BMP4

BMP4
Identifiants
Aliases	BMP4
IDs externes	OMIM: 112262 MGI: 88180 HomoloGene: 7247 GeneCards: BMP4
Position du gène (Souris) Chr. Chromosome 14 (souris)[1] Locus 14 C1|14 23.95 cM Début 46,620,977 bp[1] Fin 46,628,126 bp[1]
Expression génétique Bgee Humain Souris (orthologue) n/a Fortement exprimé dans méninges canaux semi-circulaires tubercule génital surface ectoderm paroi abdominale posterior semicircular canal migratory enteric neural crest cell amnios calvaria artère carotide externe BioGPS Plus de données d'expression de référence
Gene Ontology Fonction moléculaire heparin binding cytokine activity co-receptor binding transforming growth factor beta receptor binding growth factor activity BMP receptor binding liaison protéique chemoattractant activity Composant cellulaire région extracellulaire milieu extracellulaire endoplasmic reticulum lumen Processus biologique embryonic skeletal system morphogenesis negative regulation of T cell differentiation in thymus germ cell development skeletal system development mesenchymal cell differentiation involved in renal system development cardiac septum development ureteric bud development positive regulation of protein phosphorylation renal system process positive regulation of endothelial cell differentiation negative regulation of immature T cell proliferation in thymus bud elongation involved in lung branching tendon cell differentiation structure anatomique impliquée dans la morphogenèse ureter epithelial cell differentiation régulation négative du cycle cellulaire mesenchymal to epithelial transition involved in metanephros morphogenesis trachea development développement postembryonnaire monocyte differentiation specification of ureteric bud anterior/posterior symmetry by BMP signaling pathway blood vessel endothelial cell proliferation involved in sprouting angiogenesis BMP signaling pathway involved in renal system segmentation cranial suture morphogenesis mesonephros development odontogenesis of dentin-containing tooth telencephalon regionalization negative regulation of chondrocyte differentiation blood vessel development negative regulation of mitotic nuclear division angiogenèse prostate gland morphogenesis positive regulation of ERK1 and ERK2 cascade smooth muscle tissue development BMP signaling pathway involved in heart induction negative regulation of epithelial cell proliferation histogenèse metanephric collecting duct development inner ear receptor cell differentiation mesodermal cell fate determination metanephros development type B pancreatic cell development regulation of pathway-restricted SMAD protein phosphorylation negative regulation of cell population proliferation steroid hormone mediated signaling pathway mammary gland formation positive regulation of collagen biosynthetic process renal system development negative regulation of myoblast differentiation cell fate commitment common-partner SMAD protein phosphorylation glomerular visceral epithelial cell development SMAD protein signal transduction ostéogenèse kidney development développement des poumons ureter smooth muscle cell differentiation embryonic digit morphogenesis epithelial-mesenchymal cell signaling negative regulation of thymocyte apoptotic process mesenchymal cell differentiation involved in kidney development negative regulation of cell death regulation of odontogenesis of dentin-containing tooth BMP signaling pathway involved in ureter morphogenesis mesenchymal cell proliferation involved in ureteric bud development smooth muscle cell differentiation lymphoid progenitor cell differentiation epithelium development régulation positive de la transcription dépendante de l'ADN deltoid tuberosity development negative regulation of prostatic bud formation développement du cœur telencephalon development branching involved in ureteric bud morphogenesis positive regulation of kidney development cartilage development embryonic limb morphogenesis negative regulation of MAP kinase activity positive regulation of cartilage development lens induction in camera-type eye positive regulation of neuron differentiation branching involved in prostate gland morphogenesis regulation of protein import into nucleus positive regulation of cell differentiation erythrocyte differentiation hedgehog camera-type eye development secondary heart field specification negative regulation of phosphorylation regulation of smooth muscle cell differentiation regulation of cell fate commitment regulation of branching involved in prostate gland morphogenesis différenciation cellulaire positive regulation of branching involved in lung morphogenesis chondrocyte differentiation regulation of cartilage development organ induction positive regulation of epithelial cell proliferation epithelial cell proliferation involved in lung morphogenesis negative regulation of cell proliferation involved in heart morphogenesis negative regulation of apoptotic process positive regulation of ossification ossification endochondrale regulation of smooth muscle cell proliferation regulation of morphogenesis of a branching structure BMP signaling pathway macrophage differentiation negative regulation of metanephric comma-shaped body morphogenesis embryonic skeletal system development mesenchymal cell proliferation involved in ureter development osteoblast differentiation hematopoietic progenitor cell differentiation positive regulation of BMP signaling pathway régulation de l'expression des gènes embryonic cranial skeleton morphogenesis dorsal/ventral neural tube patterning lung alveolus development positive regulation of protein binding anterior/posterior axis specification negative regulation of transcription, DNA-templated positive regulation of epidermal cell differentiation branching morphogenesis of an epithelial tube trachea formation specification of animal organ position negative regulation of glomerular mesangial cell proliferation positive regulation of smooth muscle cell proliferation intermediate mesodermal cell differentiation pulmonary artery endothelial tube morphogenesis pituitary gland development positive regulation of cell death lung morphogenesis positive regulation of endothelial cell proliferation bud dilation involved in lung branching positive regulation of cardiac muscle fiber development negative regulation of striated muscle tissue development positive regulation of cell migration negative regulation of branch elongation involved in ureteric bud branching by BMP signaling pathway BMP signaling pathway involved in nephric duct formation positive regulation of pathway-restricted SMAD protein phosphorylation negative regulation of mesenchymal cell proliferation involved in ureter development mesoderm formation cellular response to growth factor stimulus glomerular capillary formation bronchus development positive regulation of endothelial cell migration développent d'un organisme multicellulaire negative regulation of metanephric S-shaped body morphogenesis neural tube closure vasculature development embryonic morphogenesis protein localization to nucleus positive regulation of apoptotic process embryonic skeletal joint morphogenesis régulation de la différenciation cellulaire negative regulation of branching involved in ureteric bud morphogenesis mesodermal cell differentiation neuron fate commitment forebrain development cloacal septation développement osseux camera-type eye morphogenesis positive regulation of SMAD protein signal transduction negative regulation of glomerulus development embryonic hindlimb morphogenesis positive chemotaxis outflow tract morphogenesis odontogenèse negative regulation of transcription by RNA polymerase II epithelial to mesenchymal transition involved in endocardial cushion formation cardiac jelly development cellular response to BMP stimulus positive regulation of osteoblast differentiation epithelial tube branching involved in lung morphogenesis cardiac muscle cell differentiation apoptotic process involved in endocardial cushion morphogenesis muscular septum morphogenesis positive regulation of transcription by RNA polymerase II positive regulation of bone mineralization cardiac right ventricle morphogenesis outflow tract septum morphogenesis membranous septum morphogenesis aortic valve morphogenesis pulmonary valve morphogenesis endocardial cushion development endoderm development coronary vasculature development BMP signaling pathway involved in heart development pharyngeal arch artery morphogenesis positive regulation of cell proliferation involved in outflow tract morphogenesis negative regulation of extrinsic apoptotic signaling pathway regulation of pri-miRNA transcription by RNA polymerase II positive regulation of production of miRNAs involved in gene silencing by miRNA modification post-traductionnelle positive regulation of gene expression positive regulation of epithelial to mesenchymal transition positive regulation of cardiac neural crest cell migration involved in outflow tract morphogenesis regulation of signaling receptor activity positive regulation of cell population proliferation negative regulation of gene expression negative regulation of pri-miRNA transcription by RNA polymerase II regulation of apoptotic process regulation of MAPK cascade développement d'une cellule croissance biologique Sources:Amigo / QuickGO
Orthologues Espèces Homme Souris Entrez 652 12159 Ensembl ENSG00000125378 ENSMUSG00000021835 UniProt P12644 P21275 RefSeq (mRNA) NM_001202 NM_130850 NM_130851 NM_007554 NM_001316360 RefSeq (protéine) NP_001193 NP_570911 NP_001334841 NP_001334842 NP_001334843 NP_001334844 NP_001334845 NP_001334846 NP_570912 NP_001303289 NP_031580 Localisation (UCSC) n/a Chr 14: 46.62 – 46.63 Mb Publication PubMed [2] [3]
Wikidata
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La BMP4, soit la protéine morphogénétique osseuse 4 (BMP, de l'anglais bone morphogenetic protein), est une protéine appartenant à la superfamille des facteurs de croissance transformants bêta TGF-β (de l'anglais transforming growth factor beta), qui regroupe elle-même la famille des protéines morphogénétiques osseuses^[4]. Les protéines de la famille des TGF-β affectent notamment la croissance et la différenciation cellulaire^[5].

Le gène responsable de la production de BMP4 est situé sur le 14^e chromosome, à la position cytogénétique 14q22.2^[6]. Chez l'humain, ce gène contient 4 exons fonctionnels, donnant lors de la transcription 11 ARNm différents et un polypeptide de 408 acides aminés à la suite de la traduction^[4],[6]. BMP4 est trouvée chez l'ensemble des vertébrés et est extrêmement conservée au cours de l'évolution^[5]. Durant le développement embryonnaire, cette protéine possède notamment un rôle dans la formation du mésoderme, la formation des dents, le développement squelettique, la formation de la moelle osseuse, la morphogenèse des membres et l'induction de la plaque neurale^[4].

Découverte

Les BMP ont été découvertes pour la première fois par Marshall R. Urist en 1965, à la suite d'un isolement de trois protéines provenant de la déminéralisation d'os bovins^[7]. Lorsqu'injectées dans des animaux, ces protéines induisaient la croissance du tissu osseux, plus particulièrement la formation de cartilage ectopique et d'os endochondraux.

Voie de signalisation

Lors de la signalisation, les BMP se lient à des récepteurs spécifiques à la surface de la cellule. Ces récepteurs, appelés BMPR (pour BMP-receptor), sont des récepteurs kinases sérine/thréonine. Via un groupe de protéines spécialisées nommées Smads, le signal produit par les BMP subit une transduction par les BMPR. Ce signal affecte ensuite la régulation des gènes cibles en aval^[4],[5].

Il s'agit d'un processus extrêmement complexe pouvant être régulé de plusieurs façons, dont notamment un groupe de protéines inhibitrices extracellulaires de la signalisation qui agissent en se liant aux ligands des BMP. Dans le cas de BMP4, ses principaux inhibiteurs sont Noggin et Chordin^[4].

Du point de vue extracellulaire et dépendamment du type de cellule ciblée, de la concentration de BMP4 et du moment du signal, BMP4 peut provoquer la prolifération cellulaire, la différenciation cellulaire ou l'apoptose. Il a été suggéré qu'une forte concentration de BMP4 aurait tendance à provoquer la différenciation, tandis qu'une faible concentration résulterait en une prolifération^[8].

Développement de la morphologie craniofaciale chez les vertébrés

La morphologie craniofaciale détermine de quoi peut se nourrir une espèce, ainsi que son efficacité d'alimentation. Il va de soi que lorsque des espèces adoptent une alimentation spécialisée, il y a également un changement de la forme craniofaciale et de la fonction qui y est associée.

Il a été déterminé que BMP4 et CaM (calmoduline) ont un rôle majeur dans la détermination de la morphologie du bec des oiseaux et de la mâchoire des vertébrés lors du développement embryonnaire^[9],[10].

Détermination de la morphologie du bec chez Geospiza

Le genre Geospiza compte 6 espèces, appelées de façon colloquiale les pinsons de Darwin, toutes regroupées sur les îles Galápagos. L'espèce la plus basale de Geospiza est G. difficilis. Les autres espèces sont divisées en deux groupes. Il y a d'abord celles ayant un large bec profond apte à broyer des graines, les « géospizes terrestres » G. fuliginosa, G. fortis et G. magnirostris. Puis, il y a celles ayant un bec affilé plus long qui sert à atteindre les fleurs du cactus et les fruits, les géospizes des cactus G. scandens et G. conirostris^[9].

La morphologie très variée du bec au sein de ce groupe est étroitement liée à la structure craniofaciale. La forme spécialisée du bec étant déjà présente à la naissance, cela indique une base génétique durant le développement embryonnaire. L'embryologie de ces espèces démontre qu'à partir du 26^e stade embryonnaire, les différences propres à l'espèce quant à la morphologie du bec sont déjà visibles.

Une étude comparative du patron d'expression de différents facteurs de croissance du développement du bec démontre une forte corrélation entre l'expression de BMP4 et la morphologie du bec. Chez les embryons des géospizes ayant un large bec profond, il y a une forte augmentation de l'expression de BMP4 dans le mésenchyme du bec au 26^e stade embryonnaire qui se maintient jusqu'au 29^e stade. Chez les embryons de G. difficilis et des espèces ayant un long bec affilé, il y a absence de cette augmentation dans l'expression de BMP4.

On en conclut que l'expression accrue et précoce de BMP4 dans le mésenchyme du bec (un exemple d'hétérométrie et d'hétérochronie respectivement) cause une croissance du bec dans l'axe dorso-ventral, ce qui résulte en un bec plus profond et large. La variation de l'expression de BMP4 se limite seulement au bec supérieur. L'expression de cette protéine au bec inférieur demeure constante à travers le genre Geospiza.

Lorsqu'on infecte le mésenchyme du bec d'embryons de poulet avec un vecteur viral dont l'effet est d'augmenter la production locale de BMP4, cela résulte en un bec morphologiquement similaire à celui des « géospizes terrestres ». Inversement, l'infection avec un vecteur viral possédant Noggin résulte en une forte réduction de la forme du bec. On suppose que la régulation de BMP4 dans le mésenchyme du bec découle de l'effet en amont de la protéine sonic hedgehog et du facteur de croissance des fibroblastes 8 (Fgf8), exprimés dans l'épithélium du bec.

Détermination de la morphologie de la mâchoire chez les Cichlidés

Les Cichlidés des Grands Lacs d'Afrique démontrent une diversité surprenante quant à la morphologie de leur mâchoire. Ces lacs regroupent plus de 2 000 espèces issues d'une radiation évolutive. Les espèces qui se nourrissent par broiement possèdent une courte mâchoire avec plusieurs rangées de dents. Cela augmente considérablement l'avantage mécanique de leur mâchoire, soit la transmission de la force lors de l'ouverture et la fermeture de la mâchoire. Chez les espèces qui s'alimentent par succion, la mâchoire possède plutôt une forme élongée avec très peu de rangées de dents, ce qui donne un faible avantage mécanique^[11].

Une étude comparative de l'embryologie entre deux Cichlidés du Lac Malawi a été menée pour déterminer l'origine moléculaire de cette diversité morphologique^[11]. Les espèces utilisées étaient Labeotropheus fuelleborni, qui possède une courte mâchoire inférieure trapue avec une grande force de broiement, et Metriaclima zebra, qui possède une mâchoire inférieure plus allongée et gracile apte à l'alimentation par succion. L'étude démontre que les différences spécifiques aux espèces quant à la morphologie de la mâchoire ont une forte corrélation avec l'expression de BMP4 au long de l'arc mandibulaire pharyngien. Dans les embryons de M. zebra, l'expression de BMP4 se limitait à la région la plus distale du mésenchyme mandibulaire. Toutefois, l'expression de BMP4 était étendue dans l'ensemble du mésenchyme chez L. fuelleborni. Lorsqu'on provoque une surexpression de BMP4 chez le poisson zèbre Dania rerio, cela cause une croissance de la mâchoire selon l'axe dorso-ventral, donnant une mâchoire plus profonde similaire à celle de L. fuelleborni.

On note que chez les Cichlidés de l'Est de l'Afrique, le taux d'évolution des acides aminés du gène BMP4 est beaucoup plus élevé que celui des autres gènes responsables du développement craniofacial^[12]. Ceci témoignerait de la radiation évolutive dont sont issues ces espèces. L'évolution génétique de BMP4 se limite à des substitutions au pro-domaine, ce qui indique des changements dans la régulation de l'expression de BMP4.

Développement de la dentition chez les téléostéens

Les poissons zèbre sont des téléostéens qui ne possèdent pas de dents orales, mais plutôt des dents pharyngiennes. Ce trait, couplé avec l'absence de l'expression de BMP2A, BMP2B et BMP4 dans la région orale au cours du développement embryonnaire, indique une forte corrélation entre les BMP et le développement des dents. L'absence de ces protéines semble être responsable des pertes locales de dents au cours de l'évolution des téléostéens^[13].

Régression du pénis chez les oiseaux

Lorsqu'on compare l'organe reproducteur mâle chez deux groupes frères d'oiseaux, Galliformes et Anseriformes (communément appelés les gallinacés et les ansériformes, respectivement), on constate une grande différence entre ces deux groupes^[14]. Les gallinacés ne possèdent pas un membre phallique qui s'introduit dans la femelle, mais plutôt un cloaque. Quant aux ansériformes, ils possèdent un phallus bien développé. L'embryologie révèle que les embryons de Galliformes développent un tubercule génital tout comme les Anseriformes à partir du 26^e stade embryonnaire. Cependant, vers le 35^e stade, il y a arrêt du développement et régression du tubercule par apoptose chez Galliformes. L'apoptose se déclenche au point le plus distal du tubercule.

Lorsqu'on étudie le patron d'expression des facteurs de croissance, on observe chez Galliformes une déviation du patron de BMP4 au niveau du tubercule génital comparativement aux autres groupes. Dans l'embryon du poulet, un gallinacé, il y a surexpression de BMP4 dans le tubercule. Cette surexpression coïncide, à la fois dans le moment et l'emplacement, avec l'apoptose du tubercule, ce qui indique un lien entre les deux phénomènes. L'inhibition de BMP4 par ajout de la protéine Noggin prévient l'apoptose, donnant un organe pénil entièrement développé. Chez les Anseriformes, BMP4 est très peu exprimée au niveau du tubercule. Dans l'embryon du canard, un ansériforme, le fait de provoquer une surexpression de BMP4 dans la région distale du tubercule cause sa régression par apoptose.

Ainsi, la réduction du membre phallique des Galliformes, et même des autres groupes d'oiseaux, ne résulterait pas d'une inhibition de la formation du tubercule génital, mais plutôt d'une apoptose régulée par l'expression de BMP4.

Développement des plumes

L'interaction entre BMP4 et Noggin semble déterminer le processus de développement des plumes chez les oiseaux^[15]. Alors que BMP4 promeut la formation du rachis et la fusion des barbes, Noggin promeut le branchement du rachis et des barbes. BMP4 est davantage exprimée dans la région distale du follicule de la plume, tandis que Noggin est exprimé dans les cellules de la pulpe, proche de l'épiderme.

Détermination de l'axe dorsal-ventral

Chez les vertébrés, BMP4 est responsable de l'identité de la région ventrale lors de la gastrulation. Lors du stade de blastocyste, BMP4 est exprimée sur toute la circonférence de l'embryon. Cependant, lors du stade de gastrula, il y a expression de Chordin/Noggin dans la région dorsale, ce qui limite l'expression de BMP4 à la région ventrale^[5].

Chez la drosophile, le gène homologue de BMP4 est Dpp (décapentaplégique), responsable de l'identité de la région ventrale au stade de gastrula. Une expérience au cours de laquelle il y a substitution de la région responsable du ligand de Dpp avec celle du ligand de BMP4 humain résulte en un fonctionnement normal du gène Dpp modifié. On obtient tout de même un axe dorsal-ventral normal dans l'embryon de la drosophile, qui résulte en un adulte sain. Cela démontre qu'au cours de l'évolution, il y aurait une forte conservation de la voie de signalisation de BMP4-Dpp^[16].

Articles connexes

• Biologie évolutive du développement
• Régulation de l'expression

Références

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