Xenopus laevis
2. Implication des STATs au cours du développement embryonnaire
2.3.2. STAT3 au cours du développement embryonnaire de l’amphibien
2.3.1. STAT3 au cours du développement embryonnaire de la souris
Chez la souris, l’ARN de Stat3 est présent maternellement et est exprimé de manière ubiquitaire dans l’embryon ainsi que dans les tissus extraembryonnaires aux premiers stades de développement (Duncan et al., 1997). Dans les stades plus tardifs, Stat3 est détecté dans tous les tissus comme la peau, le thymus et le système nerveux (Levy and Lee, 2002). La protéine STAT3 est présente dès le stade ovocyte dans le cytoplasme. Après la mise en place de la transcription zygotique cette protéine est localisée également dans le noyau. La forme activée de STAT3, STAT3-Y705, n’est détectée qu’à partir la transition blastuléenne (figure 32), suggérant ainsi STAT3 pourrait éventuellement jouer un rôle dès le début du développement précoce (Do et al., 2013). En effet, la déplétion du gène Stat3 est létale pour l’embryon, juste après l’implantation du blastocyste. Les embryons meurent au stade E7.0 avec des défauts de gastrulation, notamment à cause de leur incapacité à former du mésoderme entre l’ectoderme et l’endoderme (Takeda et al., 1997). Une étude plus récente a montré que STAT3 régule directement l’expression d’Oct4 et Nanog pour maintenir la pluripotence des cellules souches embryonnaires. Ainsi, STAT3 est impliquée dans le maintien de la pluripotence de ces cellules (Do et al., 2013).!
2.3.2. STAT3 au cours du développement embryonnaire de
l’amphibien
Chez le xénope, il a été montré par RT-PCR quantitative que l’ARNm de XStat3 est exclusivement présent dans l’hémisphère animal de l’embryon du stade 4 au stade 6 (Flachsova et al., 2013). Les travaux de Nishinakamura ont montré qu’au stade gastrula, cet ARNm est détecté, par hybridation in situ, principalement dans le neuroectoderme présomptif. En ce qui concerne la protéine STAT3, elle est présente dès le stade 1
Figure 33 – Schéma simplifié des résultats obtenus durant les études de Nishinakamura et d’Ohkawara. (A-B’) en violet : blastomères injectés avec les constructions indiquées. (A gauche) Dans l’étude de Nishinakamura, (A) l’activation de STAT3, induite par l’injection d’une forme activée du récepteur gp130 (GM-CSF) dans les blastomères dorsaux, induit une forte ventralisation des embryons. (A’) La conversion de STAT3 d’un activateur en un répresseur induite par l’injection de l’ARNm Stat3-EnR dans les blastomères ventraux, induit la formation d’un double axe (II) (A droite) Dans l’étude d’Ohkawara, (B) la perte de fonction de STAT3, induite par l’injection d’un morpholino spécifique de STAT3 dans les blastomères dorsaux, induit des problèmes de gastrulation et un axe antéro-postérieur raccourci. (B’) L’injection d’une forme constitutivement active de STAT3 dans les blastomères ventraux induit l’expression des gènes du mésoderme.
(D’après Nishinakamura et al., 1999 et Ohkawara et al., 2004)
A A’ B B’ Ventral Dorsal Ventral Dorsal Ventral Ventral Dorsal Dorsal
(ovocyte) jusqu’au stade 42 (stade larvaire), suggérant une contribution maternelle et zygotique (Nishinakamura et al., 1999). Une autre étude qui porte sur le rôle de STAT3 au cours de la mise en place des crêtes neurales, a montré, par immunodétection, que STAT3-Y705 est présente au niveau de l’ectoderme à la fin de la gastrulation et au cours de la neurulation chez le xénope. Cette étude s’est focalisée essentiellement sur le rôle de STAT3 dans la mise en place des crêtes neurales. Pour cette raison, les auteurs n’ont pas détaillé si STAT3-Y705 est présente également dans les deux autres feuillets embryonnaires (Nichane et al., 2010).
Toutes ces données montrent que STAT3 est exprimée et potentiellement active lors du développement précoce, mais sa cinétique d’expression et d’activité au cours du développement n’a pas été analysée en détail chez l’amphibien. Deux autres études ont analysé en partie les conséquences de la dérégulation de STAT3 au cours du développement embryonnaire.
