Analyse bioinformatique et fonctionnelle de la diversification des cellules musculaires chez Drosophila melanogaster

Bioinformatic and functional analyses of muscle cell diversification in Drosophila melanogaster

• Auteur / Autrice : Preethi Poovathumkadavil
• Direction : Krzysztof Jagla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 23/04/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, Reproduction et Développement (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Athanassia Sotiropoulos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Dubois, Maria-Eugenia Gallego
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michael V. Taylor, Maria Spletter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myogénèse

Drosophila melanogaster

Mots clés libres

Facteurs de transcription d’identité musculaire (iTFs)

Acquisition d’identité musculaire

Sequence-specific single-stranded DNA-binding protein (Ssdp)

Wingless (Wg)

DTCF

Muscle identity transcription factors (iTFs)

Muscle identity acquisition

Sequence-specific single-stranded DNA-binding protein (Ssdp)

Wingless (Wg)

DTCF

Résumé

Les muscles squelettiques chez les vertébrés sont les effecteurs principaux de la locomotion volontaire. Les processus et gènes impliqués dans la myogenèse humaine sont d'un immense intérêt afin de mieux comprendre les dérégulations induites par des troubles musculaires et neuromusculaires et de trouver des cibles thérapeutiques. Les muscles de la paroi ou les muscles somatiques de la mouche, Drosophila melanogaster, sont similaires aux muscles squelettiques chez les vertébrés. Tout comme les muscles squelettiques des vertébrés, chaque muscle somatique embryonnaire de la drosophile possède une identité spécifique qui la distingue de ses voisins. Chez la drosophile, certains facteurs de transcription de l'identité musculaire (iTF) ont été identifiés, mais d'autres restent inconnues. Afin d’identifier les gènes de la diversification musculaire, nous avons généré les données de transcriptomique par TRAP dans deux sous-ensembles musculaires exprimant les iTFs Lms et Slou. Nous avons également extrait l'ARN musculaire global Duf+ ainsi que les ARNm embryonnaire global sur trois fenêtres temporelles de développement.Mes analyses de ces données ont aidé à identifier le gène conservé, Sequence-specific single-stranded DNA-binding protein (Ssdp), comme déterminant de l'identité musculaire finale. Son homologue vertébré, Single stranded DNA-binding protein 3 (SSBP3) est sous-exprimé et mal épissée dans les dystrophies myotoniques humaines, mais son rôle dans la myogenèse n'a pas été étudié. Mes analyses révèlent pour la première fois un rôle de Ssdp dans la myogenèse embryonnaire. Une expression temporelle et isoforme-spécifique a été identifiée. J’ai pu montrer qu’en absence de Ssdp zygotique le programme initial d'identité musculaire se déroule normalement pour la plupart. Pourtant les muscles ne parviennent pas à acquérir leur identité finale à cause de la dérégulation des processus d'identité tels que la morphologie musculaire spécifique, l'innervation et l'attachement. Une interaction génétique potentielle entre les iTFs des muscles LT, Ap (un orthologue de Lhx2) et Mid (un orthologue de Tbx20) ainsi qu'entre Ap et le partenaire Ssdp conservé, Chi (un orthologue de LDB1) a été dévoilée. Une analyse comparative a révélé qu’un sous-ensemble de phénotypes des mutants Ssdp chevauchent les phénotypes observés dans le contexte de la perte de Wg ou de dTCF, un effecteur de la voie canonique Wnt, suggérant des interactions spécifiques entre ces facteurs.De plus, mon analyse in silico a identifié d'autres candidats potentiels impliqués dans l'identité musculaire tels que les TFs D, Sox14 et Sox21b dans les muscles LT et Stat92E dans les muscles Slou+, qui sont potentiellement régulés par Nf-YB. Un enrichissement spécifique des motifs riches en CT dans les muscles LT et des motifs GATA dans les muscles Slou+ a également été identifié. Manuscrit d’article : ‘Ssdp influences Wg expression and embryonic somatic muscle identity in Drosophila melanogaster’, Preethi Poovathumkadavil, Benjamin Bertin, Jean-Philippe Da Pont and Krzysztof Jagla.

The voluntary skeletal muscles in vertebrates are the main effectors of locomotion. Processes and genes implicated in human myogenesis are of immense interest to better understand the deregulations caused in muscular and neuromuscular disorders and to find therapeutic targets. The body wall or somatic muscles of the fruit fly, Drosophila melanogaster, are similar to vertebrate skeletal muscles. Just as is the case for vertebrate skeletal muscles, each Drosophila embryonic somatic muscle possesses its specific identity that clearly distinguishes from its immediate neighbors. In Drosophila some muscle identity transcription factors (iTFs) have been identified, but others remain elusive. In order to dissect the genes that enable the diversification of committed muscle cells to attain their final identity, we generated transcriptomics data for mRNA under translation in two muscle subsets expressing the iTFs Lms and Slou and the Duf+ global muscle RNA by TRAP as well as global embryonic mRNA over three time windows of development. My analyses of this data helped identify the evolutionarily conserved gene, Sequence-specific single-stranded DNA-binding protein (Ssdp) as a determinant of final muscle identity. Its vertebrate homologue Single stranded DNA binding protein 3 (SSBP3) is downregulated and mis-spliced in human myotonic dystrophies, but its role in myogenesis has not been studied. This study reveals a role for Ssdp in embryonic myogenesis for the first time. A temporally regulated, isoform-specific expression was identified. Further analyses showed that the initial muscle identity program proceeds normally for the most part in the absence of zygotic Ssdp, but muscles fail to establish their final identity due to the deregulation of identity processes such as specific muscle morphology, innervation and attachment. A potential genetic interaction between the LT iTFs Ap (a Lhx2 orthologue) and Mid (a Tbx20 orthologue) as well as Ap and the conserved Ssdp partner Chi (an LDB1 orthologue) was unveiled. A comparative analysis revealed that subsets of Ssdp phenotypes overlap phenotypes observed in the context of loss of Wg or dTCF, an effector of the canonical Wnt pathway suggesting specific interactions between these factors. In addition, my in silico analysis identified other potential candidates implicated in muscle identity such as the TFs D, Sox14 and Sox21b for LT muscles and Stat92E for Slou+ muscles with Nf-YB acting as a potential upstream regulator. A muscle subset specific enrichment of CT-rich motifs in the LT subset and GATA motifs in the Slou subset was also identified. Article manuscript: ‘Ssdp influences Wg expression and embryonic somatic muscle identity in Drosophila melanogaster’, Preethi Poovathumkadavil, Benjamin Bertin, Jean-Philippe Da Pont and Krzysztof Jagla.