Cardiac fibroblast to myofibroblast phenoconversion is a critical step during the development of cardiac fibrosis. Myofibroblasts chronically remodel extracellular matrix that results in myocardial stiffening, cardiac dysfunction and eventually heart failure. Previously we showed that Meox2, a homeobox transcription factor, can inhibit myofibroblast phenoconversion. Here we show that Zeb2, a repressor of Meox2, plays a crucial role during this phenoconversion process. Zeb2 overexpression significantly upregulates the expression of three key myofibroblast markers: α-SMA, SMemb and ED-A fibronectin in primary rat cardiac myofibroblast. We show that Zeb2 is highly expressed in myofibroblast nuclei whereas it is minimally expressed in fibroblast nuclei. Zeb2 overexpression in myofibroblasts results in a less migratory and more contractile mature myofibroblast phenotype. Moreover, Zeb2 overexpression represses Meox2 expression in endothelial cells. Thus, the current study enhances our understanding of the mechanism behind myofibroblast phenoconversion and provides a basis for developing Zeb2-based novel anti-fibrotic drug in the future. / February 2016

Abnormal kidney development is a relatively prevalent health issue; however, the genetic basis is mostly unknown. The aim of this thesis is to identify genes important in kidney development and disease and to study their molecular functions. We hypothesized that human diseases associated with kidney anomalies can uncover novel genes important in kidney development and disease. The thesis is divided into three independent projects that examined three genes (i.e. Zeb2, Ilk, Robo2) at three stages of mouse kidney development: nephrogenesis, glomerular podocyte, and early ureteric bud outgrowth. In the first project, we identified Zeb2, a gene encoding the zinc finger E-box binding homeobox 2 transcription factor that is mutated in the Mowat Wilson syndrome, as a novel gene important in nephrogenesis. Zeb2 conditional knockout mice (Zeb2 cKO) develop glomerulocystic kidney disease with many atubular glomeruli and decreased expression of proximal tubular markers before cyst formation. These data suggest that abnormal nephrogenesis leads to the congenital atubular glomeruli and primary glomerular cysts in the Zeb2 cKO mice. This study implies that ZEB2 is a novel candidate gene for glomerular cystic disease in patients. Additionally we found that Pkd1, the gene mutated in autosomal dominant polycystic kidney disease, is upregulated in non-cystic glomeruli and knockout of one copy of the Pkd1 gene exacerbates the cystic phenotype of the Zeb2 cKO mice. These findings suggest a genetic interaction between Zeb2 and Pkd1 and that Zeb2 might be a novel PKD1 modifier. In the second project, we studied the roles of integrin-linked kinase (ILK) and roundabout 2 (ROBO2) in glomerular podocytes. We found that ILK and ROBO2 form a protein complex, and that loss of Robo2 improves survival and alleviates the podocyte and basement membrane abnormalities seen in Ilk knockout mice. In the third project, using microarray gene expression analysis, we found lower gene expression levels of extracellular matrix proteins during early ureteric bud outgrowth in the Robo2 homozygous knockout embryos as compared to wild type controls. These findings suggest that ROBO2 may regulate extracellular matrix components in the kidney. In conclusion, we found a new role for Zeb2 in nephrogenesis, and identified a novel function of Robo2 in regulating extracellular matrix gene expression in podocytes and during early kidney development. / 2017-11-03T00:00:00Z

Les causes génétiques des syndromes avec déficiences intellectuelles sont encore peu élucidées. Les données actuelles disponibles sont très récentes et encore incomplètes. Le syndrome de Mowat-Wilson appartient à ce cadre nosologique. Il associe une déficience intellectuelle profonde et un syndrome polymalformatif comprenant une maladie de Hirschsprung, des anomalies du corps calleux, des anomalies cardiaques et urogénitales. Les causes moléculaires sont, dans la très grande majorité des cas, des mutations tronquantes de ZEB2 (ou SIP1 ou ZFHX1B). Ces anomalies surviennent de novo à l'état hétérozygote. Récemment, nous avons identifié dans notre laboratoire, trois