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2009 - sera bientôt mis à jour

Expression des gènes chez les eucaryotes
Chez les organismes complexes, plusieurs milliers de gènes doivent s'exprimer dans des cellules spécifiques et à un moment précis pour que se développe un organisme viable. Nous savons maintenant qu'une multitude de signaux interviennent dans ce contrôle de l'activité génique. Certains font partie intégrante du programme de différenciation cellulaire, d'autres résultent des interactions entre les cellules, entre une cellule et la matrice extracellulaire ou alors ils sont générés en réponse à des médiateurs extracellulaires tels les facteurs de croissance, les hormones ou les neurotransmetteurs. Les études de notre laboratoire se regroupent autour d'un gène qui est la cible de régulations multiples en réponse à des signaux de différenciation et à des hormones. Ce gène code des hormones essentielles à la survie des mammifères incluant l'homme. En effet, la pro-opiomélanocortine (POMC) est le précurseur de l'ACTH, une hormone hypophysaire essentielle au maintien du métabolisme intermédiaire, à une réponse adéquate du système immunitaire et durant l'inflammation, ainsi qu'à la réponse au stress. En plus de la régulation transcriptionnelle, l'analyse des mécanismes de régulation du gène de la POMC nous a amenés à étudier les mécanismes de l'action hormonale, la différenciation des cellules hypophysaires ainsi que le développement embryonnaire des structures craniofaciales et des membres.

Histospécificité de la transcription du gène de la POMC
L'expression du gène de la POMC caractérise deux populations cellulaires de l'hypophyse, soit les cellules corticotropes de l'hypophyse antérieure et les cellules mélanotropes de l'hypophyse intermédiaire. Le même gène est exprimé dans ces deux types cellulaires. Toutefois, la maturation du précurseur protéique qu'est la POMC diffère entre les deux types cellulaires. Ceci donne lieu à la sécrétion d'hormones différentes. Conséquemment, le contrôle de l'expression du gène de la POMC est spécifique et différent pour chaque population cellulaire. En utilisant des animaux transgéniques et le transfert de gènes dans les cellules en culture, nous avons identifié les séquences de contrôle du gène de la POMC qui sont responsables de la spécificité cellulaire (histospécificité) de la transcription et de la régulation hormonale (Figure 1). Ces travaux nous ont amenés à cloner de nouveaux facteurs de transcription. L'un d'eux, Pitx1 (Ptx1), est un facteur à homéo-domaine apparenté à la famille bicoïde. Ptx1 est essentiel pour la transcription du gène de la POMC et en son absence, tout l’assemblage transcriptionnel de facteurs qui s’associent au promoteur de la POMC est inefficace. Ce rôle de "clé de voûte" de l’appareil transcriptionnel joué par Pitx1 se retrouve sur d’autres promoteurs hypophysaires (tel que celui de la LHbeta) et il semble que ce rôle s’exerce par des interactions directes entre protéines. En effet, l’autre facteur de transcription que nous avons identifié pour son rôle essentiel dans l’histospécificité de la transcription de la POMC est le facteur à boîte T, Tpit. Ce facteur n'est exprimé que dans les deux lignées POMC de l'hypophyse et il joue un rôle essentiel pour l'expression de la POMC et dans la différenciation hypophysaire. De plus, nous avons identifié des mutations du gène TPIT humain qui sont associées à une déficience isolée en ACTH. Un autre facteur important pour l'histospécificité de la transcription de POMC est le facteur bHLH, NeuroD1/BETA2. Ce facteur n’est exprimé que dans les cellules corticotropes exprimant la POMC dans l’hypophyse antérieure et non dans les cellules POMC mélanotropes de l’hypophyse intermédiaire. Il est aussi présent dans les cellules à insuline du pancréas, certaines cellules de l’intestin et les neurones. Au niveau du promoteur de la POMC, c’est donc l’interaction protéine: protéine entres les facteurs Tpit, bHLH (dont NeuroD) et Pitx1, qui rend compte de la spécificité corticotropique de la transcription du gène de la POMC.

