La fonction des gènes Hox est étroitement liée à leur expression durant le développement embryonnaire. Ainsi l'analyse de souris mutantes pour la fonction Hoxa5 a révélé que ce gène joue un rôle crucial dans la spécification du squelette ainsi que dans l'ontogénie de plusieurs organes. Par transgenèse, nous avons défini des séquences régulatrices incriminées dans le contrôle de l'expression spatio-temporelle développementale du gène Hoxa5. Un fragment de 2.1 kb situé en aval du gène Hoxa5 (nommé MES) possédant une activité "enhancer" dans les dérivés mésodermiques de la région cervicale avait précédemment été identifié. Par délétions successives de cette région, nous avons mis en évidence la présence de plusieurs éléments régulateurs. Parmi ces derniers, nous avons isolé deux séquences, les fragments AvEc-164 pb et PsHi-331 pb. Le fragment AvEc-164 pb apparaît essentiel au positionnement de la limite postérieure d'expression du gène Hoxa.5 au niveau de la dixième prévertèbre. Cette limite d'expression correspond à la limite postérieure de l'expression du transcrit fonctionnel de 1.8 kb du gène Hoxa5. Nous avons montré que la liaison spécifique de protéines Cdx et/ou Hox sur le fragment AvEc-164 pb était essentielle à son activité régulatrice. Contrairement au fragment AvEc-164 pb, le fragment PsHi-331 pb possède une activité "enhancer" et participe aux propriétés activatrices du MES. Des expériences de retard de migration (EMSA) montrent que des protéines présentes dans des extraits d'embryons de souris peuvent lier le fragment PsHi-331 pb. Les résultats de ces études sur la régulation du gène Hoxa5 et leur impact sur la régionalisation de l'expression du gène seront présentés. Enfin, dans le but de mieux appréhender les diverses fonctions du gène Hoxa5 tout au long du développement, nous avons généré un mutant conditionnel par recombinaison homologue dans des cellules ES. Les phénotypes associés aux différents variants alléliques obtenus ont été caractérisés et comparés à ceux préalablement décrits chez les individus Hoxa5~ '.

Les gènes Hox codent pour des facteurs de transcription essentiels durant l’embryogénèse. Les études antérieures menées chez les femelles Hoxa5-/- ont démontré une désorganisation de la morphologie de leurs glandes mammaires se reflétant par une incapacité à allaiter leur progéniture. Ce travail consistait à déterminer le rôle du gène Hoxa5 dans la composition du stroma mammaire de femelles à quatre et dix mois et au 12.5ème jour de gestation. Pour cela cinq gènes ont été analysés, soient le collagène, la fibronectine, la décorine, le lumican et UCP-1 (Uncoupling protein 1). Les transcrits et protéines de ces gènes étaient modulés dans les glandes mammaires Hoxa5-/-. Il a été démontré que la fonction du gène Hoxa5 est nécessaire à quatre et à dix mois au cours du cycle œstral pour l’établissement et le maintien de l’intégrité du stroma mammaire, et au 12.5ème jour de gestation pour la différenciation terminale des structures épithéliales. / Hox genes encode transcriptional factors essential for embryogenesis. Previous studies on Hoxa5 mutant female mice have demonstrated a disorganization of the mammary gland morphology causing incapacity to feed the pups. This study consists to determine the implication of Hoxa5 gene in mammary stroma composition by using four and ten month old female mice as well as 12.5 days pregnant mice. Our investigation consists in analyzing the expression of five proteins: collagen, fibronectin, decorin, lumican, and UCP-1 (Uncoupling protein-1). Both transcript and protein genes’ levels were modulated in mammary gland of Hoxa5-/- mice. I have shown that Hoxa5 gene expression in mammary gland is necessary to establish and maintain stroma integrity during oestrus cycle in four and ten month old mice and for the terminal differentiation of mammary gland epithelial structures at 12.5 days of gestation.