nouvelles mutation faux-sens de ZEB2 chez trois patients ayant un phénotype modéré de la maladie. Nous montrons que ces anomalies moléculaires induisent une perte de fonction de la protéine. Les techniques de sauvetage du phénotype par injection d'ARN ZEB2 sauvage et muté montrent que, chez les embryons morphants sip1b, les protéines mutées participent partiellement au développement des dérivés neuraux et des crêtes neurales.Parallèlement à cette étude, par séquençage de l'exome, nous avons identifié chez un patient atteint de déficience intellectuelle syndromique, une mutation de CSDE1. Ce gène code une protéine à 5 domaines cold-shock, liant l'ARN et régulant la traduction dépendante de l'IRES. C'est la première fois que CSDE1 est impliqué en pathologie. Nous montrons que la mutation entraine une haploinsuffisance et dérégule la traduction de ZEB2. / [Translated by Reverso web site - The genetic causes of the syndromes with intellectual deficiencies are again little clarified. The available current data are very recent and still incomplete. The syndrome of Mowat-Wilson belongs to this nosologique frame(executive). He(it) associates a deep intellectual deficiency and a polymalformatif syndrome understanding(including) a disease of Hirschsprung, anomalies of the corpus callusum, the cardiac anomalies and urogénitales. The molecular causes are, in her(it) very great majority of the cases, tronquantes transfers(transformations) of ZEB2 (or SIP1 or ZFHX1B). These anomalies arise of novo in the heterozygous state. Recently, we identified in our laboratory, three news(short stories) transfer(transformation) misinterpretation of ZEB2 at three patients having a moderate phenotype of the disease. We show that these molecular anomalies lead(infer) a loss of function(office) of the protein. The techniques of rescue of the phenotype by injection of wild and moved ARN ZEB2 show that, to morphants embryos sip1b, moved proteins participate partially in the development of by-products neuraux and neurales crests. In a parallel to(at the same time as) this study, by sequencing of the exome, we identified at a patient's reached(affected) by intellectual syndromique deficiency, a transfer(transformation) of CSDE1. This gene codes a protein in 5 domains cold-shock, linking(binding) ARN and regulating the dependent translation of IRES. It is the first time when CSDE1 is involved in pathology. We show that the transfer(transformation) entraine a haploinsuffisance and deregulate the translation of ZEB2.]

Les cellules de la crête neurale se caractérisent par leur capacité de migration dansl’embryon et la variété des types cellulaires qu’elles sont capables de générer (mélanocytes,système nerveux entérique (SNE) et périphérique). Chez l’homme, plusieurs maladiescongénitales affectant des organes et tissus divers, ont pour origine une anomalie demigration, prolifération, survie ou différenciation de ces cellules. Au laboratoire, nousétudions deux d’entre elles, le syndrome de Waardenburg-Hirschsprung (WS4- anomalie depigmentation, surdité et maladie de Hirschsprung (HSCR : anomalie entérique)) et lesyndrome de Mowat et Wilson (MWS – retard mental sévère, dysmorphie faciale avec ousans HSCR). A l’heure actuelle, quatre gènes ont été impliqués : l’endothéline 3 (EDN3) etson récepteur à sept domaines transmembranaires EDNRB et les deux facteurs de transcriptionZEB2 et SOX10. Au cours de ma thèse, nous avons montré que des délétions de SOX10 sontégalement responsables de 15% des cas de WS2 (défauts de pigmentation et surdité sansHSCR), élargissant le spectre des phénotypes liés à une mutation au sein de ce gène(Bondurand, Dastot-Le Moal, Stanchina et al. Am. J Hum. Genet, 2007).Parallèlement à ces études génétiques, nous avons souhaité mieux définir la fonction et lesinteractions entre les différents gènes impliqués dans le WS4 (SOX10, EDN3 et EDNRB).Pour cela, nous avons croisé les modèles murins invalidés pour ces gènes, et comparé lephénotype des simples et doubles mutants. A travers cette analyse phénotypique, nous avonsdémontré qu’une interaction entre ces molécules est nécessaire au développement normal duSNE et des mélanocytes dérivés de la crête neurale. En effet, par rapport aux simples mutants,les doubles mutants Sox10;Edn3 et Sox10;Ednrb