Spatiotemporal manipulation of retinoic acid activity in zebrafish hindbrain development via photo-isomerization
Contrôle spatio-temporel de l'activité de l'acide rétinoïque dans le rhombencephale du poisson zèbre
Résumé
The aim of my thesis is to study the spatio-temporal control of gene expression induced by retinoic acid (RA) in the zebrafish embryo. Retinoic acid is a morphogen derivative of vitamin A, which is involved in many processes during embryonic development. In vertebrates, this molecule plays a crucial role in the establishment of the anterior-posterior and dorsal-ventral axis as well as the segmentation of hindbrain by the formation of a gradient antero-posterior resulting in differential expression of Hox genes. The natural isomers of retinoic acid such as all-trans retinoic acid (ATRA) and 9-cis RA 13-cis RA are part of the signaling pathway of RA. This pathway is mediated by two subtypes of nuclear receptors: RAR and RXR act as transcription factors. Isomers of retinoic acid have different affinities for the two receptor types. The 9-cis RA is able to bind to RARs or RXRs. ATRA is the principal form of retinoic acid in the living organism, and is the ligand for RAR. 13-cis RA is also capable of binding to RAR but its affinity is very low compared to ATRA. With this low affinity for RAR, 13-cis RA has been used to treat acne and leukemia to minimize the effects tetrogenic ATRA. In vitro, the 13-cis RA is able to isomerize rapidly into ATRA after UV illumination. This isomerization is also possible in the opposite direction; we can illuminate ATRA to turn it into 13-cis-RA. Using this chemical property of retinoic acid, I have developed a method that allows activatation or inactivation of retinoic acid by UV illumination with high spatio-temporal resolution in a living organism.
L'objectif de ma thèse est d'étudier chez l'embryon de poisson zèbre le contrôle spatio-temporel de l'expression génétique induit par l'acide rétinoïque (RA). L'acide rétinoïque est un morphogène dérivé de la vitamine A qui est impliqué dans de nombreux processus lors du développement embryonnaire. Chez les vertébrés, cette molécule joue un rôle crucial dans la mise en place de l'axe antéro-postérieur et dorso-ventral ainsi que dans la segmentation du rhombocéphale (cerveau postérieur ou hindbrain) entre autre par la formation d'un gradient antéro-postérieur qui donne lieu à une expression différenciée des gènes Hox. Les isomères naturels de l'acide rétinoique tel que all-trans retinoic acid (ATRA), 9-cis RA et 13-cis RA font partie de la voie de signalisation de RA. Cette voie est médiée par 2 sous-types de récepteurs nucléaires: RAR et RXR agissent comme des facteurs de transcription. Les isomères de l'acide rétinoique possèdent des affinités différentes pour les 2 types de récepteur. Le 9-cis RA est capable de se lier avec RARs ou RXRs. Le ATRA est la forme pricipale de l'acide rétinoique dans l'organisme vivant, Il est le ligand des RAR. Le 13-cis RA est aussi capable de se lier avec RAR mais son affinité est très faible par rapport au ATRA. Grâce à cette faible affinité aux RAR, le 13-cis RA a été utilisé pour traiter l'acné et la leucémie afin de minimiser les effets tératogènesde ATRA. In vitro, Le 13-cis RA est capable de s' isomériser rapidement en ATRA apres illumination par UV. Cette isomérisation est aussi possible dans le sens inverse c'est-à-dire qu'on peut illuminer l'ATRA pour le transformer en 13-cis RA. Grâce à cette propriété chimique de l'acide rétinoique, J'ai pu développer une méthode qui permet d'activer ou d'inactiver l'acide rétïnoique par illumination aux UV avec une grande résolution spatio-temporelle dans un organisme vivant.