Figure 1 :
En plus d’interagir entre eux, les différents facteurs de transcription qui lient le promoteur de la POMC requièrent l’association avec des corégulateurs. Ainsi, nous caractérisons plusieurs des complexes multiprotéiques associés aux facteurs de transcription de POMC, tels Tpit et Pitx par la purification en chromatographie d’affinité des complexes associés aux facteurs marqués d’une étiquette moléculaire (Flag, V5, TapTAG). L’analyse par spectrographie de masse des protéines présentes dans ces complexes a déjà permis d’identifier de nouveaux partenaires pour Tpit, NGFIB et GR.

 

 

Différenciation des cellules hypophysaires
L’hypophyse est un modèle intéressant pour l’étude des mécanismes de contrôle de la différenciation cellulaire parce que chacune des lignées cellulaires de cette glande est marquée par la présence de l’hormone qu’elle produit. La glande adulte contient donc 6 types de cellules, chacune ayant pour mission de produire une hormone différente.

Figure 2 :

Des travaux antérieurs avaient montré une voie commune de différenciation des cellules somatotropes (qui produisent l’hormone de croissance GH), des cellules thyrotropes (qui produisent l’hormone TSH) et des cellules lactotropes (qui produisent la prolactine PRL). Nous avons montré par inactivation génique du gène encodant Tpit que les cellules corticotropes (qui maturent la POMC en ACTH) et les cellules mélanotropes (qui maturent la POMC en mélanotropine dans le lobe intermédiaire) partagent un précurseur commun avec les cellules gonadotropes (qui produisent les gonadotropines LH et FSH). En démontrant une relation entre ces lignées et en les départageant des autres lignées hypophysaires, ces travaux nous ont amenés à proposer un modèle simple binaire de la différenciation des cellules hypophysaires (Figure 2).


Réseau régulateur de l’expression des gènes
Nous utilisons aussi le modèle hypophysaire pour définir l’ensemble des régulations qui s’exercent entre différents régulateurs transcriptionnels pour l’exécution d’un programme de développement complexe. En plus de l’analyse exhaustive des profils d’expression génique ("expression profiling"), nous avons développé une approche de Chip-on-chip ("chromatin immunoprecipitation analysed on DNA chips/microarrays") pour l’identification de l’ensemble des gènes cibles pour les facteurs de transcription hypophysaires. Ces approches génomiques sont appliquées aux facteurs histospécifiques tels Tpit, NeuroD1, Pitx1/2/3 ainsi qu’aux régulateurs de la réponse hormonale tels GR et NGFIB.

Déficit isolé en ACTH (IAD)
La découverte de la très grande spécificité d’expression de Tpit dans le système corticotrope de l’hypophyse nous a amenés à prédire que des mutations dans le gène humain de TPIT produiraient une déficience en POMC hypophysaire. D’emblée, cela semblait être une condition très rare chez l’homme puisqu’il n’y avait que quelques enfants chez lesquels on avait décrit une condition semblable. Toutefois, l’étude de l’ADN de certains de ces enfants a rapidement permis d’identifier des mutations du gène TPIT et la publication de ces premières mutations ayant alerté la communauté d’endocrinologie pédiatrique à l’existence d’une telle condition, a mené à l’identification de plusieurs autres mutations du gène TPIT et surtout à la description d’une nouvelle entité clinique, le déficit isolé en ACTH, qui est beaucoup plus fréquent qu’imaginé précédemment.

Figure 3 :
Cette condition, qui se présente de façon très homogène du point de vue clinique, produit un déficit secondaire en glucocorticoïdes et cela mène très souvent à une mort néonatale, ce qui explique que la condition avait été jusque-là méconnue. Nous avons identifié plus d’une douzaine de mutations différentes dans le gène de TPIT qui causent le déficit isolé en ACTH (Figure 3).

Activation de la transcription de la POMC par la CRH
Autant la transcription du gène de la POMC que la sécrétion de l’hormone ACTH qui en dérive, sont stimulées par une hormone hypothalamique, la CRH. Dans les cellules corticotropes de l’hypophyse, l’action de la CRH sur son récepteur membranaire est médiée par l’activation de la voie de l’AMP cyclique et de la protéine kinase A.