présentent une augmentation de ladépigmentation, et une forte aggravation du phénotype entérique. Le suivi du devenir descellules formant le SNE au cours du développement nous a permis de montrer quel’aggravation du phénotype entérique est due à une diminution du pool de cellulesprogénitrices par apoptose (Stanchina et al. 2006).Dans la continuité des travaux déjà réalisés, nous avons voulu améliorer notrecompréhension du rôle joué par le gène du MWS : ZEB2, et étudier ses interactions avec lesgènes du WS4. Dans un premier temps, nous avons analysé l’effet de l’expression constitutiveou l’inhibition de ce facteur sur la survie, prolifération et différenciation des cellulesprogénitrices du SNE à l’aide d’un système de culture de progéniteurs entériques disponibleau laboratoire. Nos résultats suggèrent un effet répresseur de ZEB2 sur la différenciationneuronale. Ce facteur pourrait donc être nécessaire au maintien du pool de cellulesprogénitrices dans un état indifférencié. Nous avons ensuite étudié les interactions entre ZEB2et les gènes du WS4. Nous avons croisé les souris portant une invalidation du gène ZEB2 avecles souris invalidées pour SOX10 ou portant une mutation de EDN3 ou EDNRB, et démontréqu’une interaction entre ZEB2 et SOX10 est nécessaire au développement normal du SNE. Eneffet, par rapport aux simples mutants, les doubles mutants présentent une forte aggravationdu phénotype entérique, due à une diminution de la prolifération des cellules progénitrices et àune augmentation de la différenciation neuronale. L’analyse phénotype des mutantsZeb2;Edn3 et Zeb2;Ednrb suggère également l’existence d’une interaction entre ces troismolécules, mais l’origine du défaut entérique reste inexplorée.Ces études nous ont permis de mieux appréhender les réseaux moléculaires mis en place aucours du développement du SNE, de comprendre l’origine des anomalies entériques observéeschez les patients, améliorant leur prise en charge. / To understand in more details the molecular and cellular bases of hereditary diseases resulting from defects of neural crest (NC) development, we study several neurocristopathies, in particular Waardenburg syndrome (WS – pigmentary abnormalities and hearing loss), and Mowat-Wilson syndrome (MWS, severe mental retardation, facial dysmorphy, with or without HSCR (congenital megacolon)). To date, about ten causative genes have been identified, among which are the seven transmembrane domain receptor EDNRB and its ligand endothelin 3 (EDN3), the two transcription factors SOX10 and ZEB2.We contributed to the research efforts engaged to unravel these disorders. In particular, we identified the first mutations of SOX10 in patients presenting with WS4 (association of WS with HSCR disease) and WS2 (Bondurand, Dastot-Le Moal, Stanchina et al. Am. J Hum. Genet, 2007), and participated to functional studies describing its role during enteric nervous system (ENS) development. More recently, we identified the gene ZEB2 as responsible for MWS. The goal of my thesis was to understand the function of these genes and their interaction during the development of NC and ENS in particular. For this purpose, we combined an in vitro approach (isolation of ENS progenitors) to in vivo experiments (phenotype analysis of simple and double mutant mice). We demonstrated that an interaction between SOX10, EDN3 and EDNRB is necessary for the normal development of the ENS and melanocytes (Stanchina et al. 2006), and then focused our efforts in understanding the function of ZEB2 during the development of the ENS as well as its interactions with WS4 genes. Preliminary results suggest that ZEB2 inhibition accelerates neuronal differentiation in vitro. In the same time, generation of Zeb2;Sox10, Zeb2;Edn3 and Zeb2;Ednrb have been realized. Through phenotype analysis of Sox10;Zeb2 double mutants, we showed that a coordinated and balanced interaction between these two genes is required for normal ENS development. Indeed, double mutants present with more severe ENS defects due to decreased proliferation of enteric progenitors and increased neuronal differentiation from E11.5 onwards. These data revealed that crosstalks between these two transcription factors are crucial for proper ENS development. Analysis of Zeb2;Edn3 and Zeb2;Ednrb double mutant suggest also an interaction between these genes. Future experiments will help us to confirm these results and to determine the cellular and molecular origin of these interactions. These studies will enable us to better apprehend the molecular bases of these diseases, and to understand the origin of the enteric anomalies observed in patients. This knowledge may also help to develop new therapeutic strategies

