Rôle de Msx1 dans l’os : établissement d’un modèle animal surexprimant Msx1 dans les ostéoblastes
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Homeobox gene Msx1 encodes for a transcription factor highly expressed during embryogenesis and postnatal development in limbs and in oral bones. Mutations of MSX1 gene in humans are associated to cleft palate and/or tooth agenesis. Similar phenotype is observed in newborn mice invalidated for Msx1 gene. Unfortunately, these mice die one day after birth (P1), therefore preventing the study of Msx1 role in bone growth and homeostasis. The establishment of a transgenic mouse line that expresses Msx1 in mineral matrix secreting cells using a transgene with Msx1 cDNA under the control of mouse 2. 3-kb collagen 1 alpha 1 promoter allowed the in vivo investigation of Msx1 function in bone. Histological analysis of the mandibles at P1 showed an increase of bone matrix surrounding the incisor and the molars. Osteoblast recruitment and proliferation were increased in Msx1 transgenic mice (Msx1-Tg) as well as apoptosis and osteoclastic activity reflecting active bone remodeling. Msx1 appeared as a bone trophic factor increasing bone metabolism as demonstrated by Msx1 overexpression in cells cultured in vitro that increased the number of cells entering the cell cycle. Parallel investigations of bone mineralization using von Kossa staining showed a decrease in Msx1-Tg mice. Interestingly, an opposite phenotype was observed in mice lacking Msx1 gene. In addition, skull CT analysis clearly demonstrated Msx1 involvement in bone mineralization and bone shape. Msx1 was able to alter terminal osteoblastic differentiation by shifting the cell differentiation program thus altering the collagen deposition and consequently the mineralization process.
Abstract FR:
Le but de mon travail de thèse fut de générer un modèle expérimental qui permette de comprendre les fonctions de Msx1 dans la minéralisation osseuse in vivo. Pour cela, un modèle de souris transgéniques fut établi à partir de l’ADNc Msx1 sous le contrôle du promoteur 2,3kb du collagène1a1. Les mandibules présentaient une augmentation du volume trabéculaire pouvant être expliquée par un nombre accru d’ostéoblastes et d’ostéoclastes. Parallèlement, l’apoptose était également augmentée dans l’os cortical pouvant expliquer la limitation du volume osseux total. Ces résultats traduisent un métabolisme osseux accru en présence de Msx1 qui semble jouer un rôle trophique spécifique de site. Parallèlement, la minéralisation était diminuée. Une analyse fine des résultats a montré une altération du dépôt des fibres de collagène et une limitation de la différenciation terminale. Par ailleurs, l’analyse de la densité osseuse des os longs de souris adultes a montré une diminution de la qualité osseuse, en particulier chez les femelles. Ce phénotype ostéopénique devrait être examiné au cours du vieillissement. Enfin, la participation de Msx1 à la réparation de l’os alvéolaire consécutive à l’extraction dentaire a été évaluée. Les premiers résultats ont montré une persistance de l’os alvéolaire et demeurent prometteur comme voie de recherche alternative à la chirurgie réparatrice. En conclusion, nos résultats ont montré que la surexpression modérée de Msx1 conduit à augmenter la quantité osseuse mais aussi la réduire la minéralisation suggérant la capacité de Msx1 à engager les cellules progénitrices vers la voie de différenciation osseuse tout en limitant la différenciation terminale.