Caractérisation de la dynamique du développement et du vieillissement de la denture des rongeurs

Unraveling development and ageing dynamics of the rodent dentition

• Auteur / Autrice : Pauline Marangoni
• Direction : Laurent Viriot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie
• Date : Soutenance le 05/12/2014
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon (Lyon ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Yann Hérault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Viriot, Yann Hérault, Ariane Berdal, Fréderic Michon, Cyril Charles, Ophir Klein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ariane Berdal, Fréderic Michon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Niche de cellules souches

Vieillissement

Mots clés libres

Denture des rongeurs

Voie de signalisation ERK-MAPK

Anatomie dentaire comparée

Incisives à croissance continue

Niches de cellules souches

Vieillissement

Profil d’expression génique

Rodent dentition

ERK-MAPK pathway

Comparative dental anatomy

Incisor stem cell niches

Ageing

Gene expression profile

Résumé

L’évolution de la denture des vertébrés est un sujet majeur et des plus intéressants en biologie développementale évolutive (évo-dévo). Dans ce domaine, la souris Mus musculus est traditionnellement l’animal modèle utilisé. La denture de la souris inclus quatre incisives à croissance continue et douze molaires présentant une organisation caractéristique de leurs cuspides. Le réseau moléculaire régulant le développement de ces deux types de dents est très spécifique.La cascade ERK-MAPK est impliquée lors de différentes étapes du développement dentaire. Une étude comparée du phénotype des molaires de souris mutantes pour des gènes activés à différents points de la cascade a démontré l’existence d’un phénotype caractéristique, à savoir la présence d’une dent surnuméraire en position mésiale des rangées de molaires, ainsi que la présence d’anomalie dans le nombre et la forme de certaines cuspides. Parmi ces caractères présents chez les mutants, certains rappellent des caractères ancestraux présents uniquement chez des rongeurs fossiles. Ceci appuie le rôle que la cascade ERK-MAPK a pu jouer au cours de l’évolution de la denture chez les rongeurs. En travaillant sur une lignée transgénique sur-exprimant un inhibiteur de cette cascade, j’ai pu perfectionner notre connaissance du rôle des gènes de la famille Fgf dans les processus de mise en place des centres de signalisation dentaire et de minéralisation de l’émail.Si l’on considère les incisives à croissance continue, la denture de la souris est dynamique à l’échelle de la vie d’un individu. Réalisant un suivi des incisives supérieures d’une cohorte de souris au cours de leur vieillissement, j’ai pu préciser la chronologie d’apparition de défauts liés au vieillissement. Ces défauts apparaissent sur les incisives à partir de six mois, et le plus fréquent est le développement d’un sillon visible sur l’émail de l’incisive. J’ai enfin utilisé des techniques de séquençage de nouvelle génération (NGS) pour comprendre les bases moléculaires du vieillissement des niches de cellules souches des incisives. Ce faisant, j’ai détecté des changements dans les profils d’expression de gènes régulant le maintien des cellules souches, la prolifération cellulaire et le métabolisme. La présence d’un sillon apparaît corrélée à une forte réponse immunitaire détectée dans les tissus dentaires, ce qui constitue une perspective d’étude majeure dans le but d’achever la caractérisation du vieillissement des cellules souches dentaires.

The evolution of the vertebrate dentition is among the most exciting topics in the evo-devo field, with particular attention being drawn to the mouse model. The mouse dentition includes four ever-growing incisors and twelve molars with a specific cusp pattern. Incisors and molars develop according to a tightly regulated molecular network.The ERK-MAPK cascade is involved at various stages of tooth development. Molar tooth phenotype comparisons in mutant mice for genes acting at various levels of the cascade highlighted a dental phenotype signature, which consists in the presence of a supernumerary tooth and shared cusp pattern defects. Some of these recall characters present in fossil rodents, supporting the ERK-MAPK as a good candidate to explain some evolutionary trends of the rodent dentition. By working on a mouse line over-expressing one of this pathway inhibitor in the oral epithelium, I perfect our understanding of Fgf gene role in specifying signaling center formation at the right stage, and in achieving correct mineralization.When considering evergrowing incisors, mouse dentition is also dynamic at the lifetime scale. I monitored the ageing process of the mouse upper incisors, and provided a chronology of occurrence of the variety of age-related defects display. These defects are set up from the six months on, the most frequent abnormality being the presence of an enamel groove along the surface of the incisor. Using Next Generation Sequencing technologies, I detected transcriptomic changes in the stem cell niches affecting cell proliferation and metabolism, as well as the stem cell niche functioning. The correlation found between the groove occurrence and a large immune response in dental tissues expands our concern for dental stem cell ageing.