Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Au cours de ma thèse, j'ai étudié le rôle in vivo du facteur de transcription Krox20 durant le développement précoce du cerveau postérieur des vertébrés et durant le processus de myélinisation du système nerveux périphérique. Je me suis plus particulièrement intéressée aux mécanismes impliqués dans la régulation de son activité via son interaction avec divers co-facteurs. Lors du développement embryonnaire, le cerveau postérieur des vertébrés, ou rhombencéphale, présente une segmentation transitoire le long de l'axe antéro-postérieur, aboutissant à la formation d'unités de différenciation neuronales. Le gène maître Krox20, codant un facteur de transcription à doigts de zinc, est exprimé précocement dans le rhombencéphale et est nécessaire à son développement, ainsi qu'à l'organisation correcte des nerfs crâniens. Une étude structure-fonction de Krox20 réalisée in vivo m'a permis de montrer que son activité au niveau du rhombencéphale implique différents domaines de la protéine en fonction des cibles transcriptionnelles considérées. J'ai de plus étudié plus spécifiquement le rôle de ses co-facteurs Nab et Hcf-1, montrant qu'ils jouent respectivement un rôle répresseur et activateur de l'activité de Krox20 lors du développement du rhombencéphale. Krox20 est également un gène-clé du processus de myélinisation du système nerveux périphérique et diverses mutations l'affectant ont été caractérisées chez des patients atteints de neuropathies démyélinisantes héréditaires, nommées maladies de Charcot-Marie-Tooth. J'ai généré une lignée de souris portant l'une de ces mutations, abolissant l'interaction entre Krox20 et les Nab. Ce modèle murin, présentant des défauts similaires à ceux observés chez les patients humains, m'a permis de confirmer le rôle majeur de l'interaction entre Krox20 et les Nab dans le processus de myélinisation. J'ai par ailleurs pu montrer que l'hypomyélinisation observée reposait sur un phénotype complexe, lié à un retard du processus de myélinisation suivi d'une dégradation de la myéline formée. Ceci suggère un rôle majeur de Krox20 et des Nab durant différentes étapes séquentielles de la myélinisation du système nerveux périphérique.

Au cours du développement embryonnaire, le destin d'une cellule est spécifié par l'expression de gènes dits de lignage. Le contrôle de l'expression de ces gènes est essentiel à la cohérence du développement embryonnaire. Pour savoir comment s'effectue ce contrôle, nous avons choisi un modèle de spécification dans le cerveau postérieur des vertébrés, le rhombencéphale. Au cours de son développement, cet organe comprend sept groupes de cellules homogènes, appelés rhombomères (r) et notés de r1 à r7, qui subissent des processus de spécification distincts. La voie de spécification de r3 et r5 est la mieux connue car elle est contrôlée par un facteur unique, Krox20. En l'absence de ce facteur, les cellules de r3 et r5 ne sont pas correctement spécifiées et voient leur destin neuronal modifié. Dans ce travail de thèse, nous dévoilons les mécanismes qui permettent de contrôler le nombre de cellules exprimant le gène Krox20, donc la taille de r3 et r5. Ces mécanismes contrôlent la dynamique de transcription de Krox20, en régulant l'activité de ses éléments régulateurs. Deux éléments, B et C, sont responsables de l'initiation de l'expression de Krox20 ; un troisième, noté A, l'amplifie et la prolonge grâce à une activité autorégulatrice. Nous montrons (i) que les cellules n'acquièrent l'identité r3/r5 que si elles activent l'élément A, (ii) que l'activation de l'élément A suit un mode tout-ou-rien, selon le niveau d'initiation de Krox20. Ces conclusions ont été obtenues par l'analyse d'un modèle mathématique, contraint par des données expérimentales obtenues chez le poisson-zèbre, et suffisamment résolutif pour décrire l'activation de A à l'échelle moléculaire.

La segmentation du rhombencéphale désigne le processus de subdivision rostro-caudale du cerveau postérieur embryonnaire en 7 compartiments cellulaires, appelés rhombomères (r), qui constituent des unités de développement et d'expression génique. Le facteur de transcription à doigts à zinc Krox20 joue un rôle central dans ce processus en couplant la formation et la spécification des rhombomères 3 et 5. Trois éléments régulateurs contrôlant l'expression de Krox20 ont été caractérisés. Les éléments B et C, actifs respectivement dans r5 et r3-r5, sont impliqués dans le démarrage de l'expression de Krox20 dont l'amplification et le maintien sont ensuite assurés par l'élément autorégulateur A. L'élément C constitue donc une clé d'investigation pour élucider les mécanismes responsables de l'expression régionalisée de Krox20 dans r3. Afin de poursuivre la caractérisation du contrôle transcriptionnel de Krox20 dans r3, j'ai entrepris une analyse fonctionnelle des séquences de l'élément C par mutagénèse et mis en évidence plusieurs blocs nécessaires à son activité. J'ai également établi le répertoire transcriptomique exhaustif, quantitatif et différentiel du rhombencéphale murin en début de segmentation par RNA-Seq et j'ai pu ainsi identifier plusieurs régulateurs de l'activité de l'élément C. Enfin, j'ai réalisé l'analyse du mutant murin d'excision de l'élément C et révélé de nouvelles propriétés du contrôle transcriptionnel de Krox20, dont la coopération en cis entre les éléments A et C. Ces travaux illustrent comment la combinaison de différentes approches permet d'élucider un mécanisme de régulation transcriptionnel complexe jouant un rôle essentiel dans la spécification cellulaire