Rôles des facteurs de transcriptions SIM1, OTP et POU3F2 dans le développement de l'hypothalamus antérieur

Les facteurs de transcription SIM1, OTP, POU3F2 et ARNT2 interagissent ensemble en orchestrant le développement complexe de l’hypothalamus, une région du cerveau contenant plusieurs petites populations circonscrites de neurones, dont le noyau paraventriculaire (PVN). Ce noyau est un important centre intégrateur et l’haploinsuffisance du facteur de transcription Sim1, essentiel au développement du PVN, mène à l’hyperphagie autant chez la souris que l’homme. Différentes souris ont été générées par génie génétique afin de nous aider à trouver d’autres gènes essentiels qui participent à cette cascade transcriptionnelle.  Premièrement, la partie antérieure de l’hypothalamus a été récoltée chez des embryons (E12.5) de souris qui surexprimaient le gène Pou3f2 sous le promoteur de Otp7. L’analyse transcriptionnelle de cette partie a été comparée avec les embryons (E12.5) wt de la même portée, de sorte qu’il a été possible de constater que différents gènes ont été régulés à la hausse et d’autres à la baisse. Les gènes en question ont été choisis selon leur pertinence au développement de la région d’intérêt, l’hypothalamus, et de trois autres critères : un accroissement de plus de 1.5, une expression minimale dans l’embryon d’au moins 1000 lectures et le rang le plus haut. Cette méthode discriminatoire a permis d’identifier les gènes les plus affectés dont Lgi2, Fezf2, Sema3c, Six6, Sox14, Lmo4, Nwd2 et Nkx2.1. Les gènes régulés à la baisse étaient Six6, Sox14 et Nkx2.1, tandis que tous les autres étaient à la hausse. Afin de confirmer les résultats obtenus, une validation par hybridation in situ a été utilisée sur des tranches d’hypothalamus d’embryons E12.5. Nous avons pu confirmer la surexpression des marqueurs Lgi2, Fezf2, Sema3c, Lmo4 et de Pou3f2 dans le domaine du PVN. La diminution de l’expression des marqueurs Sox14 et Nkx2.1 a pu être détectée dans el domaine basal de l’hypothalamus, ce qui suggère que l’effet d’une surexpression de Pou3f2 dans le domaine du PVN ait un effet cellulaire non autonome. La diminution de l’expression de Six6 dans le domaine basal n’a pas pu être confirmer de façon reproductible.  Deuxièmement, il semblerait qu’il y ait une redondance de rôle entre les facteurs de transcription Otp et Sim1, tous les deux agissant en amont de Pou3f2. Afin de comparer leur impact dans le programme transcriptionnel, la technologie CrisPR-cas9 a été utilisée pour faire un KO du 2e exon d’Otp. Nous avons pu confirmer notre modèle de mutation en le comparant aux autres mutants de la littérature par une réduction de l’expression d’OT, d’OTP, d’AVP et de TRH.  Troisièmement, les souris hétérozygotes pour Otp et Sim1 seront croisées, de sorte d’obtenir quatre génotypes : wt, Otp+/-, Sim1+/tlz+ et Otp+/-Sim1+/tlz+. Puisqu’une redondance des rôles de Sim1 et Otp est soupçonnée, le phénotype du double mutant devrait présenter une obésité par hyperphagie plus importante que celle des souris hétérozygotes pour le gène Sim1 ou Otp. Les souris sont pesées à partir de la 5e semaine de vie jusqu’à l’âge de 6 mois à une fréquence d’une fois par semaine. L’apport calorique est également mesuré une fois par semaine sur période de 24h. La double mutation (Otp+/-Sim1+/tlz+) chez les souris mâles causait un phénotype d’obésité plus important que la singularité des mutations, mais ce n’était pas le cas chez les souris femelles. Les souris portant la mutation d’Otp étaient tout de même plus obèses que les souris sauvages pour les deux sexes.  Plus de souris seront nécessaire pour déterminer si un apport calorique sans changement au niveau des dépenses énergétiques est la cause de ce gain pondéral. The transcription factors SIM1, OTP and POU3F2 interact together to orchestrate the complex development of the hypothalamus, a region of the brain containing several small, circumscribed populations of neurons, including the paraventricular nucleus (PVN). This nucleus is an important integrating center, and the haploinsufficiency of the transcription factor Sim1, essential for the development of PVN, leads to overeating in both mice and humans. Different mice have been genetically engineered to help us find other essential genes that participate in this transcriptional cascade. Firstly, the anterior part of the hypothalamus was collected from mice embryos (E12.5) which overexpressed the Pou3f2 gene under the OTP7 promotor. The transcriptional analysis was compared to wt embryos from the same litter to see the different upregulated and downregulated genes. These genes were chosen according to their relevance to the development of the anterior hypothalamus. Three criteria were used to discriminate genes from one another: 1) an increase of more than 1.5, 2) a minimal expression in the embryo (E12.5) of at least 1000 reads and 3) the highest rank. This discriminatory method allowed us to identify the genes Lgi2, Fezf2, Sema3c, Six6, Sox14, Lmo4, Nwd2, Nkx2.1. To have a visuospatial idea of these affected genes, the validation of these results was done by in situ hybridization on E12.5 embryo hypothalamus. We have been able to see an overexpression in the PVN domain for the Lgi2, Fezf2, Sema3c, Lmo4 and Pou3f2 markers. The reduction of expression for Sox14 and Nkx2.1 markers were visible in the basal domain of the hypothalamus, which suggest a non cell autonomous effect of Pou3f2 being overexpressed. The reduction of Six6 couldn’t be consistently visible with repetition.  Secondly, a redundant role of OTP and SIM1 seems to occur in the development of the hypothalamus. We created a KO line of the Otp gene by deleting the second exon with CrispR-cas9 and characterized it. We then compared it to the Sim1+/tlz+ line that we already generated in the lab.  We were able to confirm our mutation model by seeing a reduction in the expression of crucial markers such as OT, OTP, AVP and TRH.  Thirdly, we crossed Otp+/- with Sim1+/tlz+ mice to obtain four different genotypes: wt, Otp+/-, Sim1+/tlz+ and Otp+/- Sim1+/tlz+. Since a redundant aspect has been observed for SIM1 and OTP transcription factors, we were wondering if the obesity phenotype would be worsened by carrying both mutation or not. These mice were weighted every week from 5-week-old up to 6 months old. Food intake has also been measured since the obesity has been reported to be caused by hyperphagia in Sim1 mutant mice. The male mice carrying the double mutation (Otp+/-Sim1+/tlz+) showed a more important weight gain than only Sim1+/tlz+ or Otp+/- mutants, but it was not the case for the female mice. The mice carrying the Otp mutation still got a more important weight gain than the wt mice (females and males). More mice would be necessary to determine if this weight gain is caused by hyperphagia only or if unbalance energy cost is part of the cause.

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