Les gènes Hox sont essentiels au développement des organismes, étant impliqués, entre autres, dans l'identité cellulaire le long de l'axe antéropostérieur de l'embryon, la spécification des squelettes axial et appendiculaire, la formation du système nerveux et l'organogenèse. Le gène Hoxa5 est indispensable au développement du système respiratoire, puisque les souris mutantes présentent un taux important de mortalité liée à une détresse respiratoire à la naissance. La détection de la protéine HOXA5 dans le mésenchyme du tractus respiratoire ainsi que dans les motoneurones de la région phrénique du système nerveux central nous a mené à étudier la contribution spécifique du gène Hoxa5 dans chaque composante susceptible d'influencer le développement pulmonaire. À l'aide d'une approche d'inactivation conditionnelle, nous avons démontré que la perte de fonction de Hoxa5 dans le mésenchyme affecte le développement trachéal, ainsi que la différenciation épithéliale et la croissance pulmonaire. Aussi, la mutation dans les motoneurones résulte en une hypoplasie pulmonaire ainsi qu'en une innervation et une musculature anormales du diaphragme, des défauts permettant de reproduire la mortalité néonatale obsevée chez les souris Hoxa5-/-. L'expression du gène Hoxa5 est contrôlée par plusieurs séquences régulatrices, dont un responsable l'expression dans les systèmes respiratoire et digestif. Le facteur de transcription Yin Yang 1 (YY1) lie cette séquence et il est impliqué directement dans la régulation de l'expression du gène Hoxa5 dans le poumon. YY1 est exprimé de manière ubiquitaire et peut agir en tant qu'activateur ou répresseur transcriptionnel dépendamment du contexte en recrutant différents coactivateurs ou corépresseurs transcriptionnels. La perte d'expression mésenchymale de Yy1 mène à un phénotype pulmonaire similaire à celui des souris Hoxa5-/- causant la mort à la naissance. Nous avons étudié comment l'inactivation spécifique de Yy1 dans l'épithélium pulmonaire, à l'aide de l'approche d'inactivation conditionnelle, influence le développement pulmonaire. La mutation épithéliale de Yy1 résulte en une mortalité à la naissance causée par une détresse respiratoire, des anneaux de cartilage désorganisés, une différenciation altérée ainsi qu'une absence de formation de l'arbre bronchial menant à une dilatation des voies respiratoires similaire à ce qui est observé chez les patients souffrant de malformations congénitales cystiques du poumon, telle que le blastome pleuropulmonaire (PPB). Nos résultats démontrent le rôle crucial de YY1 dans la morphogenèse pulmonaire et identifie les souris mutantes pour le gène Yy1 comme un modèle potentiel permettant d'étudier les méchanismes génétiques du PPB. / Hox genes encode transcription factors governing complex developmental processes including the anteroposterior patterning of the embryo axis, the specification of the axial and appendicular skeletons as well as the formation of the nervous system and several organs. In the respiratory system, the role of Hoxa5 is critical since the loss of Hoxa5 function causes death at birth of a high proportion of mutant pups due to respiratory distress. HOXA5 protein expression in the mesenchyme of the respiratory tract and in the phrenic motor neurons of the central nervous system led us to address the specific contribution of Hoxa5 in each component to lung development. Using a conditional gene targeting approach, we demonstrated that the genetic ablation of Hoxa5 function in the mesenchyme established the importance of Hoxa5 in trachea development, lung epithelial cell differentiation and lung growth. In parallel, the specific deletion of Hoxa5 in motor neurons resulted in abnormal innervation of the diaphragm, altered diaphragm musculature and lung hypoplasia which are responsible for the neonatal lethality observed in null mutants. Thus, this confirms that a defective diaphragm mainly contributes to impair survival at birth. Hoxa5 expression is under the control of many regulatory elements, one of which is responsible for Hoxa5 expression in the respiratory and digestive tracts. Yin Yang 1 (YY1) is a multifunctional zinc-finger-containing transcription factor that plays crucial roles in numerous biological processes by selectively activating or repressing transcription, depending upon promoter contextual differences and specific protein interactions. We have shown that YY1 regulates Hoxa5 expression in the lung by binding to the lung-specific regulating sequence. However, the mesenchymal loss of Yy1 function causes a lung phenotype similar to the one observed in Hoxa5-/- mutants including neonatal mortality. We then studied how the epithelial-specific inactivation of Yy1 impacts on lung development. The Yy1 epithelial mutation resulted in neonatal death due to respiratory failure. It impaired tracheal cartilage formation, altered cell differentiation, abrogated lung branching and caused airway dilation similar to that seen in human congenital cystic lung diseases, such as the pleuropulmonary blastoma (PPB). Together, our data demonstrate the crucial requirement for YY1 in lung morphogenesis and identify Yy1 mutant mice as a potential model for studying the genetic basis of PPB.

