Chapitre 1. Introduction
1.7 Problématiques et objectifs
Chez les mammifères, deux kinases MAP2K (MEK1 et MEK2) sont responsables de l’activation de ERK1/2 alors que chez d’autres espèces comme C. elegans, D. melanogaster et X. leavis une seule MAP2K existe. Bien que MEK1 et MEK2 soient fortement homologues, la séquence murine de MEK1 est plus semblable à celle de X. leavis (X-MEK) qu’à celle de MEK2 de la souris (Brott et al., 1993; Crews et al., 1992; Nadeau et al., 2009; Russell et al., 1995). Plus précisément, il existe deux régions entre MEK1 et MEK2 où l’homologie est réduite, soit la région N-terminale et le domaine riche en prolines. Ces deux motifs sont essentiels pour les fonctions de MEK1 et MEK2 car ils affectent la
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localisation intracellulaire ainsi que la capacité à phosphoryler et donc activer les substrats ERK1/2 (Rubinfeld and Seger, 2005). Ces différences entre les séquences protéiques de MEK1 et MEK2 suggèrent que ces deux protéines ont divergé afin d’accomplir des fonctions uniques chez les mammifères.
Plusieurs études in vitro démontrent une implication différente de MEK1 et MEK2 en réponse à différents stimuli (voir section 1.2.1.1). De plus, la génération et la caractérisation des souris mutantes pour les gènes Mek1 et Mek2 ont permis de démontrer que les fonctions de ces kinases ne sont pas interchangeables lors du développement embryonnaire. En effet, les souris Mek2-/- survivent
sans aucun phénotype apparent, alors que les embryons Mek1-/- décèdent durant la gestation
(Belanger et al., 2003; Giroux et al., 1999b). Les embryons Mek1+/- sont indistinguables des
embryons de génotype de type sauvage et le phénotype des mutants Mek1-/- est observé en
présence d’un niveau d’expression physiologique de MEK2 (Bissonauth et al., 2006; Giroux et al., 1999b). Ainsi, ces résultats procurent une évidence génétique que MEK2 est incapable de compenser pour la perte de Mek1 durant l’embryogenèse chez la souris. Au contraire, l’absence de phénotype chez les embryons Mek2-/- suggère une compensation par Mek1. Cette redondance
fonctionnelle partielle entre ces deux kinases dénie l’analyse d’un rôle spécifique de MEK2 durant le développement.
Tel que présenté à la section 1.6, les embryons Mek1-/- meurent durant la gestation d’une
insuffisance placentaire. Le placenta est un organe hautement vascularisé qui permet les échanges materno-fœtaux durant la gestation. Le réseau vasculaire placentaire provient du mésoderme embryonnaire et de cellules trophoblastiques qui dérivent des tissus extraembryonnaires et qui ensemble forment l’interface entre le sang maternel et le sang fœtal. Cette barrière est essentielle afin d’éviter le contact direct entre les deux types de circulations sanguines tout en permettant les échanges de gaz et de nutriments ainsi que l’évacuation des déchets toxiques. Ainsi, un développement anormal du placenta peut mener à plusieurs pathologies humaines, telles que la pré- éclampsie et les retards de croissance intra-utérines qui représentent les causes majeures de mortalité et morbidité maternelle et fœtale (Charron et al., 2012; Cross, 2003; Var et al., 2003). Les mécanismes pathophysiologiques sous-jacents à ces complications de grossesse sont encore mal compris. Par contre, une invasion trophoblastiques superficielle ou incomplète ainsi qu’une déficience dans le remodelage vasculaire menant à une ischémie et à de l’hypoxie semblent récurent
63 dans la pré-éclampsie et dans l’IUGR (Balta et al., 2011; Roberts and Post, 2008; Watson and Cross, 2005). De plus, certaines évidences démontrent que le relâchement anormal de certains facteurs par les syncytiotrophoblastes pourrait engendrer des dommages aux cellules endothéliales dans ces pathologies (de Jager et al., 2003; Guller, 2009). Il devient donc primordial de mieux comprendre les fonctions et les interactions entre les différents types cellulaires impliqués dans le développement du placenta afin de mieux comprendre les défauts menant à ces graves pathologies. La souris est un outil génétique puissant pour investiguer les mécanismes moléculaires sous-jacents à un développement placentaire fonctionnel. En effet, la région responsable des échanges fœtaux- maternels soit le labyrinthe, est analogue au niveau fonctionnel à celui du placenta humain, c’est-à- dire que les vaisseaux sanguins sont recouverts de SynT qui eux sont en contact direct avec le sang maternel (Rossant and Cross, 2001). De plus, la caractérisation de souris mutantes a mené à l’identification de plusieurs gènes impliqués dans le développement placentaire chez l’humain (Christie et al., 2005; Rossant and Cross, 2001).
