Mécanisme de génération de forces par les cellules apoptotiques lors de la morphogenèse de la drosophile

par Mégane Rayer

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire

Sous la direction de Magali Suzanne et de Bruno Louis-René Monier.


  • Résumé

    Chaque espèce vivante acquiert une forme qui lui est propre. La génération de forces mécaniques est l'une des stratégies utilisées par les cellules pour sculpter les organes. Lors du développement animal, les forces mécaniques générées dans le plan des jonctions adhérentes sont importantes pour le remodelage des tissus épithéliaux. Ces forces planaires ont été particulièrement étudiées ces dernières années. C'est le cas notamment de la constriction apicale des cellules lors de l'invagination du mésoderme de l'embryon de drosophile. La réduction de l'apex des cellules est considérée comme un processus fondamental pour la formation de la pliure initiale de cet épithélium. Toutefois, il a été découvert récemment que des forces peuvent aussi être générées dans l'axe apico-basal des cellules. L'équipe dans laquelle j'ai effectué ma thèse a montré que de telles forces sont requises pour la formation de plis dans la patte de la drosophile lors de son développement. Dans ce processus, avant de disparaitre par apoptose (ou mort programmée), les cellules vont former une structure apico-basale appelé "câble de myosine" qui, en se contractant, va induire une déformation des cellules voisines, aboutissant progressivement à la formation de plis. Cependant, les mécanismes requis pour la génération de la force apico-basale restaient inconnus. L'objectif de ma thèse était donc de chercher comment ces cellules destinées à mourir pouvaient générer une force efficace. L'hypothèse de travail était que ce câble de myosine devait être ancré au pôle apical et au pôle basal de la cellule afin de fournir une résistance permettant la génération d'une force efficace pouvant être transmise aux cellules voisines. J'ai donc cherché à identifier ces points d'ancrage grâce à des techniques d'imagerie et de génétique. Dans un premier temps, j'ai identifié le point d'ancrage apical du câble. En effet, les cellules apoptotiques réduisent leur apex mais conservent leurs jonctions adhérentes au niveau desquelles co-localise l'extrémité apicale du câble de myosine. Dans un deuxième temps, j'ai cherché quel pourrait être le point d'ancrage basal du câble de myosine. Une observation surprenante montre que le noyau des cellules apoptotiques est systématiquement relocalisé au pôle basal et que le câble de myosine rentre en contact avec lui. J'ai testé si le noyau joue un rôle dans l'ancrage du câble de myosine en perturbant sa localisation basale. La perte de fonction de Klarsicht, une protéine du complexe LINC, empêche la cellule d'induire une déformation des cellules voisines, montrant que dans ce contexte où le noyau n'est pas relocalisé au pôle basal de la cellule, la force n'est pas ou peu produite. Finalement, j'ai pu montrer que le noyau est lui-même ancré au pôle basal de la cellule afin de fournir un point de résistance lors de la contraction du câble. En effet, j'ai étudié la mobilité des noyaux, montrant d'une part que les noyaux apoptotiques sont moins mobiles que ceux des cellules non-apoptotiques et, d'autre part, que l'actine et la Taline, un composant des adhésions basales, sont requises pour la stabilisation du noyau apoptotique. De plus, j'ai observé que, lors de la contraction du câble, le noyau remonte simultanément et que celui-ci se déforme localement. Finalement, des expériences d'ablation laser du câble de myosine montrent un relâchement de la surface apicale et un recul du noyau. Ainsi, la force émise par les cellules apoptotiques est transmise dans l'axe apico-basal par une liaison adhérence apicale-câble-noyau. Mon travail met en lumière un mécanisme original de génération de force. Ce nouveau mécanisme de force apico-basale pourrait être conservé dans d'autres types cellulaires engagés dans des processus d'invagination au cours de la morphogenèse. Mes résultats montrent également que le noyau joue un rôle nouveau, au-delà de son rôle de protection du génome, en participant activement à la génération d'une force.

  • Titre traduit

    Mechanism of force generation by apoptotic cells during the Drosophila morphogenesis


  • Résumé

    Each animal species acquires a specific shape during development. The generation of mechanical forces is one of the strategies used by cells to sculpt organs. During animal development, the mechanical forces generated in the plane of adherens junctions are important for epithelium remodeling. These planar forces have been extensively studied over the last years. This is particularly the case during apical constriction of mesodermal cells during drosophila embryo gastrulation. The reduction of the cell's apex is considered a fundamental process to trigger invagination of this tissue. However, recently, it has been shown that forces can also be generated along the cell apico-basal axis. The team in which I did my thesis has shown that these forces are important for the formation of folds during drosophila leg development. In this process, before their disappearance, cells form an apico-basal myosin structure, called "myosin cable". The force created by the contraction of the cable is transmitted to the cell's neighbors, inducing cell shape changes progressively resulting in fold formation. However, the mechanisms required for apico-basal force generation remained unknown. The goal of my thesis was to study in detail how the cells destined to die could generate an effective force. We made the hypothesis that the myosin cable should be anchored at the apical and basal cell poles in order to promote a resistance to the cable contraction, and to allow force transmission to the neighbors. Therefore, my aim was to identify these anchoring points thanks to imaging and genetics technics. First, I had identified apical anchor point. Indeed, apoptotic cells reduce their apex but maintain their adherens junctions. The apical extremity of the myosin cable colocalizes to this adhesion structure. Secondly, I searched for the basal anchor point of myosin cable. Surprisingly, I observed that the nucleus of apoptotic cells is systematically relocated on the basal cell half and that the myosin cable contacts it. I tested whether the nucleus plays a role in myosin cable anchorage by perturbing its basal localization. The loss of function of Klarsicht, a LINC complex protein, prevents the cell to deform its neighbors, showing that, in this context the force is strongly or totally abolished. Finally, I have shown that the apoptotic nucleus itself is anchored to the basal side in order to promote a resistance during cable contraction. Indeed, I studied nuclei mobility and showed that apoptotic nuclei are less mobile than non-apoptotic nuclei. I also showed that F-actin and Talin, a basal adhesion component, are required for apoptotic nucleus stability. Furthermore, I have observed that, during cable contraction, the nucleus moves back apically and that it deforms locally. Finally, laser ablation experiments of the myosin cable show an apical recoil of apical surface and a basal recoil of the nucleus. Thus, the force generated by the apoptotic cells is transmitted in the apico-basal axis thanks to the link between apical adherence, cable and nucleus. My work highlights a new mechanism of force generation. This new mechanism of apico-basal force could be conserved in other cell types in additional invagination processes during morphogenesis. My results also show that the nucleus plays a new role, beyond the protection of the genome, by participating actively in force generation.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2019 par Université Toulouse 3 à Toulouse

Mécanisme de génération de forces par les cellules apoptotiques lors de la morphogenèse de la drosophile


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  • Sous le titre : Mécanisme de génération de forces par les cellules apoptotiques lors de la morphogenèse de la drosophile
  • Détails : 1 vol. (236 p.)
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