Figure 4 :
Ces signaux activent l'expression et l’activité de trois facteurs de transcription de la famille des récepteurs nucléaires orphelins, les facteurs de la sous-famille Nur77 (NGFI-B). Cette sous-famille comprend deux autres membres, Nurr1 et NOR1. Ces trois récepteurs nucléaires orphelins servent de médiateur de l’action transcriptionnelle de la CRH et ils agissent sous forme d’homo- et d’hétérodimères par la liaison d’un élément régulateur du promoteur du gène de la POMC (Figure 4). Nous avons été les premiers à montrer la formation et l’action de ces dimères qui semblent aussi importants pour le rôle de médiateur de la sous-famille Nur77 dans le contrôle de l’apoptose (mort cellulaire programmée) des lymphocytes T.


Rôle du suppresseur de tumeurs Rb dans la réponse hormonale
Le suppresseur de tumeurs Rb joue un rôle particulier dans les cellules mélanotropes de l’hypophyse de souris car la perte d’un allèle de ce gène cause des tumeurs mélanotropes dans 100 % des souris.

Figure 5 :
En voulant comprendre la raison de cette action limitante, nous avons réalisé que Rb et la protéine apparentée p107 jouent un rôle de modulateur de la réponse hormonale induite par la CRH. C’est par des interactions directes entre Rb et NGFI-B ainsi qu’avec son coactivateur SRC2, que Rb module l’amplitude de la réponse hormonale. Nous avons montré qu’un sous-ensemble des récepteurs nucléaires (chacun étant activable par un ligand spécifique) est sujet à cette modulation de leur activité par Rb (Figure 5). Rb module aussi l’activité transcriptionnelle du facteur NeuroD1.

 

 


Mécanisme de la répression transcriptionnelle par les hormones stéroïdes
L'ACTH sécrétée par les cellules corticotropes de l'hypophyse antérieure agit sur les cellules stéroïdogéniques de la surrénale pour stimuler la production de glucocorticoïdes. Ces mêmes glucocorticoïdes exercent une rétroaction négative sur la sécrétion d'ACTH et sur la transcription du gène de la POMC au niveau des cellules corticotropes.

Figure 6 :
Cette boucle de rétroaction négative a été l'une des premières à être décrite et elle offre toujours un paradigme des plus pertinents pour élucider les mécanismes par lesquels certains gènes sont réprimés par des facteurs de transcription (récepteurs stéroïdes), alors que ces mêmes facteurs activent d'autres gènes. Nous avons identifié dans le promoteur POMC un élément de réponse négative aux glucocorticoïdes (nGRE) qui lie trois molécules du récepteur des glucocorticoïdes. Ce nGRE est la cible d'un mécanisme par lequel s'effectue la répression du gène de la POMC. Le récepteur des glucocorticoïdes agit aussi par un autre mécanisme pour entraver la transcription de la POMC (Figure 6).


Figure 7 :
Plus précisément, le récepteur des glucocorticoïdes atténue la réponse des facteurs de la sous-famille NGFI-B/Nur77 à la CRH et aussi bloque l’action de ces derniers au niveau de leur cible transcriptionnelle. Cet antagonisme dépend d’interactions entre ces protéines et il ressemble beaucoup à une autre interaction antagoniste que nous avons décrite dans le passé, soit celle qui se fait entre le récepteur des glucocorticoïdes et les facteurs de transcription AP1, jun et fos (Figure 7).

 


 

Résistance aux glucocorticoïdes, adénomes corticotropes et maladie de Cushing
L’étude de la transrépression observée entre le récepteur des glucocorticoïdes (GR) et les facteurs de la famille NGFI-B/Nur77 nous a amenés à identifier des protéines essentielles à l’antagonisme transcriptionnel. En effet, nous avons défini un complexe protéique qui semble nécessaire à la trans-répression et qui requiert pour son échafaudage la protéine Brg1, la sous-unité ATPase du complexe de remodelage de la chromatine Swi/Snf. À l’intérieur de ce complexe protéique, Brg1 établit des contacts avec GR, NGFI-B et la désacétylase d’histone HDAC2 qui est elle aussi essentielle à la trans-répression. Les activités ATPase de Brg1 et de la désacétylase HDAC2 sont essentielles pour la trans-répression exercée par GR : ceci indique que le remodelage de la chromatine joue un rôle actif et essentiel pour la répression (Figure 8).

