The planar cell polarity (PCP) pathway is evolutionally conserved from flies to vertebrate; it controls multiple cellular processes during embryonic development. One of such processes is neurulation, which gives rise to the brain and spinal cord. Mutations in the PCP genes in mice cause a very severe neural tube defect (NTD), called craniorachischisis, establishing that the PCP pathway is an important regulator of neural tube closure. NTDs are the second most common congenital malformation in humans. Since the etiology of NTDs in humans is complex and involves both genetic and environmental factors, the identifying of the causative genes/factors has been very difficult. Recently, however, mutations in the PCP genes, Vangl1 and Vangl2, were reported to contribute to the pathogenesis of a subset (~2%) of human NTDs, suggesting that other genes in the same pathway may account for some cases of NTDs in humans. Knockdown studies of another PCP gene, Fuzzy, in model animals revealed a wide spectrum of phenotypes including NTDs, defective convergent extension, abnormal Sonic hedgehog (Shh) signalling, and defects in ciliogenesis. In this project, we studied the role of Fuzzy in neural tube development in mammals as well as Fuzzy-dependent molecular mechanisms that contribute to the generation of primary cilium. We screened a human NTD cohort from Italy for mutations in Fuzzy and identified five non-synonymous disease-associated amino-acid variants. We have designed novel methods to ascertain an impact of mutations on ciliogenesis. We report here that Fuzzy mutations affect formation of primary cilium and ciliary length and impact directional cell movements. We therefore propose that mutations in Fuzzy may account for the subset of NTDs in humans. We established that Fuzzy delivers Rab8, an essential regulator of ciliogenesis, to the cilium and propose that loss of cilia seen in Fuzzy mutant is, at least partly, due to the loss of Rab8 at the cilium. In addition, we uncovered novel molecular mechanisms whereby Fuzzy affects canonical Wnt signalling. We report here that Fuzzy interacts with DVL2, a PCP protein. Fuzzy both recruits and delivers DVL2 to the primary cilium, consequently limiting the canonical PCP pathway. / La voie de la polarité cellulaire planaire (PCP), conservée de la mouche aux vertébrés, contrôle plusieurs processus cellulaires au cours du développement embryonnaire telle que la neurulation qui permet le développement du cerveau et de la moelle épinière. Des mutations des gènes de la PCP chez la souris causent une forme très sévère des anomalies du tube neuronal (ATN), le craniorachischisis, suggérant ainsi que la PCP est un régulateur important de la fermeture du tube neuronal. Les ATN sont la deuxième malformation congénitale la plus courante chez les humains. Vu que l'étiologie des ATN chez les humains est complexe et implique à la fois des facteurs génétiques et environnementaux, l'identification des gènes/facteurs responsables s'avère difficile. Toutefois, les études récentes ont mis en évidence que les mutations des gènes de la PCP, Vangl1 et Vangl2, chez les humains contribuent à la pathogenèse de certains cas d'ATN (~2%), ce qui suggère que d'autres gènes de la même voie peuvent aussi être tenus responsable de certains cas d'ATN chez les humains. Les études de knock-out, dans les modèles animaux, d'un autre gène de la PCP, Fuzzy, ont révélé un large éventail de phénotypes dont les ATN, l'extension convergente aberrante, la signalisation Sonic hedgehog (Shh) anormale et les défauts dans la ciliogenèse. Dans ce projet, nous avons étudié le rôle de Fuzzy dans le développement du tube neuronal chez les mammifères ainsi que des mécanismes moléculaires Fuzzy-dépendant impliqués dans la formation du cil primaire. Nous avons examiné des mutations dans le gène Fuzzy dans une cohorte humaine d'ATN provenant d'Italie et identifié cinq substitutions non synonymes d'acides aminés associées à des maladies. Nous avons conçu de nouvelles méthodes pour déterminer l'impact des mutations sur la ciliogenène. Nous reportons, dans cette étude, qu'au moins une mutation dans le gène Fuzzy affecte la formation du cil primaire ainsi que sa longueur et les mouvements directionnels des cellules. Par conséquent, nous proposons que les mutations du gène Fuzzy peuvent être tenus responsable de certains cas d'ATN chez les humains.Dans ce travail, nous avons établi que Fuzzy recrute et/ou séquestre Rab8, un régulateur essentiel de la ciliogenène, et nous suggérons que la perte des cils observée chez les mutants de Fuzzy est en partie causée par l'absence du Rab8 au niveau du cil. De plus, nous avons découvert un nouveau mécanisme moléculaire via lequel Fuzzy affecte la signalisation de Wnt. Cette étude montre que Fuzzy interagit avec DVL2, une protéine de la PCP. Ainsi, Fuzzy recrute et délivre DVL2 au niveau du cil primaire limitant ainsi la voie canonique de la PCP.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.106542 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Seo, Jung Hwa |
| Contributors | Elena Torban (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Medicine) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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