Der menschliche Neokortex wird als Hauptsitz kognitiver Funktionen höherer Ordnung angesehen. Das Verständnis der neokortikalen Entwicklung anderer Säugetierarten ist von wesentlicher Bedeutung, um die menschliche Gehirnorganisation im Allgemeinen und neurologische Entwicklungsstörungen im Speziellen besser zu verstehen. In dieser Arbeit habe ich die Rolle des mit dem Mowat-Wilson-Syndrom assoziierten Transkriptionsfaktors Zeb2 in der neokortikalen Entwicklung der Maus untersucht. Ich habe nachgewiesen, dass Zeb2 die Adhäsion neugeborener kortikaler Neurone sowohl vor als auch nach der radialen Migration über zwei unabhängige molekulare Wege reguliert. Hierbei konnte ich zeigen, dass die Adhäsion im Vorfeld der radialen Migration über den molekularen Zeb2-Nrp1-Itgβ1- Weg reguliert wird. Zeb2 unterdrückt zell-intrinsisch die neuronale Adhäsion an die extrazelluläre Matrix und kontrolliert dadurch den Beginn der radialen Migration, die Dauer des multipolaren Stadiums sowie die Motilität multipolarer Neurone, ohne die radiale Migration selbst oder das spätere Zellschicksal innerhalb der kortikalen Schichten zu beeinflussen. Hierbei sind die apikalen Dendriten der Neurone normalerweise parallel zueinander und senkrecht zur Hirnhautoberfläche ausgerichtet. Ich habe gezeigt, dass die Ausrichtung der Neurone im Anschluss an ihre Migration von der Adhäsion der Zellen untereinander sowie zur extrazellulären Matrix abhängt und dieser Prozess unabhängig von der radialen Migration erfolgt. Zeb2 koordiniert das gesamt e Repertoire dieser postmigratorischen Adhäsion über den molekularen Zeb2-Cdh6-Itgβ1-Weg. Zusammenfassend zeigt diese Studie die Bedeutung der neuronalen Adhäsion während der neokortikalen Entwicklung auf und entschlüsselt die Regulationsmechanismen für die Initiierung der radialen Migration sowie für die postmigratorische Orientierung der Neurone der oberen kortikalen Schichten. / The human brain is a highly sophisticated biological structure and its formation is a highly orchestrated process. The human neocortex, in particular, is the main place of higher-order cognitive functions. Understanding the neocortical development of other mammalian species is essential for understanding brain organisation in common neurodevelopmental disorders in particular. Here I studied the role of Mowat-Wilson syndrome-associated transcription factor Zeb2 in mouse neocortical development. I have shown in this study that Zeb2 regulates adhesion of new born cortical neurons both before and after radial locomotion via two independent molecular pathways. I have shown that adhesion prior to radial locomotion is tightly regulated via Zeb2-Nrp1-Itgβ1 molecular pathway. Zeb2 cell-intrinsically suppresses adhesion of neurons to the extracellular matrix and therefore restricts the initiation of radial locomotion, multipolar stage duration and motility of multipolar neurons without affecting radial locomotion itself and layer cell fate acquisition. Once radial migration is finished neurons have to form apical dendrite and establish contact with the meningeal surface. Normally, apical dendrites of neurons are oriented parallel to each other and perpendicular to the meningeal surface. I have shown that postmigratory orientation of neurons is dependent on cell-to-cell and cell-to-extracellular matrix adhesion and occurs independently from radial migration. Zeb2 orchestrates the whole repertoire of adhesion of neurons completed radial migration via Zeb2-Cdh6-Itgβ1 molecular pathway. I have demonstrated that Cadherin 6 balance is crucial for establishment of postmigratory neuronal orientation under normal conditions. Taken together, this study has revealed the importance of neuronal adhesion during neocortical development and separated the regulation mechanisms for initiation of radial migration and postmigratory orientation of upper layer neurons.