Figure 8 :
L’expression de Brg1 ou HDAC2 est anormale dans à peu près la moitié des adénomes corticotropes obtenus après chirurgie de patients atteints de la maladie de Cushing. En effet, certaines tumeurs montrent une présence cytoplasmique de Brg1 plutôt qu’une localisation nucléaire normale alors que d’autres tumeurs montrent une absence de la protéine. L’absence de ces protéines dans le noyau des cellules corticotropes apporte une explication moléculaire de la résistance aux glucocorticoïdes qui caractérise les adénomes corticotropes et la maladie de Cushing. De plus, la perte de ces protéines pourrait vraisemblablement contribuer à l’initiation du processus tumorigénique en causant une hyperplasie corticotrope.

Contrôle de la division cellulaire des cellules corticotropes de l’hypophyse
Nous étudions le contrôle du cycle cellulaire au cours du développement hypophysaire ainsi que dans l’hypophyse adulte pour comprendre le processus de tumorigenèse qui mène à la maladie de Cushing.

Au cours du développement hypophysaire chez la souris, nous avons défini les mécanismes de sortie du cycle cellulaire qui précèdent la mise en place du programme de différenciation et nous avons identifié des marqueurs de chacune des étapes impliquées dans cette transition. Certains de ces marqueurs semblent être réactivés dans les tumeurs hypophysaires chez l’homme et nous étudions la contribution de chacun de ces marqueurs dans le processus tumorigénique.

Les gènes Pitx et la spécification des membres
Le gène Pitx1 est exprimé très précocement dans le mésoderme latéral, en plus de son expression dans le stomodeum. Au niveau du mésoderme latéral, l'expression de Pitx1 est exclusive à la moitié postérieure de l’embryon, ce qui résulte en une expression dans les bourgeons des membres postérieurs (jambes) et non dans ceux des membres antérieurs (bras).

Figure 9 :
L’inactivation du gène Pitx1 chez la souris nous a montré que Pitx1 joue un rôle essentiel dans la spécification du caractère distinct des jambes puisqu’en effet, les membres postérieurs ressemblent (en partie) aux membres antérieurs chez ces souris. Des expériences de gain-de-fonction sur l’embryon de poulet ont confirmé ce modèle en montrant qu’en présence de Pitx1, les ailes de poulet se transforment partiellement en pattes. Ces travaux ont aussi montré que Pitx1 se situe en amont d’une cascade de gènes qui sont impliqués dans la spécification des membres. Ainsi, dans les membres postérieurs, Pitx1 active l'expression du facteur Tbx4 alors qu’un facteur apparenté, Tbx5, joue un rôle semblable au niveau des membres antérieurs (Figure 9). Nous explorons comment Pitx1 contrôle la spécification des membres, en particulier par son interaction génétique avec les autres gènes de cette sous-famille dont Pitx2. En effet, ces deux gènes Pitx agissent ensemble dans le contrôle de la croissance des bourgeons des membres.

Rôle du facteur de transcription Pitx3
Le troisième membre de la famille Pitx, Pitx3, est exprimé dans les yeux et, au niveau du cerveau, que dans une seule population de neurones, les neurones dopaminergiques du mésencéphale. Chez l’homme, des mutations du gène Pitx3 sont associées à une forme familiale de cataracte, ce qui montre bien l’un des rôles de ce gène au cours du développement. Au niveau du mésencéphale, l'expression de Pitx3 apparaît juste avant la différenciation terminale des neurones, ce qui suggère la possibilité d’un rôle dans la différenciation ou le maintien du phénotype de ces cellules qui sont celles-là mêmes qui dégénèrent dans la maladie de Parkinson (Figure 10). Nous étudions le rôle du gène Pitx3 au cours du développement de ces neurones ainsi que dans le contrôle de leur programme d'expression génique.
Figure 10 :

