Propriétés subcellulaires et dynamique à l'échelle de l'embryon gouvernant la morphogenèse

Subcellular properties and embryo-scale dynamics driving morphogenesis

• Auteur / Autrice : Alphy John
• Direction : Matteo Rauzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 15/09/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie Valrose (Nice)
• Jury : Président / Présidente : Florence Besse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Besse, Eric Wieschaus, Natalie Dye, Raymond Keller, Carl-Philipp Heisenberg
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Wieschaus, Natalie Dye
• DOI : 10.70675/21f25390z15fbz44d8z9e01z5b1e1f151aee

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jonctions adhérentes

Actomyosine

Morphogenèse

Gastrulation

Mots clés libres

Gastrulation

Morphogenèse concomitante

Modélisation des gènes

Contractilité de l'actomyosine

Jonctions adhérentes

Gastrulation

Concomitant morphogenesis

Gene patterning

Actomyosin contractility

Adherens junctions

Résumé

La morphogenèse est le processus de remodelage du zygote, la cellule œuf fécondée, qui permet d’obtenir la forme finale de l’animal. Chez l’embryon, les combinaisons de profils d’expression génique déterminent les axes de symétrie du corps et établissent les coordonnées spatiotemporelles de spécification des cellules. Ces profils affectent aussi l’organisation des composants du cytosquelette pour réguler la morphogenèse des tissus. Tandis qu’un travail important a été réalisé pour comprendre comment les motifs d’expression génique antéro-postérieur (AP) et dorso-ventral (DV) contrôlent indépendamment la morphogenèse, on en sait toujours peu sur l’impact du croisement de ces motifs. Nous utilisons l’embryon de drosophile comme modèle et nous concentrons sur le processus de repliement tissulaire, un processus vital pour l’animal. Des anomalies de repliement peuvent en effet altérer la neurulation chez les vertébrés et la gastrulation chez l’ensemble des animaux organisés en trois feuillets primordiaux. Les études passées ont montré qu’un réseau d’actomyosine, couvrant la surface médiale-apicale des futures cellules mésodermiques, et sous le contrôle du motif d’expression génique DV, joue un rôle clé dans l’invagination du mésoderme. Néanmoins, les preuves expérimentales et théoriques ont plaidé contre la constriction apicale comme seul mécanisme responsable de l’invagination. Dans cette étude, j’ai mis à jour un réseau jonctionnel sous contrôle des profils d’expression génique AP et DV. Ce réseau contractile génère une tension le long de l’axe apico-basal des cellules et dans le plan du tissu, initiant l’intercalation des cellules à 10-15 μm à l’intérieur de l’épithélium mésodermique. Les forces latérales dans les cellules mésodermiques semblent jouer un rôle à la fois dans l’extension du mésoderme et dans l’invagination. Pour conclure, à travers l’implémentation de microscopie à feuillet de lumière 4D, d’ablation infrarouge femtoseconde pour perturber le cytosquelette et d’optogénétique pour contrôler synthétiquement la morphologie tissulaire, ce travail montre sous un jour nouveau l’origine et les fonctions d’un mécanisme inédit responsable de l’élongation et du repliement coordonnés du tissu.

Morphogenesis is the process of reshaping single-cell zygotes to the final form of a developed animal. Embryonic gene patterning systems determine the body axes and lay down the spatiotemporal specification coordinates for cells. Gene patterning systems also affect the organization of cytoskeletal components in order to drive tissue morphogenesis. While much work was done to understand how AP and DV patterning independently control morphogenesis, little is known on how cross-patterning functions. We use the Drosophila embryo as a model system and focus on the process of tissue folding, a process that is vital for the animal since folding defects can impair neurulation in vertebrates and gastrulation in all animals which are organized into the three germ layers. Past work has shown that an actomyosin meshwork spanning the apical-medial side of prospective mesoderm cells and under the control of the embryo DV patterning plays a key role in mesoderm invagination. Nevertheless, both experimental and theoretical pieces of evidence have argued against apical constriction being the sole mechanism driving invagination. In this study, I have uncovered a lateral cell junctional network under the control of both AP and DV patterning. This contractile network generates tension along the apical-basal axis and within the tissue plane, 10-15 μm inside the mesoderm epithelium initiating lateral cell intercalation. Lateral forces in mesoderm cells seem to play a multivalent role in both driving mesoderm extension and invagination. Finally, by implementing 4D multi-view light-sheet imaging, infra-red femtosecond ablation to perturb the cytoskeleton, and optogenetics to synthetically control tissue morphology, this work shines new light on the origin and functions of a novel mechanism responsible for coordinated tissue elongation and folding.