Analyse génétique de la fonction du gène Polycomb Bmi1 dans le développement et la survie des photorécepteurs chez la souris

Abstract

La rétine est constituée de plusieurs types de neurones incluant les cellules amacrines, ganglionnaires, bipolaires et les photorécepteurs. Les photorécepteurs, qui englobent les cônes et les bâtonnets, sont des neurones sensoriels hautement spécialisés qui permettent la conversion de la lumière en signaux électriques par le mécanisme de phototransduction. Les mécanismes moléculaires par lesquels les progéniteurs rétiniens (RPCs) se différencient en différents neurones spécialisés comme les photorécepteurs sont encore peu connus. Le gène Polycomb Bmi1 appartient à la famille des gènes Polycomb qui forment des complexes multimériques impliqués dans la répression de l’expression génique via le remodelage de la chromatine. Au niveau biologique, le gène Bmi1 régule, entre autre, le contrôle de la prolifération cellulaire, le métabolisme des radicaux libres, et la réparation de l’ADN. Récemment, il a été démontré que Bmi1 joue un rôle critique dans la prolifération et l’auto-renouvellement d’un groupe de RPCs immatures. De plus, Bmi1 est essentiel au développement post-natal de la rétine. L'objectif de cette étude est d'analyser le rôle de Bmi1 dans le développement et la survie des photorécepteurs chez la souris. Nos résultats révèlent un phénotype de dégénérescence des photorécepteurs de types cônes chez notre modèle de souris déficiente pour Bmi1. Les bâtonnets sont insensibles à la mutation. De plus, Bmi1 est exprimé de façon prédominante dans les cônes. Nos expériences de culture de cellules rétiniennes suggèrent que le phénotype est cellule-autonome. Par ailleurs, la co-délétion du gène Chk2, membre de la réponse aux dommages à l'ADN, permet de ralentir la progression du phénotype. Les rétines Bmi1-/- et Bmi1-/-Chk2-/- présentent une augmentation importante des dommages oxydatifs à l'ADN. Ces résultats suggèrent que le stress oxydatif pourrait jouer un rôle important dans la survie des cônes. L'étude du rôle du gène Polycomb Bmi1 dans les photorécepteurs est importante pour une meilleure compréhension des mécanismes contribuant à la survie des cônes et pourrait mener à la découverte de nouveaux traitements des maladies dégénératives des cônes.

The retina is composed of several types of neurons such as amacrin, ganglion, bipolar and photoreceptor cells. Photoreceptors, which include cones and rods, are highly specialized neurons that convert light into electrical signals by phototransduction. The molecular mechanisms involved in differentiation of retinal progenitors (RPCs) into specialized neurons such as photoreceptors are poorly understood. The polycomb gene Bmi1 is a member of the Polycomb gene family that forms multimeric complexes involved in chromatin remodeling leading to gene repression. Biological functions of Bmi1 include regulation of cell proliferation, free radical metabolism, and DNA repair. Recently, it was shown that Bmi1 plays a critical role in the proliferation and self-renewal of a specific immature RPC group. Moreover Bmi1 is essential for post-natal retinal development. The objective of the current study is to analyze Bmi1 function in photoreceptor development and survival. Our results show that Bmi1 deficiency in mice causes degeneration of cone photoreceptors, but not of rods. Furthermore, Bmi1 is predominantly expressed in cones. Experiments using primary retinal cell cultures suggest a cell-autonomous phenotype. In addition, codeletion of Bmi1 and the critical DNA damage response protein Chk2 resulted in partial rescue and slow-down of cone degeneration. Bmi1-/- and Bmi1-/-Chk2-/- retinas also exhibit an important increase in oxidative DNA damage, suggesting that cellular redox state could play an important role in cone survival. Our studies on the role of Bmi1 in photoreceptors elucidate the mechanisms contributing to cone survival, and could lead to the development of new treatments for cone degenerative diseases.