D’abord, les travaux de Nishinakamura portent sur l’étude du rôle des récepteurs Cytokines dans la régionalisation de l’axe dorso-ventral. Ils ont montré que l’injection d’une forme activée du récepteur activateur gp130 au stade 4 cellules dans les blastomères dorsaux, induit une forte ventralisation des embryons (figure 33A) et inhibe l’expression des marqueurs du mésoderme comme Xnot et MyoD. Par des essais luciférase, les auteurs ont montré que XSTAT3 est activée transcriptionnellement suite à la stimulation de gp130. L’injection d’une forme dominante négative de STAT3 (STAT3-EnR, où la région responsable des propriétés activatrices de la transcription a été remplacée par un domaine répresseur Engrailed) dans la partie ventrale de l’embryon induit la formation d’un axe embryonnaire surnuméraire (Figure 33A’). Ainsi, lorsque Stat3 est converti en un répresseur, les tissus injectés sont dorsalisés. L’ensemble de ces résultats suggère que STAT3 aurait une activité ventralisatrice. Comme j’ai décrit précédemment dans le premier chapitre, l’injection d’une forme dominante négative de BMP-4 induit la formation d’un double axe (Suzuki et al., 1994). Les auteurs ont montré que l’activation de gp130, et par conséquent de XSTAT3, n’a pas restauré ce phénotype. Ceci suggère que l’activité ventralisante de STAT3 est indépendante de la voie BMP. Les auteurs ont montré que la Xwnt8 n’active pas XSTAT3. Ils ont ainsi proposé que proposé que la voie gp130/Xstat3 est indépendante de la signalisation Wnt. En revanche, ils ont suggéré que Xstat3 aurait un lien avec le facteur transducteur de signal Smad2. La surexpression ectopique de Smad2 induit la formation d’un axe surnuméraire, et ce phénotype est restauré par la co-injection avec les récepteurs de cytokines, ce qui suggère que l’activité dorsalisante de Smad2 est inhibée par l’activation de ces récepteurs et donc
l’activation de Xstat3. Les auteurs ont ainsi proposé que Xstat3 régule l’inhibition de la voie Smad2, et ceci pourrait expliquer les propriétés ventralisatrices de Xstat3. Les travaux de Nishinakamura ont ainsi proposé que l’activité ventralisatrice de Stat3 est indépendante de la voie BMP et que Stat3 fonctionne en inhibant notamment Smad2 (Nishinakamura et al., 1999).
D’autres travaux ont étudié l’implication de la voie STAT3 dans l’induction du mésoderme. D’abord, les travaux de Ohkawara ont montré que l’inhibition de NLK (Nemo-like kinase, qui inhibe la voie de signalisation Wnt) conduit à la formation d’embryons avec une gastrulation incomplète et un axe antéro-postérieur raccourci. Ils ont également montré que NLK interagit avec STAT3 et phosphoryle directement son résidu sérine localisé dans la partie carboxy-terminale. Ensuite, ils ont étudié le rôle de STAT3 dans l’induction du mésoderme. L’injection d’un morpholino spécifique de Xstat3 dans la région dorsale de l’embryon induit un phénotype similaire à celui obtenu lors de l’inhibition de NLK (gastrulation incomplète et axe antéro-postérieur raccourci) (figure 33B). L’expression des marqueurs mésodermiques Xbra, α-actin et Xnot au niveau de la zone marginale dorsale est également inhibée. Les auteurs ont également utilisé trois formes dominantes négatives de STAT3 – les mutants simples STAT3-YF, STAT3-SA ou le double mutant STAT3-YFSA (dans ces mutants les acides aminés Y et S ont été remplacés par des acides aminés non phosphorylables). Ils ont montré que l’injection de ces formes induit la diminution de l’expression de Xbra. A l’inverse, l’utilisation d’un mutant constitutivement actif de STAT3, STAT3-CTC-SE (qui mime la dimérisation et la phosphorylation de STAT3) induit l’expression de Xbra (figure 33B’). Ces résultats suggèrent ainsi que la dimérisation et la phosphorylation de STAT3 sont requises pour l’induction du mésoderme et que STAT3 pourrait être importante pour la mise en place des feuillets embryonnaires primordiaux (Ohkawara et al., 2004).
Ces deux études réalisées avec les embryons de xénope, montrent que le maintien d’une protéine STAT3 fonctionnelle serait fondamental pour l’établissement du mésoderme et la mise en place de l’axe dorso-ventral.
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Figure 34 – Représentation des modifications post-traductionnelles de STAT3. Le facteur de transcription STAT3 est méthylé sur les résidus lysine 49, 87, 140 et 180 (bleu). Il est acétylé sur les résidus lysine 49, 87 et 685 (rose). Enfin, STAT3 est phosphorylée le domaine de transactivation (Transact.) sur ses résidus tyrosine 705 et sérine 727.