Contrôle spatio-temporel de la diversité musculaire dans la patte de Drosophile

Spatio-temporal control of muscle diversity in Drosophila leg

• Auteur / Autrice : Camille Guillermin
• Direction : Jonathan Enriquez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon (Lyon ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Florence Ruggiero
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jonathan Enriquez, Florence Ruggiero, Cédric Soler, Hadi Boukhatmi, Alice Davy, Fabien Le Grand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Soler, Hadi Boukhatmi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie du développement

Morphogenèse

Analyse en cellule unique

Muscles

Drosophila melanogaster

Mots clés libres

Drosophila melanogaster

Développement

Séquençage à la cellule unique

Muscles

Morphogenèse

Drosophila melanogaster

Development

Single-cell sequencing

Muscles

Morphogenesis

Résumé

La locomotion se traduit par un ensemble de mouvements indispensables pour la survie de l’espèce. La précision de ces mouvements est intrinsèquement liée à la morphologie unique des muscles. Drosophila melanogaster se distingue comme un organisme modèle remarquable pour disséquer les complexités du développement des morphologies musculaires en offrant une analogie structurale et développementale aux membres supérieurs et inférieurs des vertébrés. Alors que le programme moléculaire général, orchestrant le développement musculaire est bien élucidé, le mystère demeure quant au programme spécifique qui gouverne la diversité de ces morphologies. C'est autour de cette problématique que s'articule ma thèse : existe-t-il, en parallèle du programme général de la myogenèse, un programme spécifique qui dicte la mise en place de la morphologie unique de chaque muscle ? Au cours de ma thèse, j'ai réalisé une découverte majeure concernant le programme génétique sous-tendant la diversité morphologique des muscles. J'ai utilisé diverses approches, combinant génétique, microscopie confocale, et séquençage de cellules uniques. Mes résultats ont révélé que les myoblastes possèdent initialement un état naïf lorsqu'ils rejoignent les cellules épithéliales au sein de la patte immature (disque imaginal). Au début du développement, ils se spécifient en deux sous-populations : l'une, localisée au centre du disque, à l’origine des muscles distaux, tandis que l'autre, en périphérie, donnera les muscles proximaux. Ultérieurement, les myoblastes voués à former le même muscle se spécialisent et se regroupent spatialement dans la région préfigurant la position finale du muscle. Les analyses transcriptomiques à différents stades ont révélé des gènes candidats semblant jouer un rôle clé dans ce processus de spécification. J’ai pu assigner des codes de facteurs de transcriptions spécifiques aux différentes populations de myoblastes évoluant au cours du temps et commencé à analyser leur rôle fonctionnel dans la formation du système musculaire. Ce projet mènera à de nouveaux concepts biologiques qui accroîtront nos connaissances fondamentales sur la biologie du développement.

Locomotion is a fundamental behavior in animals, crucial for finding food, mates, and avoiding predators. In appendages, precise movement relies on the unique muscle morphologies. Drosophila melanogaster stands as a remarkable model organism for untangling the complexities of muscle morphologies development. It offers a structural and developmental analogous model to vertebrates upper and lower limbs. The general molecular program of muscle development is well characterized in flies and vertebrates, but the specific program controlling muscle morphology diversity in appendages remains unknown. My thesis is organized around one problematic: Is there, in parallel with the general myogenesis program, a specific muscle program that governs unique muscle morphologies? During my thesis, I made a significant discovery regarding the genetic program that governs the morphology diversity of adult muscles. I used multiple approaches integrating genetics, confocal microscopy, single-cell sequencing, image post-processing and bioinformatic. My research findings reveal that myoblasts initially possess a naive state upon joining the epithelial cells of the leg disc (immature leg). During early stages, myoblasts are specified into two subpopulations. One population, located in the center of the disc, will give rise to distal muscles, while the other one, at the periphery, will generate proximal muscles. Then at later stages, myoblasts giving rise to the same muscle are specified and spatially cluster together in the region prefiguring the position of the muscle they will form. The analysis of the single cell sequencing perform at different stages highlights the potential genes controlling this specification. I was able to assign specific transcription factor codes, evolving over time, to the different myoblasts’ populations, and begin to analyze their functional role in shaping muscle architecture. This project has the potential to contribute novel knowledge and understanding of the intricate cellular and molecular mechanisms controlling muscle diversity.