2009 - To be updated soon

Gene expression in eukaryotes
In complex organisms, several thousand genes need to be expressed in specific cells and at specific times during the course of development in order for a viable organism to develop. We now know of many signals that are required for the stringent control of gene expression. Some of these signals are built into the cell differentiation program, others derive from cell:cell interactions, from interactions between cells and extracellular matrix, or they are produced in response to growth factors, hormones or neurotransmitters. We have been using a hormone-coding gene to understand at the molecular level the integration of these various developmental and hormonal signals in the control of gene expression. The pro-opiomelanocortin (POMC) gene encodes hormones, which are vital to the survival of most mammals, including man. Indeed, POMC is the polypeptide precursor of ACTH, a pituitary hormone fundamental to the maintenance of essential body functions mediated by glucocorticoids. These adrenal steroids affect intermediate metabolism, immune and inflammatory responses and they mediate the body's response to stress. In addition, the analysis of the complex regulatory pathways operating at the POMC gene has led our laboratory to study, in addition to transcriptional regulation, the mechanisms of hormone action, the mechanisms for pituitary cell differentiation as well as for early development of limbs and craniofacial structures.

Cell specificity of POMC gene expression
The same POMC gene is expressed in two different cell populations of the pituitary gland, anterior pituitary corticotroph cells found in the anterior lobe and intermediate lobe melanotrophs. However, the processing of the POMC precursor differs in the two cell types, thus leading to the secretion of different hormones by each cell. Accordingly, the control of POMC gene expression is specific and different for each cell. Using transgenic animals and gene transfer into cells, we have identified control sequences of the POMC gene promoter that account for cell-specific transcription and hormonal regulation (Figure 1).

Figure 1:
This analysis has led us to clone novel transcription factors. One is Pitx1 (Ptx1), a homeobox factor related to the bicoid family. Pitx1 is essential for POMC gene transcription and in its absence, the complex of transcription factors associated with the POMC promoter is inefficient. This role of "angular stone" played by Pitx1 within a complex of transcription factors was also found for other pituitary promoters (e.g. the LHb promoter), and it appears that this role results from direct interaction between proteins. Indeed, the other transcription factor that is essential for cell-specific transcription of POMC is the Tbox factor Tpit. This factor is only present in the two cell lineages of the pituitary that express POMC and it is critical for POMC expression as well as for differentiation of POMC-expressing pituitary cells. Moreover, we have identified mutations in the human TPIT gene that cause isolated ACTH deficiency (IAD). Another factor for cell-specific expression of POMC is the bHLH factor, NeuroD1/BETA2. This factor is only present in POMC-expressing corticotrophs in the anterior pituitary whereas it is not present in POMC-expressing melanotroph cells of the intermediate pituitary. It is also found in pancreas insulin cells, some gut cells and in neurons. On the POMC promoter, corticotroph specificity of transcription results from the protein:protein interaction between bHLH factors (including NeuroD) and Pitx1. This direct interaction takes place between the DNA binding domains of each protein.


Pituitary cell differentiation
The pituitary gland is an interesting model to identify regulatory mechanisms for cell differentiation because each cell line of this endocrine gland is easily recognized by the hormone that it produces. Indeed, the adult gland contains six different cell types, each dedicated to the production of a different hormone. Prior work by different investigators had shown a common origin for differentiation of somatotroph cells (producing growth hormone GH), of thyrotrophs (producing TSH) and of lactotrophs (producing prolactin PRL).

Figure 2:
We showed by gene knockout of the Tpit gene that corticotroph cells (that process POMC into ACTH) and melanotroph cells (that process POMC into;MSH in the intermediate lobe) share a common precursor with gonadotroph cells (that produce the gonadotropins LH and FSH). By establishing a relation between these latter cell lineages and by demarcating those from the GH, TSH and PRL lineages, we were led to propose a simple binary model that accounts for differentiation of all pituitary cells (Figure 2).



