légèrement   avec   l’âge.   Nous   avons   établi   une   lignée   congénique   C57BL/6J-­‐

Tg(Dct::Sbno2).  Au  fur  et  à  mesure  des  croisements  en  retour  sur  le  fonds  C57BL/6J,  le  

phénotype  des  nouveaux-­‐nés  Tg(Dct::Sbno2)  s’est  modifié  :  chez  les  souris  congéniques   C57BL/6J-­‐Tg(Dct::Sbno2),   le   premier   pelage   des   souriceaux   est   noir   avec,   éventuellement,   une   ou   plusieurs   taches   blanches   sur   le   dos  ;   il   comporte   une   grande   tache  blanche  sur  le  ventre  ;  le  bout  des  pattes  et  de  la  queue  est  blanc  (Figure  8).  Ce   phénotype   est   caractéristique   des   mutations   qui   affectent   le   développement   embryonnaire   du   lignage   mélanocytaire  :   les   zones   de   fin   de   migration   des   mélanoblastes,  à  savoir  le  ventre,  le  bout  des  pattes  et  de  la  queue,  sont  blancs.  

Geneviève  Aubin-­Houzelstein                        Rapport  Demande  HDR   Document  d’évolution  scientifique       38        

 Figure   8  :   Phénotype   de   pelage   de   souriceaux   congéniques   C57BL/6J-­

Tg(Dct::Sbno2)  âgés  de  dix  jours.  Tg  =  Tg(Dct::Sbno2)  

 

 

A   partir   de   3   à   4   mois   d’âge,   le   pelage   blanchit   fortement.   Mais   les   souris  

Tg(Dct::Sbno2)  âgées  ne  sont  jamais  aussi  blanches  que  les  souris  cRbpJ KO  (Figure  9).  

Le   blanchiment   accéléré   des   souris   congéniques   C57BL/6J   Tg(Dct::Sbno2)   ne   s’accompagne  pas  de  la  production  de  poils  gris,  contrairement  à  celui  des  souris  cRbpJ KO.  

 

 

 

Figure   9  :   Comparaison   de   la   cinétique   de   blanchiment   du   pelage   des   souris   surexprimant  Strawberry  Notch  homolog  2  (Tg(Dct::Sbno2))  et  invalidées  pour  la   voie   Notch     (cRBPJ   KO)   dans   le   lignage   mélanocytaire.   T,   t  :   témoins   des   souris  

Tg(Dct::Sbno2)     et   cRBPJ   KO   respectivement.   Etoile   noire  :   souris   de   10   mois  ;   étoile  

blanche  :  souris  de  4  mois.    

     

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 Analyse   de   la   distribution   des   cellules   du   lignage   mélanocytaire   dans   les   follicules  pileux  de  souris  congéniques  Tg(Dct::Sbno2)  

Pour   tester   si   la   surexpression   de   Sbno2   dans   le   lignage   mélanocytaire   s’accompagne   d’une   disparition   des   cellules   souches   de   mélanocytes,   nous   étudions   la   distribution   des   cellules   Dct::lacZ   positives   dans   les   follicules   pileux   de   doubles   transgéniques   Tg(Dct::Sbno2)/°  ;   Tg(Dct::lacZ)/°.   Chez   les   souris   Tg(Dct::Sbno2)/°  ;  

Tg(Dct::lacZ),  la  surexpression  de  Sbno2  sous  le  contrôle  du  promoteur  Dct  conduit  à  un  

phénotype   singulier  :   l’expression   du   rapporteur   lacZ   dans   de   grosses   cellules   dendritiques,   formant   un   réseau   autour   des   bulges   des   follicules   pileux.   (Figure   10).   Comme  elles  sont  présentes  dans  les  follicules  pileux  des  souris  doubles  transgéniques   en   télogène,   il   est   peu   probable   qu’il   s’agisse   de   cellules   du   lignage   mélanocytaire.   En   effet,  les  progéniteurs  de  mélanocytes  et  les  mélanocytes  différenciés  meurent  pendant   le   catagène  ;   pendant   le   télogène,   seules   les   cellules   souches,   situées   dans   le   bulge,   restent  présentent.  