Dendritische Defekte vermitteln Störungen der Erregbarkeit, Modulation und Plastizität von Neuronen, die zur Entwicklung neurodegenerativer Krankheiten führen können. Eine Mutation des Transkriptionsregulators Zeb2 führt zur Entwicklung des Mowat-Wilson-Syndroms, einer Erkrankung, die mit kognitiven Störungen und einem erkennbaren Gesichtsphänotyp einhergeht. Obwohl kognitive Defekte häufig mit Defekten bei der Bildung des dendritischen Baums in Verbindung gebracht werden, wurde die Rolle von Zeb2 bei der dendritischen Entwicklung bisher nicht untersucht. Hier zeige ich, dass Zeb2-defiziente Neuronen in den oberen neokortikalen Schichten einen abnormalen dendritische Baum aufweisen. Außerdem führt der Verlust von Zeb2 zu einer Fehlorientierung des apikalen Dendriten in einer nicht senkrechten Ausrichtung zur Pia. Darüber hinaus habe ich die Signalwege analysiert, die an der Regulierung der Morphologie des Dendritenbaum stromabwärts von Zeb2 beteiligt sind, und zwar durch Deep Sequencing des Transkriptoms von Zeb2-defizienten und Wildtyp-Neokortices sowie durch Massenspektrometrie-Screens auf Veränderungen in der Expression von Zelloberflächenproteinen nach dem Verlust von Zeb2. Für die vielversprechenden Kandidaten habe ich ein in situ-Hybridisierungs-Screening bei E15,5 durchgeführt. Eine Reihe von Genen, die an der neuronalen Morphologie und an Membranproteinen beteiligt sind, darunter Neuropilin1 und Cadherin6, werden in Gehirnen mit Zeb2-Mangel überexprimiert. Insbesondere habe ich die Rolle der neuen nachgeschalteten Zielgene Nrp1, Cdh6 und Wnt5a analysiert. Ich verwendete shRNA von Nrp1, Cdh6 und Wnt5a in neuronale Zellkultur, um zu zeigen, dass Nrp1 und Wnt5a eine erhöhte dendritische Komplexität in den Zeb2-defizienten neuronalen Zellen fördern. Die Überexpression von Nrp1 in Neuronen der oberen Schicht in vivo mittels in utero Elektroporation ist ausreichend, um die dendritische Komplexität zu fördern. Darüber hinaus zeige ich durch in utero Elektroporation einer shRNA gegen Nrp1 in Zeb2-defiziente Tiere, dass die Unterdrückung von Nrp1 durch Zeb2 für die Unterdrückung exzessiver Verzweigungen während der Entwicklung erforderlich ist. Für die Ausrichtung des Dendritenbaum ist sie jedoch nicht erforderlich. Zusammengenommen zeigen diese Daten die wichtige Rolle des Zeb2-Gens bei der Entwicklung des korrekten Dendritenbaum von Neuronen und der Ausrichtung des apikalen Dendriten. / Dendritic defects mediate disturbances in the excitability, modulation and plasticity of neurons, which can lie at the cause of neurodegenerative diseases. Mutation of the transcriptional regulator, Zeb2, causes the development of Mowat-Wilson syndrome, a condition associated with cognitive defects and a recognizable facial phenotype. Although cognitive defects are often associated with defects in the formation of the dendritic tree, the role of Zeb2 in dendritic development had not been studied previously. Here, I show that Zeb2- deficient neurons in the upper neocortical layers have abnormal dendritic trees. Also, loss of Zeb2 results in the mis-orientation of the apical dendrite to a non-perpendicular orientation to the pia. Furthermore, I have analysed the signalling pathways involved in regulation of dendritic tree morphology downstream of Zeb2 by deep sequencing of the transcriptome of Zeb2-deficient and wildtype neocortices and mass spectrometry screens for changes in the expression of cell surface proteins upon loss of Zeb2. For the promising candidates, I have performed in situ hybridization screening at E15.5. A number of genes involved in neuronal morphology and membrane proteins, including Neuropilin1 and Cadherin6, become overexpressed in Zeb2- deficient brains. In particular, I analysed the role of the novel downstream target genes Nrp1, Cdh6 and Wnt5a. I used shRNA of Nrp1, Cdh6 and Wnt5a in cortical neuron cultures to demonstrate that Nrp1 and Wnt5a promote increased dendritic complexity in Zeb2-deficient neuronal cells. Overexpression of Nrp1 in upper layer neurons in vivo, using in utero electroporation, is sufficient to promote dendritic complexity. In addition, I show using in utero electroporation of an shRNA against Nrp1 into Zeb2-deficient animals, that repression of Nrp1 by Zeb2 is required for suppressing excessive branching during development. It is not needed however for the orientation of the dendritic tree. Taken together, these data show the important role of the Zeb2 gene in the development of the correct dendritic tree of neurons and the orientation of the apical dendrite.