Le phénotype des placentas Mek1-/- est complexe, c’est-à-dire que plusieurs types cellulaires
semblent affectés ce qui résulte en une atrophie du labyrinthe ainsi qu’une hypovascularisation. Il est donc ardu de discriminer les fonctions autonomes et non autonomes de MEK1 dans le labyrinthe placentaire. Par exemple, il est possible d’envisager que MEK1 est nécessaire à la migration des SynT-II. Ainsi, l’exclusion des cellules endothéliales du chorion chez les placentas Mek1-/- pourrait
être une conséquence secondaire d’une incapacité des SynT-II à migrer dans cette région. Par ailleurs, la diminution de la région du labyrinthe des mutants résultant d’une réduction de la prolifération et d’une augmentation de l’apoptose pourrait être la cause primaire de l’absence d’invasion des SynT-II dans cette région. Finalement, il est également possible d’envisager que l’établissement de la vascularisation dans le labyrinthe est nécessaire à sa croissance.
Ainsi, les objectifs principaux de cette thèse ont émergés de ces deux principales problématiques, soient l’absence de fonctions spécifiques attribuées à MEK2 et la complexité du phénotype des placentas Mek1-/-.
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Notre hypothèse était que la présence de Mek1 pourrait être suffisante pour l’activation de la voie ERK1/2 et donc masquer les conséquences engendrées par la mutation de Mek2. Afin de s’affranchir de cette potentielle redondance entre les deux kinases, l’inactivation de Mek2 a été effectuée en présence d’une haplo-insuffisance de Mek1. Différentes combinaisons alléliques de Mek1 et Mek2 ont été générées et des études de survie ont été effectuées. De plus, une caractérisation histologique de ces spécimens mutants a été réalisée. Ceci constitue le chapitre 2 de la thèse.
Objectif 2: Étudier les fonctions de la voie ERK/MAPK dans les différents types cellulaires composant la barrière hématoplacentaire
Notre hypothèse était que l’expression de MEK1 dans les SynT-II permettrait l’invasion des cellules endothéliales dans le labyrinthe placentaire et l’établissement subséquent de la vascularisation. Afin d’évaluer si MEK1 est nécessaire à la migration et/ou différenciation des SynT-II, une inactivation de ce gène a été effectuée spécifiquement dans ce type cellulaire. Dans le but de réaliser cette délétion spécifique, une lignée de souris porteuses du gène codant pour la CRE recombinase sous le contrôle d’un promoteur spécifique des SynT-II, soit Gcm1, a été générée. Cette lignée de souris transgéniques Gcm1Cre a été croisée aux souris porteuses de l’allèle conditionnelle de Mek1 (allèle flox) afin d’inactiver Mek1 dans les SynT-II spécifiquement. Des études de survie et la caractérisation histologique de ces mutants ont été effectuées. De surcroit, afin d’évaluer les fonctions de MEK1 dans les cellules dérivées de l’allantoïs (cellules endothéliales et péricytes) lors de la différenciation des SynT-II, la délétion de Mek1 a été ciblée dans ces types cellulaires et les répercussions sur le développement placentaire ont été analysées. Ces délétions ciblées de Mek1 dans les cellules composant la barrière hémato-placentaire ont également été effectuées en présence ou non d’une haplo-insuffisance de Mek2. Ceci constitue le chapitre 3 de la thèse
Ainsi, les chapitres qui suivent présentent sous forme de deux articles scientifiques les résultats issus de mon projet de recherche de doctorat. L'ensemble de ces résultats sera discuté en relation avec les connaissances actuelles sur le développement placentaire et la régulation de la voie ERK/MAPK. J’ai également contribué à caractériser le rôle des kinases MEK1 et MEK2 lors du développement pulmonaire chez la souris. Ce projet a été fait en collaboration avec Olivier Boucherat, chercheur postdoctoral dans le laboratoire du Dre Lucie Jeannotte. Les résultats issus de ce projet ainsi que la
65 description de ma contribution dans ce travail sont présentés en annexe I. Finalement, j’ai participé à la rédaction de deux revues scientifiques portant sur l’implication de la voie ERK/MAPK lors du développement placentaire. Ces deux articles de synthèse sont présentés aux annexes II et III.
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