La dysplasie géléophysique (DG) est une maladie rare qui appartient à la famille des dysplasies acroméliques. Cette pathologie est caractérisée par un retard statural, une brachydactylie, une raideur articulaire, une dysmorphie faciale, une peau épaisse, une atteinte bronchopulmonaire et une surcharge valvulaire cardiaque conduisant le plus souvent à une mort précoce dans les premières années de la vie. Deux modes de transmissions ont été identifiés. Le premier autosomique récessif est dû à des mutations dans le gène ADAMTSL2. Le second, autosomique dominant est dû à un hot-spot de mutations dans les exons 41 et 42 qui codent pour le domaine Transforming Growth Factor (TGF) β-binding protein-like domain 5 (TB5) du gène FBN1. FBN1 et ADAMTSL2 codent pour des protéines sécrétées de la matrice extracellulaire (MEC). FBN1 code pour la fibrilline-1, une composante des microfibrilles qui jouent un rôle dans la biodisponibilité du TGFβ. La protéine ADAMTSL2 fait partie de la famille des ADAMTS mais n’a pas d’activité enzymatique dû à l’absence de domaine catalytique. Sa fonction est encore inconnue. Cependant des partenaires d’ADAMTSL2 ont été identifiés par notre équipe : latent-transforming growth factor beta-binding protein 1 (LTBP1) et FBN1 qui sont directement impliqués dans le stockage de TGFβ. Récemment une autre protéine, FBN2, a aussi été découverte comme partenaire d’ADAMTSL2 (Hubmacher D et. al.). L’objectif de ma thèse était de comprendre le mécanisme physiopathologique de la DG, grâce à l’analyse de modèles murins. Un premier modèle murin pour la forme récessive de la DG appelé CreCMV; Adamtsl2f/f (ou KO) a été généré. L’analyse phénotypique de ces souris a montré un retard statural, des os longs courts, des extrémités courtes. Dans les plaques de croissance des os longs des souris mutantes, nous avons observé une désorganisation des colonnes chondrocytaires associée à une diminution de l’expression du collagène de type 10, marqueur de la différentiation des chondrocytes. L’analyse de la matrice extracellulaire des plaques de croissance a révélé une désorganisation structurale importante. Une diminution de la fibrilline-1 et de LTBP-1 a été observée ainsi qu’une augmentation de l’activation de la voie de signalisation TGFβ au niveau de la plaque de croissance des souris mutantes. Nous avons observé une désorganisation du réseau microfibrillaire sur des cultures de chondrocytes de souris mutantes. Ces résultats nous ont permis de suggérer que la protéine ADAMTSL2 est impliquée dans la structure du réseau microfibrillaire, lieu de stockage du TGFβ et de démontrer un rôle majeur d’ADAMTSL2 dans la régulation de la chondrogenèse. Afin d’étudier la forme dominante de la DG, le modèle FBN1TB5+/- a été généré. Il est issu d’un système knock-in avec une mutation dans l’exon 42 du gène fbn1 qui correspond au domaine TB5 de la fibrilline-1. Nos résultats ont montré une réduction de la taille des souris hétérozygotes et homozygotes en comparaison aux souris sauvages au stade P1 et P30. Au stade P1, nous avons observé des chondrocytes plus larges et une dérégulation des marqueurs de la chondrogenèse au niveau de la plaque de croissance des fémurs des souris hétérozygotes, ainsi que chez les souris homozygotes. De plus, nous avons observé une très forte mortalité des souris homozygotes vers l’âge de 2 ou 3 mois. Nous en avons conclu que des mutations domaine TB5 de la fibrilline étaient liées à un retard statural et donc que FBN1 avait un rôle majeur dans la chondrogenèse. / Geleophysic dysplasia (GD) is a rare disease, which belong to acromelic group. This pathology is characterized by short stature, brachydactyly, joint stiffness, thick skin, facial dimorphism, broncho-pulmonary insufficiency and cardiac disease which lead to an early death in the first years of life. Two mode of inheritance have been identified. The first one, autosomal recessive, is due to mutations in ADAMTSL2 gene. The second, autosomal dominant, is due to hot-spot mutations in exon 41-42 of FBN1 gene, which encode the Transforming Growth Factor (TGF) β-binding protein-like domain 5 (TB5) of the protein. FBN1 and ADAMTSL2 encode secreted proteins of the extracellular matrix (ECM). FBN1 encodes fibrilline-1, component of microfibrillar network, playing a role in the bioavailability of TGF- β. ADAMTSL2 protein belongs to ADAMTS family, but does not have enzymatic activity due to lack of catalytic domain. Its function remains unknown. However, ADAMTSL2 partners have been identified by our team: latent-transforming growth factor beta-binding protein 1 (LTBP1) and FBN1, which are directly implied in storage of TGF-β. Recently, another protein, FBN2, have been identified as an ADAMTSL2 partner (Hubmacher D et. al.). The aim of my study was to understand the physiopathological mechanism of Geleophysic dysplasia by analysing murine models. A first murine model for the GD recessive form, CreCMV; Adamtsl2f/f (KO), have been generated. Phenotypic analysis of these mice showed short stature and shorter long bones and extremities. In long bone growth plate of mutant mice, we observed disorganization of chondrocyte columns, associated with decrease of collagen 10 expression, marker of chondrocyte differentiation. Analysis