Gene regulatory network
We also use the pituitary model to define globally regulatory interactions that implicate the different transcription factors for the complex developmental program of pituitary organogenesis and function. Towards this end, we use genomic expression profiling techniques and we have also developed a ChIP-on-chip (chromatin immunoprecipitation analysed on DNA chip) technology for identification of all genes targeted by specific pituitary transcription factors. We are applying these genomic approaches to the pituitary cell-specific factors such as Tpit, NeuroD and Pitx1/2/3 as well as to transcription factors mediating hormone action such as GR and NGFI-B.

Isolated ACTH deficiency
The discovery of Tpit and its highly restricted expression in POMC cells of the pituitary led us to make the prediction that mutations in the human TPIT gene would lead to a specific deficit in pituitary POMC. At the onset, this appeared to be an extremely rare human condition as only a few children had been described in the clinical literature with a similar condition. However, the analysis of the DNA from two of these children led us to discover TPIT gene mutations that cause IAD. Immediately after we published these first mutations, we received patient DNAs from pediatric endocrinologists of around the world who had become aware of this condition. It now appears that IAD is a very homogenous disease, that it had been under diagnosed until we described it and that one reason for this under-diagnosis might have been the neonatal death of many children carrying the disease.

Figure 3:
We have now identified over a dozen TPIT mutations causing IAD (Figure 3). The diagnosis of this inherited hormone deficiency has clear and immediate benefit to patients and family since hormone replacement therapy can prevent neonatal death and ensure perfectly normal development and life for the affected children.



Activation of POMC transcription by CRH

Both POMC gene transcription as well as ACTH secretion are stimulated by the hypothalamic hormone CRH. In corticotroph cells of the pituitary, CRH action on its membrane receptor is mediated through activation of the cyclic AMP/protein kinase A pathway. These signals activate expression and activity of three transcription factors of the orphan nuclear receptor family, namely the factors of the Nur77 (NGFI-B) subfamily.

Figure 4:
This subfamily also has two other members, Nurr1 and NOR1. These three orphan nuclear receptors act as mediators for the transcriptional effect of CRH and they do so by binding, either as homo- or heterodimers, to a unique regulatory element of the POMC gene (Figure 4). We were the first to document this mode of action that also appears to be important for the mediator role of Nur transcription factors in control of T lymphocytes apoptosis (programmed cell death).

 

 

Role of the tumour suppressor Rb in hormone responsiveness
The tumor suppressor Rb plays a particularly limiting role in melanotrophs of the mouse pituitary since the loss of one allele of this gene leads to the formation of melanotroph tumors in all carrier mice. As a first step towards understanding the reason for this limiting role, we studied Rb and the related protein p107 for their implication in POMC cell transcription and found that these two proteins act as modulators of the cellular response to CRH.

Figure 5:
Indeed, the level of Rb proteins in pituitary POMC cells changes the gain in the hormone response to signals elicited by CRH: this modulatory action of Rb results for multiple protein interactions between Rb and NGFI-B as well as between Rb and SRC2, the NGFI-B coactivator. We extended this paradigm to a subset of nuclear receptors (each of these transcription factors is inducible by a specific ligand) (Figure 5). Rb also modulates the transcriptional activity of NeuroD.


 

 

 

Mechanisms of transcriptional repression by steroid hormones
Pituitary ACTH stimulates adrenal steroidogenesis and glucocorticoid production. Upon their release into the blood stream, glucocorticoids exert a negative feedback on pituitary ACTH secretion and on transcription of the POMC gene. This classical negative feedback loop was one of the first to be described and it provides a most relevant paradigm to understand the mechanisms by which some genes are repressed by the same factors (steroid receptors) which activate other genes.

Figure 6:
Our analysis of the POMC promoter has led us to identify a negative glucocorticoid response element (nGRE) that can bind three subunits of the glucocorticoid receptor. The nGRE provides one mechanism for repression of POMC. The glucocorticoid receptors are also uses another mechanism to repress POMC gene transcription (Figure 6). 