Lors de l’invasion tumorale, les cellules épithéliales tumorales acquièrent des propriétésmigratoires et invasives impliquant des modifications phénotypiques importantes. Parmi ceschangements, on observe notamment une réorganisation ou une perte des complexes d’adhérenceintercellulaire et une acquisition de la capacité à dégrader la matrice extracellulaire à travers uneaugmentation d’expression des métalloprotéinases matricielles (MMPs). Dans cette étude, nous noussommes plus particulièrement intéressés aux jonctions serrées qui sont constituées de protéinestransmembranaires (occludine, claudines) liées au cytosquelette d’actine par des protéinescytoplasmiques sous-membranaires incluant les Zonula Occludens (ZO-1, -2 et -3). Parmi cesmolécules, nous avons évalué le rôle potentiel de ZO-2 dans l’acquisition de propriétés invasives parles cellules tumorales. In vivo, nous avons montré une diminution d’expression des ZOs dans lescancers broncho-pulmonaires avec une localisation cytoplasmique préférentielle. De plus, in vitro, lalocalisation des ZOs varie en fonction du potentiel invasif des cellules tumorales et leur réorganisationest corrélée à la migration cellulaire. Nous démontrons également que l’inhibition de ZO-2 augmenteles capacités invasives de cellules tumorales invasives et s’accompagne d’une augmentationd’expression des MMP-2 et -14 et du facteur de transcription ZEB-2. Ces résultats suggèrent que ZO-2, composant structural des complexes d’adhérence intercellulaire dans les cellules différenciées,pourrait jouer un rôle clé dans le processus d’invasion tumorale. Sa capacité à transiter de lamembrane au cytoplasme et/ou au noyau lui permettrait d’agir comme une molécule de signalisationen régulant la transcription de gènes. Les données obtenues démontrent un rôle anti-invasif de ZO-2. / During tumor invasion, tumor epithelial cells acquire migratory and invasive propertiesinvolving important phenotypic alterations. Among these changes, one can observe a reorganization ora loss of cell-cell adhesion complexes such as tight junctions and an increased ability to degradeextracellular matrix through an enhanced expression of matrix metalloproteinases (MMPs). Tightjunctions are composed of transmembrane proteins (occludin, claudins) linked to the actincytoskeleton through cytoplasmic adaptor molecules including those of the zonula occludens family(ZO-1, -2, -3). Among these molecules, we evaluated the potential role of ZO-2 in the acquisition ofinvasive properties by tumor cells. In vivo, we showed a decrease of ZOs expression in bronchopulmonarycancers with a preferential localization in the cytoplasm. In addition, in vitro, thelocalization of ZOs varies according to invasive properties of tumor cells and their reorganization iscorrelated with cell migration. We also demonstrate that ZO-2 inhibition increases invasive capacitiesof invasive tumor cells. This was associated with an increase of MMPs (MMP-2 and -14) and thetranscription factor ZEB-2 expression. These results suggest that ZO-2, known as a structuralcomponent of cell-cell adhesion complexes in differentiated epithelial cells, could play a key role intumor invasion through its ability to shuttle from the membrane to the cytosol or nucleus, and act assignaling molecule regulating gene transcription. This study shows an anti-invasive role of ZO-2.