L’exposition in utero de l’embryon à des polluants environnementaux tératogènes peut conduire à des altérations importantes du développement [1]. Un tératogène est défini comme un composant qui, lorsqu’une femme enceinte y est exposée, est susceptible de provoquer des malformations chez l’enfant. Parmi les tératogènes d’origine environnementale, la dioxine a été particulièrement médiatisée suite aux expositions à grande échelle de populations pendant la guerre du Vietnam (utilisation de l’agent Orange, un herbicide défoliant) ou, plus récemment, lors de l’accident industriel de Seveso en Italie (contaminant une zone de 15 km² et ses 37 000 habitants). L’existence d’une association entre ces expositions à la dioxine et une augmentation du nombre d’anomalies du développement, notamment craniofacial, chez l’humain a été suggérée mais jamais rigoureusement démontrée. Expérimentalement chez la souris, l’exposition à la dioxine in utero génère des fentes palatines [2]. Le mécanisme d’action de ces tératogènes n’est pas connu, mais il a été proposé qu’ils pourraient interférer avec les voies génétiques contrôlant les processus de développement [3].

Chez les vertébrés, la plus grande partie de la face dérive des cellules de la crête neurale. Cette structure embryonnaire transitoire est composée de cellules multipotentes qui, après leur formation à la frontière entre l’ectoderme de surface et la plaque neurale pendant la fermeture du tube neural, migrent à travers l’embryon dans une direction dorso-ventrale en suivant des flux migratoires stéréotypés, puis s’établissent dans des structures embryonnaires spécifiques avant de donner naissance à une grande variété de types cellulaires. Ces cellules donnent notamment naissance à tout le système nerveux périphérique, mais aussi aux cellules pigmentées. Dans la partie la plus rostrale de l’embryon, les cellules émigrant depuis le diencéphale et le mésencéphale antérieur, appelées cellules de la crête neurale céphalique, génèrent des cellules nerveuses, mais forment également la majorité du mésenchyme, des os et du cartilage de la face ainsi que les tendons et les tissus conjonctifs [4].

Pendant les différentes étapes de l’embryogenèse, le développement des cellules issues de la crête neurale est très finement régulé par un vaste réseau génétique fortement conservé chez tous les vertébrés [3]. Les gènes paralogues Pax3 et Pax7, codant pour des facteurs de transcription à homéoboîte caractérisés par un domaine de liaison à l’ADN dénommé paired-box, y jouent un rôle central en intégrant différents signaux afin d’assurer un développement normal [3]. En effet, chez l’amphibien et le poulet, Pax3 et Pax7 sont requis pour l’induction et la formation de la crête neurale [5–7]. Chez le poisson zèbre, l’absence de Pax3 entraîne des défauts de différenciation de cellules pigmentaires et leur disparition complète au niveau du tronc [8]. Chez l’homme, les mutations hétérozygotes du gène PAX3 sont liées aux syndromes de Waardenburg de type I et III, caractérisés par des déficiences auditives, pigmentaires et des défauts craniofaciaux (OMIM #193500 et OMIM #148820).

Chez l’embryon de souris, entre les jours 8,5 (E8,5) et E13,5 de gestation, l’expression de Pax3 et Pax7 est particulièrement dynamique dans les structures craniofaciales. Bien que la fonction de Pax3 et Pax7 pendant le développement précoce de la crête neurale soit bien caractérisée et remarquablement conservée chez les vertébrés, le rôle de ces facteurs durant le développement craniofacial tardif n’a pas été étudié. Alors que chez les simples mutants Pax3 ou Pax7 le développement craniofacial est quasiment normal, des mutants chez lesquels les fonctions des deux facteurs sont perturbées présentent des phénotypes craniofaciaux sévères. Le double mutant Pax3:Pax7, ainsi qu’un modèle dominant négatif de Pax3 [9], présentent tous les deux une dysplasie faciale sévère, le phénotype étant exacerbé chez le double mutant. Nous avons développé un modèle dominant négatif, dans lequel un des allèles de Pax3 est substitué par une séquence codant pour la GFP (green fluorescent protein) alors que le second allèle est remplacé par une séquence codant pour une protéine de fusion entre la partie amino-terminale de Pax3, possédant les domaines de liaisons à l’ADN, et le domaine répresseur de la transcription de la protéine Engrailed [9]. Dans ce modèle, bien que Pax7 soit toujours exprimé, sa fonction, ainsi que celle de Pax3, sont inhibées.

L’étude des phénotypes de ces différents mutants démontre que Pax3 et Pax7 jouent des rôles cruciaux et redondants pendant le développement craniofacial. Nous avons montré que l’absence de Pax3 et Pax7 entraîne une induction significative de l’apoptose des cellules issues des crêtes neurales chez le double mutant, expliquant le phénotype observé. Cet effet drastique détecté chez les doubles mutants ne permet pas l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires mis en cause, au contraire de notre modèle dominant-négatif. Dans ce modèle, en effet, l’apoptose cellulaire n’est pas modifiée, ce qui nous a permis d’étudier les réseaux génétiques intervenant en aval de ces facteurs dans le développement craniofacial.

