Étude de l’implication des voies non-canoniques de TGF-beta durant la régénération de la patte chez l’axolotl

Abstract

La force de la recherche fondamentale réside dans le transfert des découvertes à de réels problèmes humains, qu’ils soient médicaux, sociaux ou pratiques. Généralement, cette recherche débute par la compréhension de ce problème. L’humain a une capacité de guérison qu’on peut définir comme rapide, mais qui réside plus dans le rafistolage que dans la qualité de la guérison. Si la blessure en question est le moindrement grave, généralement, le corps humain est capable de guérir afin de maintenir l’organisme en vie, toutefois la fonction n’est pas toujours rétablie. Par exemple, dans le cas d’une amputation à un membre, la guérison va se faire par une cicatrice et former un moignon, rendant la partie amputée non fonctionnelle. Le laboratoire du Dr Roy étudie la régénération et la guérison sans cicatrice chez un modèle qui le fait de manière phénoménale, l’axolotl (Ambystoma mexicanum). Comprendre la signalisation qui permet à cet animal de régénérer parfaitement est une étape importante pour nous permettre de transférer ces découvertes à des traitements chez l’humain. Notre modèle de régulation des voies de signalisation dans le processus de régénération met la cytokine TGF-beta au cœur de notre recherche. Cette protéine est responsable de la formation du blastème, en permettant la migration et la prolifération suite à une amputation. Notre recherche a permis de montrer que lors de la première phase de la régénération, TGF-beta active SMAD2 et SMAD3, mais que le processus de guérison passe par SMAD2 puisque le niveau de SMAD3 est très faible. De plus, en bloquant uniquement SMAD3, la régénération s’opère normalement. L’importance de TGF-beta pour la formation du blastème est solidement démontrée. Par contre, son rôle pour la fermeture de plaie n’a pas encore été déterminé. La fonction de TGF-beta est associée à une multitude de processus dont celui des transitions épithéliales mésenchymateuses (EMT). Ce processus est caractérisé par des changements phénotypiques de cellules épithéliales leur permettant de migrer. Les EMTs s’opèrent lors du développement, de la progression du cancer et durant la guérison. Nous avons donc tenté de comprendre comment les EMTs pouvaient jouer un rôle dans la régénération de la patte et comment TGF-beta pouvait influencer la chose. Durant mon doctorat, nous avons déterminé que les EMTs étaient associées à la fermeture de la plaie, une étape indispensable à la régénération. De plus, leur régulation serait dépendante en partie de TGF-beta. La fermeture de la plaie serait dépendante de la voie TGF-beta/SMAD (connue comme la voie canonique) et de la voie TGF-beta/p38/JNK (une des voies non-canonique). Nous avons aussi montré que les voies p38 et JNK sont importantes pour la progression du blastème, et ce de manière indépendante de TGF-beta. Les résultats obtenus durant cette thèse nous permettent de mieux comprendre le processus de régénération parfaite.

The strength of basic research lies in the ability to translate discoveries to real human problems, whether they are medical, social or practical. Generally, research begins with a problem that needs to be solved. Humans have a healing capacity that can be defined as rapid, but resides more in repairing promptly than in quality healing. If the injury in question is not life threatening, usually the human body is able to heal in order to keep the organism alive, but the function is not always restored. For example, in the case of an amputation the healing will be done by scar formation, and will form a stump rendering the amputated part non-functional. Our lab studies regeneration and scar-free healing in a model that does it phenomenally well, the axolotl (Ambystoma mexicanum). Understanding the signaling that allows this animal to regenerate perfectly may allow us to transfer these discoveries to treatments for humans. Our signaling regulatory model of the regeneration process puts the cytokine TGF-β at the heart of our research. This protein is responsible for blastema formation, by allowing migration and proliferation following the amputation. Our research has shown that during the first phase of regeneration, TGF-β activates SMAD2 and SMAD3, and that the healing process mainly goes through SMAD2, since the level of SMAD3 is very low. Also, by only blocking SMAD3, regeneration proceeds normally. The importance of TGF-β for the formation of the blastema is now very well demonstrated, however, its role in wound closure has not yet been determined. The function of TGF-β is associated with a multitude of processes including epithelial to mesenchymal transitions (EMT). This process is characterized by phenotypic changes of epithelial cells allowing them to migrate. EMTs occur during development, cancer progression and during wound healing. We therefore tried to understand how EMTs could play a role in the regeneration of the limb and how TGF-β could influence it. During my Ph.D., we determined that EMTs were associated with wound closure, an essential step to regeneration. In addition, their regulation is dependent in part on TGF-β. Wound closure is dependent of the TGF-β/SMAD pathway (known as the canonical pathway) and the TGF-β/p38/JNK pathway (one of the non-canonical pathways). Additionally, we showed that p38 and JNK are essential for blastema progression, and in this case, independently of TGF-. The results obtained during this thesis provide a better understanding of what signaling pathway allows perfect regeneration in axolotl.