Contribution du cytosquelette d’actine lors de l’élongation embryonnaire de C. elegans

Contribution of actin cytoskeleton to C. elegans embryonic elongation

• Auteur / Autrice : Alicia Lardennois
• Direction : Michel Labouesse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Soutenance le 27/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Julie Plastino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Susan Mango, Carl-philipp Heisenberg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caenorhabditis elegans

Actine

Protéines du cytosquelette

Muscles -- Contraction

Morphogenèse

Mots clés libres

Morphogenèse

Mécanotransduction

Cytosquelette d'actine

Remodelage

Spectrine

C. elegans

Morphogenesis

Mechanotransduction

Actin cytoskeleton

C. elegans

Résumé

Les processus morphogénétiques impliquent des changements de forme de cellules, via des forces mécaniques, qui doivent être stabilisés. Ma thèse vise à élucider comment l'embryon de C. elegans, matériau élastique, s'allonge progressivement sous l’effet des contractions musculaires. Un crible ARNi en fond pak-1(Ø), kinase de l’épiderme impliquée dans une cascade de mécanotransduction en aval des muscles, a identifié SPC-1/α-spectrine, comme partenaire probable. Les embryons spc-1(-)pak-1(-) s'allongent jusqu'à 1.5-fold, puis reviennent à leur taille initiale sous l’effet des muscles. Avec la microscopie à super-résolution, j’ai montré que leurs faisceaux d'actine épidermiques sont très désorganisés ; suggérant que le remodelage de l'actine pourrait contrer l'élasticité des cellules. Avec un crible en fond spc-1(-)pak-1(-), j'ai identifié deux protéines de fragmentation aidant à rompre les filaments d'actine quand les muscles les courbent fortement. Par ailleurs, la formine de “pontage” FHOD-1 induit aussi une rétraction dans des embryons fhod-1(-);spc-1(-). J'ai surexprimé une construction FHOD-1(ΔFH2/DAD) tronquée en C-terminal qui a partiellement sauvé la rétraction spc-1(-)pak-1(-) suggérant que FHOD-1 bloque la dépolymérisation de l'actine à chaque cycle de contraction. Pour tester cela, j’ai modélisé l'embryon en tant que matériau Kelvin-Voigt soumis à une force épidermique et à la tension musculaire et prédit son allongement en utilisant un composant viscoplastique symbolisant le raccourcissement de l'actine. J'ai donc caractérisé un réseau cellulaire conférant une plasticité mécanique et stabilisant la forme des cellules dans un processus morphogénétique.

Body axis elongation is a fundamental morphogenetic process, involving cell shape changes powered by mechanical forces through small incremental steps which need to be stabilized. During my PhD, I studied C. elegans embryonic elongation to define how the embryo, an elastic material, lengthens progressively upon muscle contractions. Previously, the lab found a kinase, PAK-1, to be mediator of an epidermal mechanotransduction pathway downstream of muscles. Two screens in a pak-1(Ø) background identified α-spectrin SPC-1 as an interactor of PAK-1. spc-1(-)pak-1(-) embryos elongate up to 1.5-fold and then retract to 1-fold in a muscle dependent manner. I used super-resolution microscopy to show that epidermis circumferential actin bundles are highly disorganized in these embryos; suggesting that actin rearrangement could be the lock counteracting elasticity. With a screen in spc-1(-)pak-1(-) background, I identified two severing proteins helping break actin filaments when muscle activity bends them at sharp angles. In addition, the actin bundling formin FHOD-1, was also shown to induce retraction in fhod-1(-);spc-1(-) embryos. I overexpressed a C-terminally truncated FHOD-1(ΔFH2/DAD) that partially rescued the spc-1(-)pak-1(-) retraction suggesting that FHOD-1 blocks further actin depolymerization at each cycle of contraction. To test it, we modeled the embryo as a Kelvin-Voigt material under acto-myosin force from the epidermis and muscle tension. We predicted embryo lengthening using a viscoplastic component accounting for actin shortening. Altogether I characterized a cellular network conferring mechanical plasticity to stabilize cell shape during a morphogenetic process.