of ECM in growth plate revealed strong structural disorganization. Decrease of FBN1 and LTBP1 and were observed with an overactivation of TGF-β pathway in growth plate of mutant mice. We observed disorganization of microfibrillar network in chondrocyte cultures of mutant mice. These results suggest that ADAMTSL2 protein is implied in structure of microfibrillar network, where is stored TGF-β, and demonstrate major role of ADAMTSL2 in chondrogenesis. In order to study dominant form of GD, mouse model FBN1TB5+/-, have been generated. The mice were obtained by knock-in system, with mutation in exon 42 of FBN1 gene. Our results showed short stature of heterozygous (HT) and homozygous (Ho) mice compared to wild)type mice, at stage P1 and P30. At stage P1, we observed larger chondrocytes and deregulation of chondrogenesis markers in growth plate of HT and Ho mice. Furthermore, we observed high mortality of Ho mice at 2-3 months. We concluded that mutations in TB5 domain of FBN1 were linked to short stature and thus FBN1 have major role in chondrogenesis.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'arthrose ou ostéoarthrite (OA) est la plus commune des maladies chroniques associées au vieillissement. La multiplicité des loci et des polymorphismes associés à l'OA suggère l'implication de nombreuses voies de signalisation. La plupart des voies empruntées partagent des points en commun avec le processus d'ossification endochondrale. Dans l'arthrose, la réinitiation de ce processus pourrait être responsable de la dégradation du cartilage et de la présence d'ostéophytes. Un des gènes ayant fait surface autant dans l'OA que dans le développement musculosquelettique est PITX1. Contrairement à ce que son nom l'indique, PITX1 n'est pas seulement exprimé dans la glande pituitaire mais également dans l'os, le cartilage, les muscles et les fibroblastes. Pitx1 joue un rôle clé dans l'identité des membres inférieurs et son inactivation complète chez la souris mène à un phénotype ressemblant aux membres supérieurs. Moins sévère, son inactivation partielle provoque des symptômes apparentés à l'arthrose précoce chez la souris vieillissante. Chez l'humain, une perte d'expression de PITX1 est observée dans le cartilage OA de concert avec une augmentation des protéines EXTL3, REG1 et PARP1. Ces dernières pourraient favoriser la phase initiale de régénération associée à l'arthrose. Pour induire la prolifération des chondrocytes, de bas niveaux de PITX1 sont nécessaires. À l'inverse, de hauts niveaux de PITX1 pourraient prévenir la prolifération et être responsables du statut différencié des chondrocytes articulaires normaux. L'étude des mécanismes de régulation du gène PITX1 a mené à l'identification d'un co-répresseur, nommé prohibitine (PHB1), lié sur une région promotrice distale. PHB1 est normalement retrouvé au niveau des mitochondries mais son accumulation nucléaire semble corréler avec la perte de PITX1 et l'initiation de l'OA. Cette découverte pourrait avoir un impact sur le diagnostic et d'éventuels traitements visant à prévenir l'apparition de l'arthrose. / Osteoarthritis (OA) is one of the most common age-related chronic disorders. The multiplicity of loci identified in OA linkage studies and the large number of associated SNPs suggests that many molecular pathways are involved in OA pathogenesis. Most of these pathways share common features with the process of endochondral ossification, normally occuring during embryogenesis. Cartilage degradation and the presence of osteophytes, hallmarks of OA, could be attributable to the reinitiation of this process. One gene that has surfaced both in OA and in musculoskeletal development is PITX1. Contrary to its original moniker, PITX1 is expressed in many tissues beyond the pituitary gland, including bone, cartilage, muscle and fibroblast cells. Pitx1 is considered as a master regulator of hindlimb identity and its complete inactivation in mice leads to a forelimb-like phenotype. Less severe, its partial inactivation results in early OA symptoms in aging mice. In humans, loss of PITX1 expression is observed in OA cartilage concomitantly with the upregulation of EXTL3, REG1 and PARP1. The association between these proteins and tissue regeneration is consistent with the biosynthesis phase initially taking place in OA cartilage. The dose-dependent relationship between PITX1 and cell proliferation supports the view that low PITX1 expression levels are necessary for chondrocytes to proliferate. Conversely, high levels of PITX1 would prevent proliferation and be required to maintain a differentiated state in normal articular chondrocytes. The regulation of PITX1 gene is of particular interest since it could help to better understand its role in osteoarthritis pathogenesis and in the process of endochondral ossification. Search for mechanisms responsible for the downregulation of PITX1 in OA led to the identification of prohibitin (PHB1) bound to its distal promoter region. PHB1 is a mitochondrial marker but its presence in chondrocytes nuclei seems to correlate with the initiation stage of OA. This discovery could impact diagnosis as well as possible treatments for osteoarthritis.

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