The Hox gene family encodes transcription factors that play an essential role in embryo patterning and organogenesis. Hoxa5 mutant mice have been produced and majority of Hoxa5" mice die at birth from respiratory failure. Surviving Hoxa5'1 ' dams are unable to feed their pups properly, revealing abnormal mammary gland development. The Hoxa5 null mutation results in increased proliferation and precocious differentiation in the mammary epithelium, thus causing the formation of collapsed alveoli unable to secrete milk. In order to find Hoxa5 targets involved in mammary gland development, I performed microarray analyses combined with a candidate gene expression analysis approach. This work confirmed the secretory defects observed in Hoxa5'1 ' and demonstrated a new role for Hoxa5 in extracellular matrix organisation. It also identified the TGFp signaling pathway as a potential effector of Hoxa5 function. Finally, this work suggests interdependence between Hoxa5 and the ovarian hormones in controlling mammary gland proliferation. / Les gènes Hox sont des facteurs de transcription essentiels à la spécification des axes embryonnaires et à l'organogenèse. L'étude d'une lignée de souris mutante pour le gène Hoxa5 a mis en évidence une augmentation de la prolifération et un développement lobullo-alvéolaire précoce dans les glandes mammaires Hoxa5~f ~, accompagnés de l'expression précoce des protéines du lait. Afin de caractériser les mécanismes moléculaires contrôlés par Hoxa5 dans la glande mammaire, une étude utilisant les micropuces d'ADN combinée à l'analyse de l'expression de gènes candidats ont été réalisées. Ces travaux ont confirmé les problèmes de sécrétion et mis en évidence la désorganisation de la matrice extracellulaire dans les glandes mammaires Hoxa5~'~. Ils ont également permis d'identifier la voie de signalisation du TGFp comme un effecteur potentiel du gène Hoxa5. Enfin, ces travaux suggèrent une interdépendance entre les hormones ovariennes et le gène Hoxa5 dans la régulation de la prolifération de la glande mammaire

Les gènes Hox codent pour des facteurs de transcription orchestrant l'identité antéro-postérieure du plan corporel des animaux à symétrie bilatérale. La souris Hoxa5-/- a permis de démontrer que ce gène joue un rôle primordial dans la spécification des squelettes axial et appendiculaire, ainsi que dans l'ontogénie de plusieurs organes. À l'aide d'une approche de transgenèse et de délétions successives de la séquence intergénique Hoxa4-Hoxa5, j'ai identifié deux éléments régulateurs responsables de l'expression du gène Hoxa5 dans les systèmes respiratoire et digestif: un fragment d'ADN NcoI-SacI de 163-pb possédant une activité de type activatrice et dirigeant l'expression au niveau du poumon, de l'estomac et de l'intestin, de même qu'un fragment XbaI- BssHII de 259-pb, nécessaire à une expression complète du gène Hoxa5 au niveau du système digestif. Des expériences de retard sur gel (EMSA) et d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) m'ont permis de démontrer la liaison du facteur de transcription YY1 à ces deux séquences d'ADN. En mutant ses sites de liaison dans un contexte de transgenèse, j'ai mis en évidence le rôle de YY1 comme activateur transcriptionnel du gène Hoxa5 dans les organes. Il s'agit d'ailleurs d'un des rares exemples où la protéine YY1 ne réprime pas l'expression des gènes Hox. J'ai également appliqué la technique de ChIP pour confirmer que les facteurs de transcription à boîte homéo CDX4 et HOXB9 se lient tous les deux au fragment d'ADN AvrII-Eco47III de 164-pb situé à l'intérieur de l'élément MES. J'ai donc montré que la protéine HOXB9 participe à restreindre caudalement l'expression du gène Hoxa5 au niveau de la prévertèbre 10, supportant ainsi le concept de prévalence postérieure. De plus, j'ai généré deux lignées de souris transgéniques exprimant la recombinase Cre sous le contrôle de deux combinaisons de séquences régulatrices identifiées du gène Hoxa5. Ces lignées ont été caractérisées et fournissent de nouveaux outils utiles pour étudier la fonction de différents gènes dans certains tissus le long de l'axe antéro-postérieur. Enfin, le locus Hoxa5 produit 4 trasncrits de 1.8, 5.0, 9.5 et 11-kb de longueur se chevauchant et pouvant produire une protéine in vitro. Cependant, j'ai démontré que seul le court transcrit de 1.8-kb, correspondant aux deux exons connus du gène Hoxa5, génère une protéine associée à la fonction du gène in vivo. Les différents résultats obtenus seront présentés et discutés. / Hox genes encode transcription factors, which orchestrate bilaterian anteroposterior patterning. Using Hoxa5-/- mice as model, we have demonstrated that this gene plays a key role in axial and appendicular skeletal patterning as well as in the formation of several organs such as the respiratory and digestive tracts. Using a transgenesis approach and successive deletions in the Hoxa4-Hoxa5 intergenic region, I have identified two distinct regulatory elements responsible for Hoxa5 expression in respiratory and digestive tracts: a 163-bp NcoI-SacI DNA fragment having enhancer activity that drives expression in lung, stomach and intestine, and a 259-bp XbaI-BssHII fragment necessary for a complete Hoxa5 digestive tract expression. Electrophoretic mobility shift (EMSA) and chromatin immunoprecipitation (ChIP) assays have demonstrated the capacity of the YY1 transcription factor to bind these two DNA sequences. By mutating its binding sites in a transgenesis context, I have highlighted the transcriptional activator role of the YY1 protein in Hoxa5 organ expression, which is very interesting since few examples of Hox gene activation by YY1 are reported in the literature. I have also generated two transgenic mice lines expressing the Cre recombinase under the control of two combinations of identified regulatory sequences. These lines have been charaterized and provide useful genetic tools to study gene function in specific tissues along the anteroposterior axis. I have also applicate ChIP technology to demonstrate the in vivo binding of CDX4 and HOXB9 homeobox transcription factors to the 164-bp AvrII-Eco47III DNA fragment included in the MES regulatory element. Consequently, I have shown that the HOXB9 protein caudally participates to restrict the Hoxa5 gene expression at the level of prevertebra 10, which supports the posterior prevalence concept. Finaly, the Hoxa5 locus encompasses 4 overlapping transcripts of 1.8, 5.0, 9.5 and 11.0-kb that can produce a HOXA5 protein in an in vitro context. However, I have demonstrated that only the short transcript of 1.8-kb corresponding to the two known Hoxa5 gene exons is transcribed into an in vivo HOXA5 protein associated to the gene function. Data will be presented and discussed.