 

 

Figure  10  :  Distribution  des  cellules  du  lignage  mélanocytaire  dans  des  follicules  

pileux  isolés  de  peaux  C57BL/6J-­Tg(Dct::Sbno2)/°  ;  Tg(Dct::lacZ)  aux  premier  (J10)  

et  deuxième  (J30)  cycle  de  croissance  du  poil.  §  :  position  du  bulge.  *  :  réseau  de  cellules   dendritiques  autour  du  bulge.  

 

Chez   les   doubles   transgéniques,   la   partie   transitoire   haute   du   follicule   pileux,   allant   du   bulge   au   bulbe,   est   dépourvue   de   cellule   Dct::lacZ   postitive,   alors   que   les   témoins  en  contiennent  dans  cette  région.    

La  plupart  des  bulbes  des  follicules  pileux  des  doubles  transgéniques  comportent   des   cellules   Dct::lacZ   positives   pigmentées,   et   les   tiges   pilaires   correspondantes   sont  

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noires.  Quelques  follicules  pileux  ne  contiennent  aucune  cellule  Dct::lacZ  positive  ;  la  tige   pilaire  correspondante  est  blanche.  

 Lors  du  deuxième  cycle  de  croissance  du  poil,  alors  que  les  follicules  pileux  des   souris   témoins   sont   en   anagène   précoce,   ceux   des   doubles   transgéniques  

Tg(Dct::Sbno2)/°  ;  Tg(Dct::lacZ)  sont  encore  en  télogène:  ils  ne  comportent  que  la  partie  

permanente  qui  s’arrête  au  bulge.    

Ces   résultats   suggèrent   que   la   surexpression   de   Sbno2   sous   contrôle   du   promoteur   Dct   s’accompagne   d’une   diminution   du   nombre   de   progéniteurs   dans   la   partie  transitoire  haute,  de  l’apparition  de  cellules  exprimant  Dct  autour  des  bulges  des   follicules  pileux,  et  d’un  retard  de  développement  des  follicules  pileux  lors  du  deuxième   cycle  de  croissance  du  poil.  

 

Notchless   est   essentiel   au   développement   embryonnaire   du   lignage  

mélanocytaire.  

Lors  du  premier  cycle  de  croissance  du  poil,  les  souris  invalidées  pour  Notchless   dans  le  lignage  mélanocytaire  (cNle  KO)  ont  un  pelage  comportant  des  zones  blanches  et   des   zones   de   phénotype   sauvage,   larges   et   à   contours   nets   (Figure   11A).   Les   zones   blanches  sont  dépourvues  de  toute  cellule  du  lignage  mélanocytaire.  Chez  les  souris  cNle  

KO,  la  recombinase  Cre  est  produite  sous  le  contrôle  du  promoteur  Tyrosinase,  à  partir  

du   10ème   jour   d’embryogenèse   (E10,5)   15.   Chez   ces   souris,   les   étapes   initiales   du   développement  embryonnaire  du  lignage  mélanocytaire  se  font  donc  normalement  :  la   détermination   des   mélanoblastes   à   partir   des   cellules   des   crêtes   neurales,   la   prolifération,  la  migration  et  la  survie  des  mélanoblastes  sont  comparables  à  celles  des   souris  sauvages  jusqu’à  E10,5.  A  la  naissance,  il  existe  des  zones  dépourvues  de  lignage   mélanocytaire.   Notchless   est   donc   nécessaire   à   la   survie   des   mélanoblastes   embryonnaires  entre  E10,5  et  la  naissance.    

 

 

 

Figure  11  :  Phénotype  de  pelage  de  souris  invalidés  pour  Notchless    (cNle  KO)  dans   le  lignage  mélanocytaire  

A  :  fonds  nonagouti  ;  B-­‐C  :  fonds  agouti.  Noter  le  blanchiment  du  pelage  des  souris  cNle  

KO  1  et  2  des  figures  B  et  C,  montrant  les  mêmes  souris  à  4  mois  d’intervalle.  

