Morphogénèse de la géométrie du motif cutané des oiseaux

Morphogenesis of skin pattern geometry in birds

• Auteur / Autrice : Camille Curantz
• Direction : Marie Manceau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Soutenance le 05/10/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Schneider-Maunoury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Gros, Aissam Ikmi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marja Mikkola, Jeremy Green

Mots clés

Mots clés contrôlés

Morphogenèse

Biologie -- Modèles mathématiques

Équations de réaction-diffusion

Plumes

Développement

Oiseaux

Oiseaux -- Anatomie

Mots clés libres

Pattern

Morphogénèse

Anisotropie

Plume

Oiseau

Embryon

Pattern

Morphogenesis

Anisotropy

Feather

Birds

Embryon

Résumé

Les motifs naturels constituent l’un des traits les plus variés des populations d’animaux sauvages. Leur mise en place nécessite une réponse différentielle des cellules d’un tissu naïf à des signaux de position moléculaires ou mécaniques. Dans quelles mesures ces processus contribuent à la variation naturelle de ces motifs demeurent flou. Chez l’oiseau, les plumes ne sont pas distribuées de façon homogène mais prennent une organisation spatiale typique définie par leur taille, leur espacement et la régularité de leur implantation. Leur positionnement est causé par des mécanismes d’auto-organisation moléculaires et cellulaires qui coopèrent dans le temps et l’espace dans la peau en développement. Nous avons montré que l’émergence des follicules de plumes implique une régionalisation précoce de la peau en domaines compétents. La position et largeur de ces domaines forment un pré-pattern spécifique à chaque espèce étudiée qui influence la géométrie finale du pattern. L’étude comparative de la géométrie locale des follicules à l’intérieur de ces domaines compétents a montré que la variation de l’amplitude de l’anisotropie des cellules corrèle avec des variations de régularité du motif cutané. J’ai ensuite montré par des expériences de perturbation de l’architecture cellulaire du tissue que l’anisotropie des cellules du derme avant la formation des follicules peut être assimilé à un marquer de l’état de compétence des cellules à former un pattern régulier. Ces résultats montrent que la morphologie du tissu contraint la réponse cellulaire aux informations de position et qu’elle contribue à la mise en place de la diversité de la géométrie des motifs cutanés dans la nature.

Natural patterns constitute one of the most diverse features observed in wild animals. The development of such patterns requires a series of morphogenetic events involving a differential response of a naïve tissue to chemical and mechanical positional cues. To what extent these processes contribute to the shape of the natural variation remains unclear. In birds, feather primordia are implanted in typical geometries which vary between birds in primordia size, spacing and pattern regularity. It has been shown that the development of the feather array surely involves self-organising processes. Such processes rely on molecular and cellular factors that cumulate and cooperate temporally and spatially in the developing skin. We showed that the patterning of feather primordia involves prior regionalisation of the skin into competent domains forming a specie-specific pre-pattern that influences the resulting pattern. The comparative description of the local variation of the feather array in these birds according to their initial competent domains shows that variation in the amplitude of dermal cell anisotropy correlates with variation in pattern regularity. Using ex vivo perturbations of skin architecture by an inhibitor of actin filament polymerisation, I showed that the anisotropy of dermal cells prior to feather primordia formation can be seen a readout of the competent state of the tissue to form a regular pattern. These results provide insights into the cellular basis of self-organisation and demonstrate that tissue morphology, constrain the cell response to the positional cues and contribute to shape the variation of the geometry of the feather array observed in nature.