Rôle physiologique et physiopathologique de la xylosyltransférase I dans le développement ostéoarticulaire

Physiological and pathophysiological role of xylosyltransferase I in skeleton development

• Auteur / Autrice : Dima Ghannoum
• Direction : Mohamed Ouzzine, Samir Taha
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 18/12/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie moléculaire et physiopathologie articulaire (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Franck Verrecchia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Baugé
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Franck Verrecchia, Hang Korng Ea

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physiologie

Cartilage

Os -- Croissance

Ostéoblastes

Chondrocytes

Protéines de la matrice extracellulaire

Glycosaminoglycanes

Protéoglycanes

Facteurs de croissance transformants bêta

Mots clés libres

Xylosyltransférase I

Protéoglycanes

Matrice extracellulaire

Chondrocytes

Ostéoblastes

Développement ostéoarticulaire

Xylosyltransferase I

Proteoglycans

Extracellular matrix

Chondrocytes

Osteoblasts

Skeletal development

Résumé

Les protéoglycanes (PGs) sont des protéines présentes au niveau de la matrice extracellulaire et à la surface des cellules. Ils sont constitués d’une protéine sur laquelle sont attachées des chaînes de glycosaminoglycanes. Ils jouent un rôle essentiel dans plusieurs processus biologiques. Des mutations au niveau des gènes codant pour la protéine porteuse ou les enzymes impliquées dans la biosynthèse des GAGs sont associées à plusieurs syndromes et pathologies chez l’homme. L’initiation de la synthèse des GAGs est catalysée par la xylosyltransférase I (XT-I). La XT-I joue un rôle clé dans la régulation de la synthèse des PGs au niveau du cartilage et il a été montré récemment que les mutations hypomorphiques de la XT-I sont associées au syndrome du Desbuquois de type II (DBQD2) caractérisé par des anomalies squelettiques (ostéochondrodysplasie). Afin d’élucider le rôle de la XT-I dans le développement ostéoarticulaire, nous avons généré une souris transgénique conditionnelle Col2α1-CreERTM ;XylT1flox/flox permettant l’invalidation de la XT-I au niveau du cartilage. De façon intéressante, l’invalidation de la XT-I induit des anomalies du développement ostéoarticulaire caractérisées par un nanisme important et des défauts des éléments squelettiques. Des études histologiques et la microscopie SHG (génération de seconde harmonique) de la plaque de croissance ont permis de montrer l’importante de la XT-I dans la formation de la matrice extracellulaire (MEC), la fibrillation du collagène II, la maturation des chondrocytes et leur organisation en colonne dans la plaque de croissance. L’analyse des mécanismes moléculaires impliqués indique la perturbation de la voie de signalisation du TGF-β dans la plaque de croissance. D’autre part, des études histomorphométriques et histologiques des os ont révélé que la déficience en XT-I entraîne une accélération du processus d’ossification avec une stimulation de l’activité des ostéoclastes au niveau de l’os spongieux conduisant à une résorption osseuse importante et à une ossification accrue de l’os cortical. Ces travaux ont permis de révéler le rôle de la XT-I dans le développement ostéoarticulaire et dans le maintien de l’homéostasie du cartilage et du tissu osseux et ont mis en évidence le rôle de la voie du TGF-β dans les anomalies du développement. Ces travaux ouvrent également la voie pour le développement de thérapeutiques potentielles pour le traitement des patients atteints du syndrome de Desbuquois type II

Proteoglycans (PGs) are proteins present in the extracellular matrix and on the surface of cells. They consist of a protein to which chains of glycosaminoglycans (GAGs) are attached. PGs play an essential role in many biological processes and in the homeostasis of different tissues including cartilage, bone and skin. Mutations in the genes encoding PG core proteins or the enzymes involved in GAG biosynthesis are associated with several syndromes and pathologies in human. Initiation of GAG synthesis is catalyzed by xylosyltransferase I (XT-I). XT-I plays a key role in the regulation of the synthesis of PGs in cartilage and it has been shown recently that hypomorphic mutations of XT-I are associated with the Desbuquois syndrome type II (DBQD2), characterized by skeletal abnormalities (osteochondrodysplasia). To elucidate the role of XT-I in skeletal development, we generated a conditional transgenic mouse, Col2α1-CreERTM; XylT1flox/flox allowing the invalidation of XT-I gene in the cartilage. Interestingly, the invalidation of XT-I induces skeletal developmental abnormalities characterized by significant dwarfism, and defects in many skeletal elements. Histological studies and SHG microscopy (second harmonic generation) of the growth plate showed the importance of XT-I in extracellular matrix formation, fibrillation of collagen type II, maturation of chondrocytes and their organization in column in the growth plate. The analysis of the molecular mechanisms involved indicates the disruption of the TGF-β signaling pathway in the growth plate. On the other hand, histomorphometric and histological studies of the bones revealed that the XT-I deficiency causes an acceleration of the ossification process with a stimulation of the osteoclasts activity in spongy bone leading to bone resorption, and increased ossification of the cortical bone. This work revealed the role of XT-I in skeletal development and in the maintenance of cartilage and bone homeostasis and highlighted the role of the TGF-β pathway in developmental abnormalities. This work also paves the way for the development of potential therapeutics for the treatment of patients with Desbuquois syndrome type II