Rôle de la RhoGEF Plekhg5 dans la migration du mésoderme pendant la gastrulation chez le Xénope lisse & Protocole expérimental de déformation tissulaire contrôlée par microfluidique pour l'étude des intercalations cellulaires.

Role of the RhoGEF Plekhg5 in mesoderm migration during gastrulation in Xenopus laevis & Microfluidic deformation assay to couple cell intercalations imaging with controlled tissue deformation

• Auteur / Autrice : Guillaume Desgarceaux
• Direction : François Fagotto
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 13/03/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CRBM - Centre de Recherche en Biologie cellulaire de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Bénédicte Delaval
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Umbhauer, Nicolas David, Francois Fagotto
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Muriel Umbhauer, Nicolas David

Mots clés

Mots clés libres

Gastrulation

RhoGTPases

Migration cellulaire

Intercalations cellulaires

Cytosquelette d'actine

Microfluidique

Gastrulation

RhoGTPases

Cell migration

Cell intercalation

Actin cytoskeletton

Microfluidics

Résumé

L’embryogénèse regroupe un large éventail de changements morphologiques, et leur complétion est nécessaire au développement correct d’un embryon jusqu’à l’âge adulte. De la fécondation à la neurulation, la gastrulation apparaît comme l’une des étapes morphogénétiques les plus appropriées pour étudier la migration cellulaire et l’adhésion. En effet, la gastrulation implique des réarrangements tissulaires majeurs et organisés, qui conduisent in fine à l’organisation de l’embryon en trois feuillets embryonnaires. Les réarrangements tissulaires impliquent généralement une régulation précise de la migration et de l’adhésion cellulaire, et des différences concernant cette régulation donne lieu à des propriétés de réarrangements cellulaire et migratoires différentes. Ces processus étant sous l’influence de l’organisation du cytosquelette d’actine, sa régulation est au cœur de la compréhension des mouvements régissant la gastrulation. Dans les cellules eucaryotes, l’organisation du cytosquelette d’actine est contrôlée par des protéines appartenant à la famille des RhoGTPases. La première partie de cette thèse vise à comprendre le rôle de Plekhg5 sur la gastrulation. Plekhg5 est un régulateur positif de la voie RhoA (un membre de la famille des RhoGTPases) qui est relativement enrichi dans le mésoderme juste avant son involution. Nous avons démontré que l’expression de Plekhg5 dans le mésoderme était en effet nécessaire pour son involution, et sa déplétion a perturbé à la fois les propriétés adhésives et migratoires des cellules mésodermiques. Nous avons identifié Plekhg5 comme étant transitoirement recruté au niveau du cortex cellulaire, et ces recrutements étaient corrélés à une augmentation accrue de l’activité des myosines. Cependant, nous n’avons pas identifié Plekhg5 comme étant impliqué dans la régulation globale de la tension corticale, mais plutôt comme étant localement responsable d’une augmentation de cette tension. L’étude des intercalations cellulaires dans le mésoderme nécessitant des outils plus appropriés que ceux dont j’avais à disposition, j’ai développé en parallèle de la première partie de ma thèse un système microfluidique permettant d’étirer les matériaux biologiques tout en visualisant les intercalations par microscopie à champ plein ou confocale. Ces déformations ont permis de mesurer les paramètres rhéologiques des tissus tout en provoquant un certain nombre d’intercalations cellulaires dont j’ai analysé la dynamique. En comparant ces dynamiques à des résultats venant d’autres modèles cellulaires notamment épithéliaux, j’ai pu observer que les vitesses de désassemblages et réassemblages des contacts lors des intercalations dans le mésoderme étaient plus rapides que dans les tissus épithéliaux. Ces différences soulignent les propriétés phénotypiques différentes des tissus mésenchymateux, dont la principale caractéristique est de faciliter la migration collective tout en maintenant une certaine cohésion tissulaire. Globalement, cette thèse a permis de mieux comprendre le rôle de la migration, l’adhésion et des intercalations cellulaires impliquées dans l’involution du mésoderme, en participant à la caractérisation de leur régulation moléculaire et en décrivant leurs dynamiques.

Embryogenesis regroups a wide range of morphological changes, and their completion are necessary for correct development and the reaching of adulthood. From fecundation to neurulation, gastrulation appears as one of the most suited morphogenetic step to study cell migration and adhesion. Indeed, gastrulation involves major and organized tissular rearrangements, which in fine lead to the organization of the embryo in three germ layers. Tissular rearrangements usually involve precise tuning of cell migration and cell adhesion properties, resulting in different cell intercalation and migration phenotypes. These processes are mainly driven by the actin cytoskeleton organization, and its differential regulation is at the core of the understanding of gastrulation movements. In eukaryote cells, cytoskeleton organization is controlled by the family of the RhoGTPases. The first part of this thesis aimed to understand the role of Plekhg5 in gastrulation. Plekhg5 was previously identified as a positive regulator of RhoA (a member of the RhoGTPase family) and was found enriched in mesoderm right before its involution. We demonstrated that Plekhg5 was indeed critical for mesoderm involution, and its depletion in mesoderm cells perturbed both migration and adhesive properties. We identified Plekhg5 as being transiently recruited at the cell cortex. These recruitments led to increased levels of myosin light chain enrichment. However, Plekhg5 recruitment did not lead to large-scale cortical tension changes but is rather thought to locally increase cortical tension. As I needed more efficient tools to precisely study the role of Plekhg5 in cell intercalations, I developed in parallel of the first half of my thesis a microfluidic-based deformation assay. I deformed mesoderm aggregates by applying negative pressures and imaged internal reorganization of the aggregates. I measured both rheological values and dynamics of cell intercalation of aggregates and compared them to previous data on epithelial-like aggregates. I was able to identify faster contact disassembly and reassembly in mesoderm cell intercalations than in epithelial tissues, a characteristic that is critical to maintain the cohesiveness and migration properties of mesoderm during involution. Overall, this thesis gave the opportunity to better understand the role of cell migration, adhesion and intercalations during mesoderm involution, by understanding their molecular regulation and describing their dynamic rates.