Nicolas Pilon

Chez les vertébrés, une première ébauche du système nerveux central est obtenue par la formation du tube neural (neurulation). Le tube neural est formé par l’élévation de plis neuraux latéraux à partir de la plaque neurale (neuro-ectoderme) suivi par le repliement et la fusion de ceux-ci. Comme l’indique la compartimentalisation du tube neural en futur cerveau et moelle épinière, la neurulation est très finement couplée à des mécanismes de spécification de l’identité positionnelle des cellules le long de l’axe antérieur-postérieure. De plus, la neurulation est coordonnée avec l’induction d’une population particulière de cellules aux extrémités des plis neuraux: les cellules de la crête neurale (CCN). Suite à la fermeture du tube neural, les CCN émigrent de sa partie dorsale et colonisent différentes régions de l’embryon. Ces cellules multipotentielles forment, entre autres, la totalité des neurones et cellules gliales du système nerveux périphérique ainsi que les mélanocytes. Des défauts affectant la neurulation peuvent entraîner des malformations du tube neural, comme le spina bifida, qui représentent la deuxième cause de malformations congénitales chez l’humain. Le développement anormal des CCN est aussi à la base de plusieurs syndromes génétiques et cancers chez l’humain, qui sont collectivement regroupés sous le terme neurocristopathies, et qui incluent la maladie de Hirschsprung. Ainsi, une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui contrôlent ces processus est requise afin de développer de nouveaux outils permettant d’améliorer le dépistage, le diagnostic ou le traitement précoce de ces maladies.

Utilisant une panoplie de techniques de pointe de biologie moléculaire et cellulaire ainsi que d’approches dites de génétique inverse et de génétique classique chez la souris, les intérêts de recherche du laboratoire sont divisés en deux grands volets, soit:

1) L’analyse des fonctions neurales des facteurs de transcription Cdx.

2) La caractérisation de nouvelles lignées de souris mutantes qui présentent un défaut au niveau des CCN causant une anomalie létale de la formation du système nerveux entérique.

1- Analyse des fonctions neurales des facteurs de transcription Cdx:

1a- Le rôle des protéines Cdx dans le développement précoce du système nerveux.

Les gènes Cdx (1, 2 et 4) sont fortement exprimés au niveau des cellules neurales progénitrices de la future moelle épinière et du futur système nerveux périphérique. Toutefois, principalement dû à la redondance fonctionnelle, les fonctions neurales des protéines Cdx sont encore largement méconnues. Pendant le développement de l’axe antérieur-postérieur de l’embryon, les facteurs de transcription Cdx sont d’importants régulateurs de l’expression des gènes Hox. Pour ce faire, les gènes Cdx intègrent et relaient plusieurs signaux postériorisants et plus particulièrement ceux de la voie Wnt. Ces mêmes signaux Wnt sont essentiels pour l’induction et le développement précoce des CCN. Les travaux antérieurs du Dr Pilon ayant démontré plusieurs niveaux d’interaction Wnt-Cdx, cela suggère donc un rôle pivot pour les protéines Cdx dans la coordination de la formation du tube neural et du développement précoce des CCN. À cet égard, des études in vitro et in vivo sont présentement en cours afin de caractériser les mécanismes de régulation transcriptionnelle d’un important nouveau gène cible des protéines Cdx, qui est impliqué à la fois dans la formation du tube neural et l’induction des CCN. D’autre part, afin d’évaluer la fonction de transactivation redondante des facteurs Cdx, différentes approches sont présentement développées afin de permettre un « knockdown » pan-Cdx. Ce type d’approche sera entre autre employé dans un système ex vivo d’induction de CCN à partir d’explants embryonnaires. Via la manipulation génétique ciblée des cellules souches embryonnaires et le système Cre-LoxP, un nouveau modèle de souris permettant un « knockdown » conditionnel pan-Cdx sera aussi généré. Ce projet de recherche permettra d’apporter d’importantes contributions à la compréhension du contrôle transcriptionnel du développement précoce du système nerveux et d’évaluer l’importance clinique des protéines Cdx dans les pathologies qui y sont rattachées.

1b- Le rôle des protéines Cdx dans les cancers dérivés des CCN.

La recherche fondamentale sur les mécanismes moléculaires du développement embryonnaire est d’une grande importance pour la recherche sur le cancer. Un nombre grandissant d’études démontrent en effet que des cancers résultent très souvent du maintien ou de la réactivation de cascades moléculaires importantes pour le développement embryonnaire. Un projet parallèle vise donc à évaluer le rôle des protéines Cdx dans le développement de cancers dérivés des CCN, comme les neuroblastomes et les mélanomes. À cet effet, les protéines Cdx contrôlent la prolifération et la survie dans différents types cellulaires et ils sont reconnus pour jouer ce rôle dans certains types de cancers gastro-intestinaux et de leucémies.

2- Caractérisation de nouveaux modèles de souris pour la maladie de Hirschsprung (mégacolon aganglionique):

La maladie de Hirschsprung ou mégacolon aganglionique est une maladie génétique rare qui a un taux d’incidence de 1/5000 chez les nouveaux-nés. Cette maladie se caractérise par l’absence de ganglions neuraux (système nerveux entérique) à partir de l’anus jusqu’à une hauteur variable de l’intestin, ce qui empêche le péristaltisme et provoque ainsi une constipation extrêmement sévère. Non traitée, la maladie de Hirschsprung est létale. Le manque d’innervation des intestins résulte d’un défaut de colonisation par les CCN. Afin de découvrir de nouveaux gènes ou loci importants pour les CCN, nous avons générés, par transgénèse chez la souris, une série de mutants insertionnels présentant des défauts de développement reliés aux CCN (collaboration avec le Dr Silversides, U. de Montréal). Trois de ces lignées (Dapple, Dominant Spot et Holstein) développent un phénotype de mégacolon aganglionique et sont présentement en cours de caractérisation dans notre laboratoire. Afin d’identifier le gène ou locus mutant, le site d’intégration des transgènes sera tout d’abord déterminé avec précision pour chaque lignée. En combinant l’hybridation in situ sur les chromosomes à la génération et l’analyse de librairies d’ADN génomique, nous avons déjà identifié un sérieux gène candidat pour la lignée Dapple. Des études sont aussi présentement en cours afin de caractériser plus en profondeur au niveau cellulaire, moléculaire et génétique le défaut développemental menant au mégacolon chez ces mutants. La caractérisation de ces trois nouveaux modèles génétiques permettra des avancées majeures dans la compréhension du développement du système nerveux entérique et de la pathologie de la maladie de Hirschsprung.