 


 

Figure 7:
Specifically, glucocorticoids blunt the induction of Nur receptors in response to CRH, and GR blunts the action of Nur receptors on their transcriptional targets. This antagonism results from protein: protein interactions and the mechanism of these interactions appears to be very similar to another protein: protein antagonism that we have described in the past, which is observed between the glucocorticoid receptor and the AP1 transcription factors, jun and fos (Figure 7).

 

 

Glucocorticoid resistance, corticotroph adenomas and Cushing disease
The investigation of the mechanism of trans-repression exerted between the glucocorticoid receptor (GR) and transcription factors of the NGFI-B/Nur77 family led us to identify proteins that are absolutely required for these transcriptional antagonisms. Indeed, we found that Brg1, the ATPase subunit of the Swi/Snf chromatin remodeling complex, acts as an essential scaffolding protein for formation of a protein complex required for trans-repression. In this protein complex, Brg1 is also required to recruit and interact with the histone deacetylase HDAC2. The activity of both Brg1 and HDAC2 for chromatin remodeling appear to be essential for their implication in trans-repression and thus, we have proposed a model for this active trans-repression that implicates chromatin remodeling (Figure 8).

Figure 8:

Expression of either Brg1 or HDAC 2 was found to be abnormal in about half of the human corticotroph adenomas that were studied following surgery in patients affected by Cushing disease. Most strikingly, some tumors have cytoplasmic Brg1 instead of the normal nuclear expression of this protein; other tumors do not express Brg1. The loss of Brg1 expression in the nuclei of corticotroph adenoma cells provides a molecular explanation for the resistance of these cells to glucocorticoids, this hormone resistance being the hallmark of corticotroph adenomas and Cushing disease. In addition, the loss of either Brg1 or HDAC2 may also contribute to the initiation of tumor formation in these patients by leading to corticotroph hyperplasia.

Control of the cell cycle during pituitary development
We also investigate the control of the cell cycle during the formation of the pituitary gland as well as in the adult tissue in order to understand the process of the pituitary tumor formation, such as in Cushing disease.

We are investigating a mechanism for cell cycle exit that precedes the initiation of cell differentiation during normal mouse pituitary development and we have identified markers of each of the steps involved in this transition. Some of these markers are reactivated in human pituitary tumors, and we are currently studying the contribution of each of these genes in the tumorigenic process.

Role of Pitx genes in limb specification
The Pitx1 gene is expressed very early in lateral mesoderm, in addition to its stomodeal expression. Within the lateral plate mesoderm, Pitx1 expression is exclusively observed in the posterior half of the embryo, resulting in expression in hindlimb buds but not in forelimb buds. The inactivation (knockout) of the Pitx1 gene in mice showed that Pitx1 is essential for proper specification of hindlimb character since hindlimbs partly resemble forelimbs in these mice. Gain-of-function experiments performed in chicken have confirmed this role showing that forced expression of Pitx1 in forelimb buds will result in chicken wings that are partially transformed into legs.

Figure 9:
This work also showed that Pitx1 is the upstream regulatory gene of a cascade that also includes Tbx4 for specification of hindlimb identity. The related factor Tbx5 may play a similar role in forelimbs (Figure 9). We currently investigate the action of Pitx1 in specification of limb identity as well as its genetic interaction with another gene of this subfamily, namely Pitx2. Indeed, both Pitx1 and Pitx2 act together in the control of early limb bud growth.

 

 

Role of Pitx3 transcription factor
The third member of the Pitx family, Pitx3, is expressed in the eyes and in only one population of neurons of the brain, the dopaminergic neurons of the midbrain. In man, Pitx3 gene mutations have been associated with a familial form of cataracts, which is consistent with one of the developmental roles of this gene. In the midbrain, Pitx3 expression starts just before terminal differentiation of dopaminergic neurons. The timing of this expression is consistent with a role of Pitx3 in the differentiation and/or maintenance of these neurons, which are otherwise responsible through their degeneration for Parkinson's disease (Figure 10). We are investigating the role of Pitx3 during dopaminergic neuron development and differentiation as well as the control of gene expression in these neurons.

Figure 10:

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