Mise en place de l'identité des muscles au cours de la spécification des myoblastes chez la drosophile

par Hadi Boukhatmi

Thèse de doctorat en Biologie moléculaire, cellulaire et du développement

Sous la direction de Laurence Dubois et de Alain Vincent.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La formation des muscles squelettiques au cours de l'embryogenèse de la drosophile est un modèle d'étude du contrôle génétique de la différentiation cellulaire. La formation de chaque muscle comprend quatre étapes successives: spécification d'un groupe promusculaire, sélection d'un progéniteur (PC) à partir de ce groupe, division asymétrique de ce progéniteur pour donner des cellules fondatrices de muscles (FC) ; fusion de chaque FC avec des myoblastes compétents (FCM), suivie de la différenciation musculaire. Chaque muscle squelettique est composé d'une fibre. Chaque muscle présente des propriétés spécifiques de taille, forme, position, attachement, et patron d'innervation. Ces propriétés sont groupées sous le terme d'identité musculaire. Cette identité est conférée par l'expression dans chaque PC/FC d'une combinatoire de Facteurs de Transcription identitaires (FTi). Notre laboratoire étudie ce processus, en utilisant comme point d'entrée l'expression et les rôles du FTi Collier (Col) au cours du développement d'un muscle dorso-latéral, le muscle DA3 (Dorsal Acute 3). Au cours de la première partie de ma thèse, j'ai étudié la régulation transcriptionnelle de col durant les phases de spécification des groupes promusculaires et de sélection du PC à l'origine du muscle DA3. Partant de prédictions bioinformatiques j'ai caractérisé le module cis régulateur (CRM) de col actif durant ces phases (CRM précoce). Un CRM " tardif ", actif du stade progéniteur à la complétion de la formation du muscle DA3, avait été préalablement caractérisé dans l'équipe. Afin de déterminer plus précisément les fenêtres temporelles d'activité des deux CRM mésodermiques de col, j'ai mis au point un nouveau gène rapporteur comportant un intron permettant de détecter les transcrits primaires. Ceci m'a permis de montrer que les CRM précoce et tardif reproduisent ensemble l'expression endogène de col. La caractérisation du CRM précoce de col m'a aussi permis de suivre le destin des FCM du groupe promusculaire Col dans les embryons tardifs et de montrer que ces FCM contribuent uniquement à des muscles dorsaux-latéraux. Au cours de la deuxième partie de ma thèse, j'ai caractérisé le rôle, inconnu jusqu'alors, du FT à domaine LIM-Homeodomaine Tailup (Tup)/Islet1 dans la myogenèse. J'ai d'abord montré que Tup est spécifiquement exprimé dans les 4 muscles les plus dorsaux. L'analyse de mutants m'a permis de montrer qu'en absence de Tup, le muscle dorsal DA2 exprime Col et est transformé en muscle dorso-latéral de type DA3. J'ai ensuite montré que le PC du DA2 est à l'origine de la FC DA2 et d'un précurseur musculaire adulte (AMP). Ce PC est sélectionné à partir du groupe promusculaire Col quand les cellules de ce groupe expriment encore le FT à homéodomaine Tinman/NKx2. 5. Tin active tup dans le PC DA2. Tup, en retour, réprime col et cette répression permet de distinguer les identités musculaires DA2 et DA3. En conclusion, mes travaux de thèse m'ont permis de proposer un nouveau modèle permettant de relier le processus de spécification des progéniteurs au contrôle temporel et spatial de l'expression des FTi. Une vision dynamique de ce processus de spécification permet de mieux comprendre le programme identitaire propre à chaque muscle. L'analyse des interactions entre Tin, Tup, et Col au cours de la formation des muscles dorsaux révèle de nouveaux parallèles avec les interactions entre Nkx2. 5, Islet, EBF au cours de la formation des muscles pharyngaux chez les chordés.

  • Titre traduit

    Establishing the muscle identity program during myoblast speification in drosophila


  • Résumé

    The somatic musculature of the Drosophila embryo is a classical model to study the regulatory processes that generate cellular diversity. Muscle formation is a multistep process: the first step is the specification, within the mesoderm, of a group of competent cells, called promuscular cluster. The second step is the selection of a progenitor cell (PC) from this cluster. Asymmetric division of each PC then generates muscle founder cells (FC). Finally, each FC undergoes a fusion process with fusion competent myoblasts (FCM) to generate a muscle fiber. Each muscle is formed of a single multinucleate fiber. Each Drosophila muscle has a specific identity, as it can be distinguished by its position, shape, orientation, attachment, and innervation pattern. Muscle identity reflects the expression by each PC/FC of a specific combination of identity Transcription Factors (iTF). In the laboratory, we study the control of muscle identity, using as entry point, the expression and requirement of the iTF Collier (Col) during development of a dorso-lateral (DA3) muscle. I started my PhD by characterizing col transcriptional regulation during early steps of DA3 muscle formation. Starting from computational predictions, I identified an early col cis regulatory module (Early CRM) responsible for col activation in a promuscular cluster. A late col CRM, active from the PC stage, had previously been characterized in the laboratory. To determine with more precision the temporal windows of activity of each of these CRM, I designed a novel intron-containing reporter gene in order to detect primary transcripts. This allowed me to show that the late and the early CRMs together reproduce precisely the endogenous col expression pattern. Characterization of the early mesodermal col CRM also allowed to do lineage experiments and determine the fate of FCMs that transiently express Col at the promuscular stage. I found that these myoblasts contribute mostly to dorso-lateral muscles. During the second part of my thesis, I described a new role of the LIM-homeodomain TF Tailup/Islet1 (Tup) in specifying dorsal muscles. I first showed that Tup is specifically expressed in the four dorsal muscles. In tup null mutants, on one hand, the dorsal musculature is severely disorganized and, on the other hand, the dorsal DA2 muscle ectopically expresses Col and is transformed into a dorso-lateral DA3-like muscle. I showed that the DA2 PC is singled out from the Col promuscular cluster when cells of this cluster still express (transitorily) the homeodomain TF Tinman/Nkx2. 5 (Tin). The DA2 PC gives rise to the DA2 FC and a (dorso-lateral) adult muscle precursor (AMP). Tup activation by Tin in the DA2 PC is required to repress col and establish a DA2 instead of DA3 identity. In conclusion, my work allowed to propose a model which connects a temporal sequence of transcriptional regulation of iTFs to the specification of muscle PC identity and final muscle pattern. It provides a novel, dynamic view of how muscle identity is specified. These findings also provide novel parallels with the specification of pharyngeal muscles in vertebrates.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-189

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0174
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.