Le bois, ou le xylème secondaire, est le produit de la différenciation des cellules cambiales en cellules vasculaires spécialisées lignifiées telles que les fibres et les éléments de faisceaux. Chez les herbacées de nombreuses évidences ont été rapportées quant à l'implication de facteurs de transcription de type Homéodomaine Leucine Zipper de classe III (HD-Zip III) dans la régulation du développement du xylème primaire. À la lumière de évidences rapportées chez les herbacées l'hypothèse que nous avons voulu tester est que les HD-Zip III de peupliers auraient acquis des fonctions liées au développement du xylème secondaire. Pour tester cette hypothèse, nous avons choisit deux objectifs généraux : Tout d'abord 1) celui de caractériser l'abondance des transcrits de HD-Zip III dans le cambium par rapport à d'autres tissues. Et 2) caractériser de l'effet de la surexpression de HD-Zip DI chez des peupliers transgéniques, PtHB-1 et PtHB-5 respectivement homologues de REVOLUTA et AtHB-8. Ceci est une façon indirecte de lier leur fonction dans le développement vasculaire, s'ils altèrent la differentiation de fibres ou le développement général des tissus vasculaires. À la lumière des résultats, l'analyses d'expression des transcrits de HD-Zip III nous avons conclue qu'ils sont tous présent dans le xylème secondaire en formation (cambium). Néanmoins, un gène se distingue des autres : PtHB-5, qui présente le patron d'expression le plus spécifique au cambium. Finalement, la surexpression du gène PtHB-1 chez des peupliers transgéniques a mit en évidence son implication dans la formation du xylème primaire, par contre cette expérience ne nous a pas permis de conclure à propos de son implication potentielle dans le xylème secondaire.

Hox transcription factors are extensively investigated in diverse fields of molecular and evolutionary biology. Hox genes belong to the family of homeobox transcription factors characterised by a 60 amino acids region called homeodomain. These genes are evolutionary conserved and play crucial roles in the development of animals. In particular, they are involved in the specification of segmental identity, and in the tetrapod limb differentiation. In vertebrates, this family of genes can be divided into 14 groups of homology. Common methods to classify Hox proteins focus on the homeodomain. Classification is however hampered by the high conservation of this short domain. Since phylogenetic tree reconstruction is time-consuming, it is not suitable to classify the growing number of Hox sequences. The first goal of this thesis is therefore to design an automated approach to classify vertebrate Hox proteins in their groups of homology. This approach classifies Hox proteins on the basis of their scores for a combination of protein generalised profiles. The resulting program, HoxPred, combines predictive accuracy and time efficiency. We used this program to detect and classify Hox genes in several teleost fish genomes. In particular, it allowed us to clarify the evolutionary history of the HoxC1a genes in teleosts. Overall, HoxPred could efficiently contribute to the bioinformatics toolbox commonly used to annotate vertebrate Hox sequences. This program was then evaluated in non-vertebrate species. Although not intended for the classification of Hox proteins in distantly related species, HoxPred showed a high accuracy in bilaterians. It has also given insights into the evolutionary relationships between bilaterian posterior Hox genes, which are notoriously difficult to classify with phylogenetic trees.<p><p>As transcription factors, Hox proteins regulate target genes by specifically binding DNA on cis-regulatory elements. Only a few of these target genes have been identified so far. The second goal of this work was to evaluate whether it is possible to apply computational approaches to detect Hox cis-regulatory elements in genomic sequences. Regulatory Sequence Analysis Tools (RSAT) is a suite of bioinformatics tools dedicated to the detection of cis-regulatory elements in genomes. We participated to the development of matrix-based pattern matching approaches in RSAT. After having performed a statistical validation of the pattern-matching scores, we focused on a study case based on the vertebrate HoxB1 protein, which binds DNA with its cofactors Pbx and Meis. This study aimed at predicting combinations of cis-regulatory elements for these three transcription factors. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished