Essential role of B-Raf in ERK activation during extraembryonic development

Abstract

The kinases of the Raf family have been intensively studied as activators of the mitogen-activated protein kinase kinase͞extra-cellular signal-regulated kinase (ERK) module in regulated and deregulated proliferation. Genetic evidence that Raf is required for ERK activation in vivo has been obtained in lower organisms, which express only one Raf kinase, but was hitherto lacking in mammals, which express more than one Raf kinase. Ablation of the two best studied Raf kinases, B-Raf and Raf-1, is lethal at midgestation in mice, hampering the detailed study of the essential functions of these proteins. Here, we have combined conventional and conditional gene ablation to show that B-Raf is essential for ERK activation and for vascular development in the placenta. B-Rafdeficient placentae show complete absence of phosphorylated ERK and strongly reduced HIF-1␣ and VEGF levels, whereas all these parameters are normal in Raf-1-deficient placentae. In addition, neither ERK phosphorylation nor development are affected in B-raf-deficient embryos that are born alive obtained by epiblastrestricted gene inactivation. The data demonstrate that B-Raf plays a nonredundant role in ERK activation during extraembyronic mammalian development in vivo.T he placenta is the first organ to develop during embryogenesis, and it supports the growth of the developing embryo by mediating the exchange of nutrients and wastes between the fetal and maternal circulatory systems. Placentation includes extensive angiogenesis, and reduced placental vascular development is associated with early embryonic mortality. Genetic studies have demonstrated a crucial role of VEGF, FGF, and their receptors in placental angiogenesis. In addition, the ablation of several signaling molecules operating downstream of receptor tyrosine kinases results in defects in placentation, often at the stage of labyrinth formation (1).The Raf kinases (A-Raf, B-Raf, and Raf-1) relay signals from tyrosine kinase receptors to the mitogen-activated protein kinase kinase (MEK)͞extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling module. Although most of the early work on the activation of the MEK͞ERK module was focused on Raf-1, evidence has accumulated that B-Raf is the main MEK kinase. Raf kinases from lower organisms (Caenorhabditis elegans lin-45 and Drosophila D-Raf ) are more similar to B-Raf than to the other two mammalian Raf kinases. Biochemical studies have indicated that B-Raf is the main MEK kinase found in fibroblast and brain lysates (2-5). Consistently, among the three Raf kinases, B-Raf binds best to MEK (6) and has the highest basal MEK kinase activity, both in vitro (7) and in fibroblasts, when expressed as a conditionally oncogenic form (8). Finally, B-Raf mutations resulting in increased MEK͞ERK activation have been discovered in a broad range of human tumors (9). All these observations hint at B-Raf as the archetypal mammalian MEK kinase, whereas Raf-1 and A-Raf have probably diverged to perform other functions. Growth-factor-stimulated ERK activation is reduced...

Le rôle des kinasesMek1etMek2dans la formation de la barrière hématoplacentaire chez la souris

“…Mutations de gènes de la voie de signalisation ERK/MAPK et développement labyrinthique Les techniques d'agrégation d'embryons tétraploïdes 1 et de délétion conditionnelle de gènes chez la souris ont permis de démontrer que la mutation de gènes associés à la voie de signalisation ERK/MAPK (Gab1, Sos1, b-Raf, Mek1, Erk2) entraîne la mort embryonnaire en raison des malformations placentaires résultant de défauts dans les tissus extraembryonnaires [7,9,13,17,26]. Chez ces différents mutants, le sous-développement de la région du labyrinthe est associé à une incapacité du mésoderme allantoïde à envahir cette région.…”

“…Les vaisseaux embryonnaires placentaires chez les mutants ne se retrouvent pas à proximité des sinus maternels, ce qui diminue les échanges gazeux et nutritionnels et cause la mort de l'embryon. À titre d'exemple, la région du labyrinthe des placentas Mek1 SYNTHÈSE REVUES aucune mort de l'embryon puisque ces gènes demeurent fonctionnels dans les cellules trophoblastiques [13,17]. Bien qu'il ait été rapporté que l'activation de ERK dans le placenta se produisait près des vaisseaux embryonnaires [17], la majorité des données obtenues à ce jour supportent plutôt un rôle crucial de la voie ERK/MAPK dans les tissus extraembryonnaires pour la formation du placenta.…”

“…Chez les souris mutantes b-Raf, l'expression du VEGF est diminuée. En revanche, la délétion spécifique de b-Raf dans les cellules endothé-liales n'a pas d'effet sur la formation du placenta, suggérant que le phénotype placentaire observé chez la souris b-Raf -/-est causé par une perte d'expression de VEGF dans les tissus placentaires autres que les cellules endothéliales [17]. Chez les mutants Mek1, l'expression du gène Vegf est fortement augmentée indiquant une hypoxie au niveau du placenta causée par l'absence de développement du labyrinthe [13].…”

“…En revanche, le phénotype est moins prononcé que celui observé dans les placentas Mek1 +/-Mek2 +/-, ce qui suggère un rôle plus large de MEK1 dans d'autres types cellulaires du placenta. Des structures semblables aux cellules MTG ont aussi été rapportées pour les mutants Sos1 et b-Raf [17,30]. Puisque SOS1 et b-RAF se situent en amont de ERK dans la voie, ces données suggèrent qu'ils pourraient participer à l'activation spécifique de ERK dans les SynT-II afin de promouvoir une différenciation et/ou une polarisation adéquate de ces cellules.…”

“…Le rôle de la voie ERK/MAPK lors du développement placentaire a été largement démontré chez la souris par la caractérisation de mutants pour des gènes associés à l'activation de la voie. Les mutants Erk2, Fgfr2, Gab1 (GRB2-associated-binding protein 1), Mek1, Sos1, b-Raf, Raf-1 et le mutant hypomorphe pour Grb2 décèdent entre les jours 10,5 et 11,5 de la gestation et présentent tous des anomalies de développement placentaire (Tableau I) [7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19]. Pour l'ensemble de…”