Etude du rôle de la modification de l'état de sulfatation des héparanes sulfates protéoglycanes (HSPGs) par la protéine DSulf1 dans la régulation de la voie de signalisation Hedgehog (Hh) chez la drosophile

Role of the modification of sulfation state of Heparan sulfate proteoglycan (HSPGs) by the protein DSulf1 on the regulation of Hedgehog (Hh) signalling pathway in Drosophila

• Auteur / Autrice : Alexandre Wojcinski
• Direction : Bruno Glise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Gènes, cellules et développement
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Héparanes mimétiques

Transduction du signal cellulaire

Morphogenèse

Protéoglycanes

Drosophiles

Mots clés libres

Drosophile

Hedgehog

Morphogène

Sulfatase

Héparanes Sulfates Protéoglycanes

Résumé

L'information de position mise en place au cours du développement des organismes pluricellulaires est, dans la majorité des cas, donnée par des molécules appelées morphogènes. Ces molécules synthétisées de manière localisée diffusent dans les tissus cibles en établissant un gradient de concentration décroissant permettant ainsi de réguler l'expression de gènes cibles en fonction de la dose perçue par les cellules. Parmi les familles de morphogènes existantes, les molécules de la famille Hedgehog (Hh) ont un rôle particulièrement important et sont impliquées dans la régulation de nombreux processus développementaux à la fois chez la Drosophile et les vertébrés. Une étape clé de la régulation de cette voie de signalisation est la compréhension des mécanismes moléculaires qui contrôlent la formation du gradient de concentration dans le territoire cible. Parmi les facteurs impliqués dans le mouvement de Hh dans l'espace extracellulaire, les macromolécules matricielles appartenant à la famille des héparanes sulfates protéoglycanes (HSPGs) ont été décrites comme jouant un rôle important dans ce processus. Les HSPGs sont composés d'une protéine cœur sur laquelle sont liées, de manière covalente des chaînes polysaccharidiques. Au cours de leur biosynthèse, ces chaînes de type HS peuvent être modifiées par l'ajout de groupements sulfates à différentes positions permettant ainsi d'établir un profil de sulfatation caractéristique des différents HSPGs. L'identification récente de sulfatases sécrétées de type Sulf, enzymes qui catalysent l'élimination de groupements sulfates en position 6-O (6-O-endosulfatase), indique que le profil de sulfatation des HSPGs peut également être modulé dans l'espace extracellulaire. Mes travaux de thèse, ont permis d'identifier DSulf1, l'unique gène codant pour une 6-O-endosulfatase chez la drosophile, comme un nouveau régulateur de la voie de signalisation Hh au cours du développement de l'aile. En particulier, j'ai pu montrer, dans le disque imaginal d'aile, structure larvaire à l'origine de l'aile adulte, que DSulf1, en modulant la distribution du morphogène au pôle apical des cellules, permet de positionner précisément les domaines d'expression des gènes cibles de Hh. De manière intéressante, nous avons pu mettre en évidence que cette enzyme, par la même activité, possède deux fonctions distinctes dans ce tissu. En effet, DSulf1 se comporte comme un régulateur positif dans le territoire source de Hh, en permettant un relargage plus important du morphogène dans le compartiment cible. A l'inverse, dans le tissu cible celle-ci agit comme un régulateur négatif, probablement en déstabilisant la liaison de Hh sur les HSPGs, interaction nécessaire pour une activation efficace de la voie de transduction du signal. Nous avons, par ailleurs montré que l'expression de DSulf1 est dynamique et que celle-ci apparait secondairement à l'expression des gènes cibles de la voie en réponse à l'activité de la voie de signalisation EGFR, elle-même positionnée par le morphogène Hh. Ces résultats nous ont permis de proposer que DSulf1 fait partie d'une boucle de rétrocontrôle qui permet de maintenir dans l'espace et le temps les domaines d'expression des gènes cibles de la voie de signalisation Hh au cours du développement de l'aile chez la drosophile.

The positional information during multicellular organisms development is, in most cases, given by molecules called morphogens. These molecules are synthesized in a localized fashion and spread in target tissues, establishing a decreasing concentration gradient and regulate the expression of target genes in a dose dependant manner. Among morphogens, molecules of the Hedgehog family (Hh) are involved in regulating many developmental processes in both Drosophila and vertebrates. A key step in regulating this pathway is the molecular mechanisms that control the formation of concentration gradient in the target territory. Several factors regulating the movement of Hh in the extracellular space, have been identified among which the macromolecules belonging to the family of heparan sulfate proteoglycans (HSPG). The HSPG are extracellular components consisting of a core protein which is linked covalently to polysaccharide chains. During their biosynthesis, these chains, called HS chains, can be modified by the addition of sulfate groups at different positions leading to establishment of distinct profiles and thus a great variety of HSPGs. The recent identification of secreted sulfatases that catalyze the specific removal of sulfate groups in position 6-O oh HS (6-O-endosulfatase) indicates that the sulfation pattern of HSPG may also be modulated in the extracellular space. During my thesis work, we identified DSulf1, the only gene encoding for a 6-O-endosulfatase in Drosophila as a novel regulator of the Hh signaling pathway during wing development. In particular, I showed that DSulf1, by modulating the distribution of Hh morphogen at the apical pole of cells, can accurately position the expression domains of Hh target genes in the wing imaginal disc, larval structure giving rise to the adult wing. Interestingly, we demonstrated that this enzyme, by the same effects on Hh release, has two distinct functions in this tissue. Indeed, DSulf1 behaves as a positive regulator in Hh producing cells, allowing an enhanced release of the Hh morphogen towards its target field. Conversely, in the target tissue, it acts as a negative regulator, likely by destabilizing the binding of Hh/ HSPG interaction required for efficient activation of the signal transduction pathway. We have also shown that Dsulf1 expression is dynamic and it starts secondarily to the expression of Hh target genes. Our work shows that Dsulf1 expression depends on EGFR signaling pathway, which is itself positioned by the Hh morphogen. These results enabled us to propose that DSulf1 is part of a feedback loop that maintains in space and time expression domains of Hh target genes during Drosophila wing development.