Afin d’établir les réseaux génétiques contrôlés par Pax3 et Pax7 pendant le développement de la face, nous avons combiné une approche de tri en cytométrie de flux avec des analyses en puces à ADN. Nous avons comparé les transcriptomes des cellules issues des crêtes neurales de notre modèle dominant négatif et d’un contrôle [10]. Cette comparaison a mis en évidence la surexpression de la voie de signalisation régulée par le AhR (aryl hydrocarbon receptor), le récepteur de la dioxine, chez le dominant négatif. La capacité du récepteur AhR à lier la dioxine en a fait un acteur majeur de la réponse au stress environnemental [11]. Dans notre modèle où les fonctions de Pax3 et Pax7 sont inhibées, nous avons observé que l’augmentation de l’activité d’AhR induit précocement la sortie du cycle cellulaire des cellules mésenchymateuses de la face via la surexpression de l’inhibiteur de kinases cycline-dépendantes p21. Cette sortie prématurée du cycle cellulaire conduit à une réduction du nombre de cellules progénitrices dans les structures nasales. Il en résulte une croissance réduite de ces structures et une absence de fusion de la face, qui explique la fente oro-faciale frontale observée chez le fœtus mutant pour Pax3 et Pax7 (Figure 1).

Figure 1. Interaction entre la voie AhR et le développement craniofacial. Les photos représentent différentes sources pouvant libérer de la dioxine dans l’environnement tels que les incinérateurs industriels et municipaux, les épandages de produits chimiques ou herbicides et les causes naturelles que sont les feux de forêt ou les éruptions volcaniques. Lorsque l’embryon est exposé à la dioxine, dans les conditions normales, Pax3 et Pax7 protègent son développement en inhibant l’expression et l’action d’AhR. Cependant, en absence de Pax3 ou lorsque la fonction de Pax3 et Pax7 est inhibée, plus rien ne s’oppose à une forte activation de la voie AhR par la présence de dioxine dans l’organisme. Ceci déclenche une sortie précoce du cycle cellulaire des cellules dérivées des crêtes neurales céphaliques via une surexpression de p21, et entraîne la formation d’une fente oro-faciale chez les embryons mutants.

Figure 1. Interaction entre la voie AhR et le développement craniofacial. Les photos représentent différentes sources pouvant libérer de la dioxine dans l’environnement tels que les incinérateurs industriels et municipaux, les épandages de produits chimiques ou herbicides et les causes naturelles que sont les feux de forêt ou les éruptions volcaniques. Lorsque l’embryon est exposé à la dioxine, dans les conditions normales, Pax3 et Pax7 protègent son développement en inhibant l’expression et l’action d’AhR. Cependant, en absence de Pax3 ou lorsque la fonction de Pax3 et Pax7 est inhibée, plus rien ne s’oppose à une forte activation de la voie AhR par la présence de dioxine dans l’organisme. Ceci déclenche une sortie précoce du cycle cellulaire des cellules dérivées des crêtes neurales céphaliques via une surexpression de p21, et entraîne la formation d’une fente oro-faciale chez les embryons mutants.

Afin de démontrer le rôle inédit de la voie de signalisation AhR dans la régulation du cycle cellulaire des cellules issues de la crête neurale, nous avons montré, in vitro et in vivo, que l’inhibition de l’activité d’AhR est suffisante pour restaurer la prolifération de ces cellules chez notre modèle dominant négatif via une normalisation des niveaux d’expression de p21, permettant ainsi la fermeture de la face. Nos résultats démontrent ainsi qu’une interaction entre une voie de signalisation impliquée dans la réponse au stress environnemental et les voies moléculaires contrôlées par Pax3 et Pax7 est nécessaire pour un développement craniofacial normal [10].

Lorsque des embryons mutants pour Pax3, qui ne présentent pas de défaut craniofacial, sont exposés à des doses non tératogènes de dioxine, nous avons observé l’apparition d’une fente oro-faciale frontale (les embryons hétérozygotes se développant normalement) confortant ainsi l’hypothèse selon laquelle les gènes Pax3 et Pax7 régulent la croissance et le maintien des cellules issues des crêtes neurales via la voie de signalisation AhR. Cette survenue de défauts craniofaciaux chez les simples mutants Pax3 confirme le rôle protecteur joué par les gènes Pax3 et Pax7 vis-à-vis de polluants tératogènes pendant le développement craniofacial. De plus, cette observation conforte nos précédentes conclusions établissant la voie AhR comme un médiateur essentiel de l’action des gènes Pax3 et Pax7 dans la régulation du développement des cellules issues de la crête neurale pendant la morphogenèse craniofaciale [10].

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.