Influence des signaux BMP sur les cellules de crête neurale durant la septation de la voie d’éjection cardiaque

Influence of BMP signaling on neural crest cells during heart outflow tract septation

• Auteur / Autrice : Jean-François Darrigrand
• Direction : Bruno Cadot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Soutenance le 18/03/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en myologie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Onnik Agbulut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sigolène Meilhac, Sophie Creuzet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Zaffran, Luc Pardanaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Morphogenèse

Aspect moléculaire

Rupture

Endocarde

Physiologie

Sémaphorines

Cytologie

Crête neurale

Mots clés libres

Cellules de crête neurale

Coeur

Voie d'éjection cardiaque

Signalisation BMP

Dullard

Sema3c

Neural crest cells

Heart

Outflow tract

BMP signaling

Sema3c

Dullard

Résumé

La voie d’éjection cardiaque (VEC) est initialement un tube unique, qui se divise ensuite en artère aorte (Ao) et pulmonaire (Pa) au cours du développement embryonnaire. Cette morphogenèse est régulée par les cellules de crête neurale (CCN) qui colonisent la VEC et se condensent le long de l’endocarde, entraînant sa rupture et la formation des Ao et Pa. Des recherches ont montré que les Bone Morphogenetic Proteins (BMP) contrôlent le comportement des CCN durant ce processus. Cependant, les cascades moléculaires impliquées sont méconnues. Afin de mieux comprendre ces cascades moléculaires nous avons étudié le rôle de Dullard, une phosphatase identifiée comme inhibiteur intracellulaire de la voie BMP, au cours de la morphogenèse de la VEC. Nos résultats montrent que la délétion de Dullard dans les CCN augmente la signalisation BMP dans ces cellules, induit une septation asymétrique et prématurée de la VEC, l’obstruction de Pa et la mort embryonnaire. Cette suractivation de la voie BMP dans les CCN entraîne la diminution de leurs marqueurs mésenchymateux et augmente l’expression d’une cytokine appelée Sema3c, qui elle-même induit une compaction prématurée des CCN à l’endocarde. En parallèle, la différentiation asymétrique du myocarde sous-pulmonaire entraîne la rupture asymétrique de l’endocarde et l’obstruction de Pa. Enfin, nos résultats montrent qu’un gradient d’activation de la voie BMP et d’expression de Sema3c dans les CCN le long de l’axe de la VEC régule sa septation disto-proximale. Ainsi, nous mettons en évidence que la régulation des BMP dans les CCN orchestre spatiotemporellement la septation de la VEC.

The heart outflow tract (OFT) is originally a solitary tube, which is septated into the aortic and pulmonary artery (Pa) during embryonic development. This morphogenesis is regulated by the cardiac neural crest cells (cNCC), which colonize the OFT and condense towards the endocardium, triggering its rupture and the fromation of the two arteries. Investigations to identify the molecular cues controlling cNCC behaviour in the OFT mesenchyme have established the importance of the Bone Morphogenic Proteins (BMP). However, little is known on the molecular cascades triggered by BMP signaling responsible for the cNCC mediated OFT septation. To get insights into these molecular cascades, we decided to dissect the role of Dullard, a perinuclear phosphatase uncovered as a BMP intracellular signaling inhibitor, during OFT morphogenesis. Our results show that deletion of Dullard in the cNCC increases BMP intracellular signaling, leading to premature and asymmetric septation of the OFT, Pa obstruction and embryonic death. This BMP overactivation in the cNCC triggers the downregulation of mesenchymal markers and the upregulation of a cytokine called Sema3c, which in turn results in premature cNCC compaction at the endocardium. In addition, asymmetric differentiation of the distal subpulmonary myocardium contributes to asymmetrical rupture of the endocardium and Pa obstruction. Finally, our data converge to a model whereby graded BMP activity and Sema3c expression in the cNCC along the OFT axis set the tempo of OFT septation from its distal to its proximal regions. Hence, our findings reveal that fine tuning of BMP signaling levels in cNCC orchestrate OFT septation in time and space.