Étude du rôle de la signalisation canonique des Bmp lors de la régénération de la patte d'axolotl

Abstract

Les salamandres ont la capacité rare de parfaitement régénérer leurs membres suite à une amputation. Ceci en fait un excellent modèle pour comprendre comment recréer le phénomène chez les humains. Cependant, les mécanismes internes qui permettent la régénération sont encore peu connus. Un nombre limité de gènes a été étudié dans le contexte de la régénération et encore moins ont été le sujet d'analyses fonctionnelles. Les travaux présentés ici se concentrent sur la voie de signalisation canonique des Bmp. Nous démontrons que celle-ci est distincte de la voie de signalisation des Tgf-β. Nous observons que les Bmp, ainsi que plusieurs de leurs cibles potentielles sont exprimées durant la période de redéveloppement du blastème du membre en régénération. En utilisant l'inhibiteur pharmacologique LDN193189, nous explorons les conséquences de la perte de la signalisation canonique des Bmp. Les résultats morphologiques vont d'hypoplasies à l'absence complète de membre régénéré. En limitant les traitements à des périodes spécifiques, on tente de séparer temporellement les différents rôles des Bmp. Nous trouvons que la signalisation des Bmp est effectivement requise pour l'expression de plusieurs des gènes sélectionnés, mais seulement à des stades spécifiques. La signalisation des Bmp maintient l'expression des gènes Msx, qui sont requis pour la prolifération durant la phase de croissance du blastème. Elle est aussi requise pour l'induction de Fgf8 et Shh durant la formation initiale du patron de développement. Les gènes chondrogéniques dépendent également de la signalisation des Bmp, mais seulement aux stades plus tardifs. En traitant les axolotls avec le LDN193189 à différents temps durant la régénération, nous montrons également que la régénération du membre procède clairement du proximal vers le distal, allant à l'encontre d'une vision de la régénération qui persiste depuis 50 ans, c’est-à-dire l’intercalation. Nos résultats suggèrent également que le patron antéro-postérieur est déterminé durant une courte période de temps. Ceci démontre que les Bmp jouent un rôle majeur dans la formation de patron durant la régénération et que le processus est progressif comme durant le développement.

Salamanders possess the rare ability to perfectly regenerate its limbs following amputation. This makes it a great model to understand how to bring the phenomenon closer to human use. However, the inner workings of regeneration remain largely unknown. A limited number of genes have been studied in this context and even fewer have been analyzed functionally. This work focuses on the roles of the canonical Bmp signaling pathway. We find that Bmps act distinctly from Tgf-β during limb regeneration. We also find that Bmps, and many of their potential targets are expressed throughout the redevelopment blastema phase of regeneration. By using the chemical inhibitor LDN193189, we explore the consequences of loss of canonical Bmp signaling in regeneration. This results in severe hypoplasia or complete absence of the regenerated limbs. By limiting treatments to specific timeframes, we try to separate the possible roles of Bmp temporally. We find that Bmp signaling is indeed required for the expression of selected target genes, but that requirement varies from one stages of regeneration to another. Bmp signaling maintains expression of Msx genes and is required for proliferation during the growth stage of the blastema. It is required for the induction of Fgf8 and Shh during the early pattern formation events. Chondrogenic genes are also dependent on Bmp signaling, but only at later stages. By administering LDN193189 treatments at different time points during regeneration, we clearly show that limb regeneration progresses in a proximal to distal fashion, going against an intercalary interpretation of regeneration that has lasted for 50 years. Our results also suggest that antero-posterior patterning is determined during a narrow period. This demonstrates that Bmps play a major role in patterning of regenerated limbs and that regeneration is a progressive process like development.