Analyse morphométrique des progéniteurs cardiaques épithéliaux

Morphometric analysis of a cardiac progenitor cell epithelium

• Auteur / Autrice : Clara Guijarro calvo
• Direction : Robert Kelly
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Biologie du Développement
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IBDM - Institut de Biologie du Développement de Marseille
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : IBDM - Contrôle génétique du développement du cœur
• Jury : Président / Présidente : Sigolène Meilhac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adrien Hallou, Adèle Faucherre, Shankar Srinivas, Paul Villoutreix, Robert Kelly
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Adrien Hallou, Adèle Faucherre

Mots clés

Mots clés libres

Maladies congénital du coeur

Polarité epitheliale

Morphogénèse du coeur

Analyse quantitative

Morphométrie

Gènes T-box

Heart Morphogenesis

Epithelial polarity

Congenital Heart Diseases

Quantitative analysis

Morphometrics

T-box genes

Résumé

Au cours du développement, les cellules adoptent diverses stratégies pour sculpter les tissus épithéliaux en formes 3D caractéristiques avec des régions moléculairement et mécaniquement distinctes. Le tube cardiaque des vertébrés en est un bon exemple, car il s'étend par ajout progressif de cellules progénitrices du deuxième champ cardiaque (SHF) à partir d'une feuille épithéliale dans la paroi péricardique dorsale. Contribuant initialement à l'ensemble du primordium cardiaque à travers le mésocarde dorsal, l'ajout de cellules SHF est limité aux pôles cardiaques après une rupture du mésocarde dorsal. La perturbation du déploiement du SHF entraîne un spectre de malformations cardiaques congénitales (CHD). Le facteur de transcription T-box codant pour les gènes Tbx1 et Tbx5, impliqués dans les syndromes génétiques associés aux maladies coronariennes, régule le développement des pôles artériels et veineux et l'émergence d'une frontière lorsque les cellules progénitrices se séparent en pôles cardiaques alternés. Bien qu'il ait été suggéré que la mécanique épithéliale joue un rôle dans l'élongation du cœur primitif, les mécanismes cellulaires contrôlant le déploiement des cellules progénitrices sont inconnus. Nous présentons ici une analyse morphométrique quantitative des propriétés épithéliales des cellules SHF dans toute la paroi péricardique dorsale murine aux jours embryonnaires 8,5 et 9,5. Les modèles de stress et de tension épithéliales dans le SHF sont intégrés dans notre ensemble de données à l'aide d'une analyse d'images par inférence de force et documentent la relation dynamique entre la forme des cellules et les forces mécaniques dans les embryons de type sauvage avant et après la rupture du mésocarde dorsal. Nous montrons que l'allongement et la tension cellulaires sont les principaux paramètres définissant la morphologie des cellules SHF et identifions les propriétés distinctives des cellules progénitrices adjacentes aux pôles artériels et veineux. De plus, l'analyse morphométrique d'embryons mutants révèle que les modèles d'orientation cellulaire et de stress épithélial dans la paroi péricardique dorsale sont régulés différemment par Tbx1 et Tbx5. En intégrant les résultats de la structuration des caractéristiques à l'échelle cellulaire, du stress mécanique des tissus et de la biologie cellulaire, notre projet fournit de nouvelles informations sur la morphogenèse cardiaque et les origines des maladies coronariennes.

During development, cells adopt diverse strategies to sculpt epithelial tissues into characteristic 3D shapes with molecularly and mechanically distinct regions. The vertebrate heart tube is a good example, as it extends by progressive addition of second heart field (SHF) progenitor cells from an epithelial sheet in the dorsal pericardial wall. Initially contributing to the entire cardiac primordium across the dorsal mesocardium, SHF cell addition is restricted to the cardiac poles after dorsal mesocardial breakdown. Perturbation of SHF deployment results in a spectrum of congenital heart defects (CHD). The T-box transcription factor encoding genes Tbx1 and Tbx5, implicated in genetic syndromes associated with CHD, regulate arterial and venous pole development and the emergence of a boundary as progenitor cells segregate to alternate cardiac poles. While epithelial mechanics has been suggested to play a role in the elongation of the primitive heart, the cellular mechanisms controlling progenitor cells deployment are unknown. Here, we present quantitative morphometric analysis of epithelial properties of SHF cells throughout the murine dorsal pericardial wall at embryonic days 8.5 and 9.5. Patterns of epithelial stress and tension in the SHF are integrated in our dataset using force inference image analysis and document the dynamic relationship between cell shape and mechanical forces in wild-type embryos before and after dorsal mesocardium breakdown. We show that cell elongation and tension are the main parameters defining SHF cell morphology and identify distinguishing properties of progenitor cells adjacent to the arterial and venous poles. Moreover, morphometric analysis of mutant embryos reveals that patterns of cell orientation and epithelial stress in the dorsal pericardial wall are differentially regulated by Tbx1 and Tbx5. By integrating findings from cell-scale feature patterning, mechanical tissue stress and cell biology our project provides new insights into cardiac morphogenesis and the origins of CHD.