 

Pour  préciser  le  moment  où  a  lieu  la  mort  des  mélanoblastes  chez  les  souris  cNle  

KO,  nous  suivons  la  distribution  du  lignage  mélanocytaire  chez  des  embryons  cNle  KO  ;   Tg(Dct::lacZ)   à   l’aide   du   rapporteur   lacZ.   A   ce   jour,   nous   avons   analysé   les   stades  

embryonnaires   E11,5   à   E14,5.   Chez   les   embryons   cNle   KO  ;   Tg(Dct::lacZ),   nous   avons   observé  une  diminution  de  la  densité  de  cellules  Dct::lacZ  positives  à  partir  de  E12,5.  A   E14,5,   la   densité   est   très   fortement   diminuée   par   rapport   aux   témoins,   mais   il   existe   encore  des  cellules  Dct::lacZ  positives  tout  le  long  de  l’axe  antéro-­‐postérieur.    

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Chez  les  souris  cNle  KO,  les  zones  pigmentées  peuvent  avoir  deux  origines  :  soit  la   délétion  de  l’allèle  Nleflox  ne  s’est  pas  faite  correctement  dans  un  mélanoblaste  précoce  et   le   mélanoblaste   non   délété   donne   naissance   à   un   clone   de   mélanocytes   de   phénotype   sauvage.  Soit  la  délétion  de  l’allèle  Nleflox  se  fait  correctement,  et  le  mélanoblaste  délété   et   sa   descendance   «  échappent  »   à   la   mort   associée   à   l’absence   de   protéine   Notchless.   Pour  tester  ces  hypothèses,  nous  avons  arraché  des  poils  de  zones  pigmentées  de  souris  

cNle   KO,   nous   avons   extrait   l’ADN   de   leurs   bulbes   puis   réalisé   des   PCR   permettant   de  

distinguer   l’allèle   floxé   de   l’allèle   délété   de   Notchless.   Dans   la   majorité   des   cas,   nous   avons   mis   en   évidence   uniquement   l’allèle   délété   de   Notchless   dans   les   ADN   de   mélanocytes   issus   des   taches   pigmentées.   Il   faut   donc   admettre   que   la   délétion   de  

Notchless   dans   un   mélanoblaste   précoce   puisse   ne   pas   toujours   avoir   de   conséquence  

phénotypique.    

Chez   les   souris   invalidées   pour   Notchless   dans   le   lignage   mélanocytaire,   les   taches  pigmentées  blanchissent  de  façon  anticipée.  

Les   zones   pigmentées   des   souris   cNle   KO   pour   lesquelles   la   délétion   de   l’allèle  

Notchless   s’est   faite   blanchissent   dès   la   deuxième   pousse   du   poil   (Figure   11,   B-­‐C).   La  

cinétique   de   blanchiment   des   taches   pigmentées   des   souris   cNle   KO   est   comparable   à   celle  des  souris  cRbp  KO  :  le  blanchiment  est  notable  dès  la  seconde  pousse  du  poil,  et  les   souris  deviennent  totalement  blanches  entre  8  et  12  mois.      

 

Ces   résultats   suggèrent   que   Notchless   et   Strawberry   Notch   homolog   2   sont   impliqués  dans  le  contrôle  de  l’homéostasie  des  cellules  souches  de  mélanocytes.  

 

1.2.5.  Etude  de  la  fonction  de  Strawberry  Notch  homolog  2    chez  la  souris    

Etude  du  profil  d’expression  de  Sbno2  

Nous  avons  cherché  à  déterminer  le  profil  d’expression  de  Sbno2  chez  la  souris.   Par   hybridation   in   situ,   Nelly   Da   Silva   a   trouvé   un   marquage   dans   tous   les   tissus   embryonnaires  à  E7,5.  Entre  E9  et  E11,  l’ARNm  était  retrouvé  dans  le  télencéphale,  les   arcs  branchiaux,  les  bourgeons  de  membres  (Figure  12).  Aux  stades  embryonnaires  plus   tardifs   et   en   période   postnatale,   nous   n’avons   pas   pu   obtenir   d’hybridation   in   situ   correcte  pour  Sbno2.  Le  niveau  d’expression  du  gène  est  peut-­‐être  trop  faible  pour  être   détecté  par  cette  méthode  peu  sensible.  

 

   

Figure   12  :   Profil   d’expression   de   Strawberry   Notch   homolog   2   révélé   par   hybridation  in  situ  sur  des  embryons  C57BL/6J