Modulation of intercellular adhesion during epithelial morphogenesis

par Romain Levayer

Thèse de doctorat en Biologie, Spécialité biologie du développement

Sous la direction de Thomas Lecuit.

Le président du jury était Julien Royet.

Le jury était composé de Thomas Lecuit, Julien Royet, Yohanns Bellaïche, Marcos Gonzalez-Gaitan, Christophe Lamaze.

Les rapporteurs étaient Yohanns Bellaïche, Marcos Gonzalez-Gaitan.


  • Résumé

    Les épithéliums jouent le rôle fondamental de barrière physique et chimique chez les Métazoaires. Les jonctions adhérentes, par le biais de la protéine transmembranaire E-cadhérine (E-cad), assurent une grande partie de l’adhésion intercellulaire. Malgré cette robustesse, les épithéliums peuvent subir des remodelages considérables pendant l’embryogenèse ou la cicatrisation. Lors de la gastrulation de l’embryon de Drosophile, l’épithélium ventro-latéral (la bandelette germinale) subit une élongation le long de l’axe antéropostérieur induite par l’intercalation cellulaire. Le remodelage polarisé des jonctions cellulaires est à la base de ce phénomène: les jonctions parallèles à l’axe dorsoventral (DV) rétrécissent et forment de manière irréversible de nouvelles jonctions parallèles à l’axe antéropostérieur (AP). Ce remodelage dépend de l’enrichissement du moteur moléculaire Myosine II (MyoII) dans les jonctions DV, qui induit une anisotropie de tension. Les protéines des jonctions adhérentes (E-cad, β-catenin) sont, elles aussi, polarisées : elles sont enrichies dans les jonctions AP. Néanmoins, nous ne savions pas si cette polarité de l’adhésion avait un rôle dans le remodelage des jonctions, et nous ne connaissions pas les mécanismes contrôlant cette localisation asymétrique. L’un des mécanismes les mieux connus de la modulation de l’adhésion cellulaire est l’endocytose des protéines d’adhésion. A ce titre, je me suis intéressé au rôle de l’endocytose Clathrine dépendante (ECD) pendant l’intercalation cellulaire. J’ai ainsi pu montrer que l’ECD de E-cad est régulée à la hausse dans la bandelette germinale au niveau jonctionnelle, plus particulièrement au niveau des jonctions DV (qui rétrécissent). L’ECD d’E-cad est nécessaire à l’intercalation et à la distribution polarisée d’E-cad. Elle est régulée par l’organisation de l’actine: la formine Diaphanous ainsi que le moteur moléculaire Myosine II accélèrent le recrutement de la machinerie d’endocytose (AP2 et Clathrine) et régulent la polarité de l’ECD dans l’embryon. Elles sont contrôlées par RhoGEF2, qui est enrichie dans les jonctions DV, et induisent l’endocytose par un mécanisme de clustering latéral d’E-cad. Dans la seconde partie de ma thèse, je me suis intéressé au couplage entre E-cad et la dynamique de MyoII. En effet, l’intercalation dépend aussi de flux contractiles de MyoII qui ont lieu préférentiellement en direction des jonctions DV. J’ai ainsi pu montrer que la direction des flux est induite par les anisotropies de forces d’ancrage de MyoII. Les faibles niveaux d’E-cad et le fort taux d’endocytose dans les jonctions DV augmentent la probabilité de générer une anisotropie d’ancrage et induisent davantage de flux de MyoII vers les jonctions DV. Ce projet met en lumière le rôle fondamental du couplage entre E-cad et MyoII dans la régulation de la morphogenèse.


  • Résumé

    Epithelia build up strong mechanical and chemichal barriers in Metazoans. Adherens junctions, through the adhesion provided by the transmembrane protein E-cadherin (E-cad), are essential for the mechanical integrity of the tissue. Yet, epithelia can be dramatically remodeled during embryogenesis or wound healing. During gastrulation of Drosophila embryo, the ventrolateral epithelium (the germ band) undergoes a massive elongation along the anteroposterior (AP) axis, driven by cell-cell intercalation. This is based on the polarized remodeling of intercellular junctions whereby junctions parallel to the dorsoventral axis (DV) shrink and form new junctions along AP axis. This remodeling is mediated by the planar polarized enrichment of Myosin II (MyoII) in DV junctions, which generates high tension. Adhesion proteins are also planar polarized, E-cad is enriched in AP junctions, but we did not know if this polarity contributed to cell-cell intercalation and the mechanism driving this polarity. As such, I have studied the role of Clathrin mediated endocytosis (CME) during germ band extension. I have shown that E-cad CME is specifically upregulated at the junction plane in the germ band, and planar polarized (enriched in DV shrinking junctions). It is required for cell-cell intercalation and the planar polarized distribution of E-cad. E-cad CME is regulated by the concerted action of the Formin Diaphanous and Myosin-II, which accelerates CME through the lateral clustering of E-cad. They are controlled by RhoGEF2, which is also enriched in DV junctions. In the second part of my PhD, I have studied the coupling between E-cad and MyoII dynamics. Indeed, planar polarized contractile flows of MyoII are required for DV junction shrinkage, but we did not know the mechanism driving the polarity of these flows. I have shown that the transient anisotropy of anchoring forces between two facing junctions triggers flow. As such, the low steady state amount of E-cad and the high rate of CME in DV junctions trigger more anisotropy and polarize the flow. These results outline the strong crossregulation between E-cad and MyoII and their concerted action in morphogenesis.


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