Fondements mécaniques des formes et des arrangements cellulaires lors de la morphogenèse de la rétine de la Drosophile

Mechanical basis of cell shapes and cell arrangements during retinal morphogenesis in Drosophila

• Auteur / Autrice : Pruthvi Chavadimane Shivakumar
• Direction : Pierre-François Lenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Soutenance le 30/11/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Hénon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre Kabla, Katja Röper

Mots clés

Mots clés contrôlés

Molécules d'adhésivité cellulaire

Protéines du cytosquelette

Morphogenèse

Actomyosine

Mots clés libres

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Résumé

Il y a exactement un siècle, D'Arcy Thompson a proposé dans son ouvrage "On Growth and Form" que certains principes mathématiques et physiques généraux régissent la diversité de l'organisation cellulaire et tissulaire. L'un de ces principes est l'existence d'une tension superficielle entre les contacts cellulaires, une grandeur physique qui détermine la forme des cellules. On sait aujourd'hui que la tension mécanique au niveau des contacts cellulaires dépend de deux systèmes biologiques: le cytosquelette, un réseau actif générant des forces contractiles, et les molécules d’adhésion, qui lient les cellules et les maintiennent en contact. Les molécules d'adhésion maintiennent les cellules ensemble, mais couplent également les membranes cellulaires à un réseau d'actomyosine contractile, ce qui limite l'expansion des contacts cellulaires. Le rôle des molécules d'adhésion et de la contractilité de l'actomyosine dans la morphogenèse tissulaire est bien établi, mais leur importance et leur coordination dans l'obtention de formes cellulaires et d'arrangements cellulaires demeurent floues. Pour aborder cette question in vivo, nous utilisons l'œil de drosophile comme système modèle. Nous montrons que les formes de cellules cônes dépendent peu des liaisons d'adhésion, et surtout des forces contractiles. Cependant, la N-cadhérine a un contrôle indirect sur la forme des cellules cônes. Aux contacts homotypiques, la N-cadhérine jonctionelle réduit la contractilité de la myosine-II. Aux contacts hétérotypiques avec l' E-cadhérine, la N-cadhérine non liée induit une accumulation asymétrique de Myosin-II aux jonctions, ce qui conduit à une interface cellulaire très contractile.

Exactly a century ago, D'Arcy Thompson proposed in his work "On Growth and Form" that some general mathematical and physical principles govern the diversity of cellular and tissue organization. One of his stated principles is the existence of a surface tension between cell contacts, a physical quantity that determines the shape of the cells. We know today that the mechanical tension at the cellular contacts depends on two biological systems: the cytoskeleton, an active network generating contractile forces and the adhesive molecules, which bind the cells and keep them in contact. Adhesion molecules hold cells together, but also couple cell membranes to a contractile actomyosin network, which limits the expansion of the cell contacts. The role of adhesion molecules and actomyosin contractility in tissue morphogenesis is well established, but their importance and co-ordination in achieving cell shapes and cell arrangements remain unclear. In order to tackle this question in vivo, we use the Drosophila eye as a model system. We show that cone cell shapes depend little on adhesion bonds and mostly on contractile forces. However, N-cadherin has an indirect control on cone cell shape. At homotypic contacts, junctional N-cadherin bonds downregulate Myosin-II contractility. At heterotypic contacts with E-cadherin, unbound N-cadherin induces an asymmetric accumulation of Myosin-II at junctions, which leads to a highly contractile cell interface. Such differential regulation of contractility by N-cadherins is essential for morphogenesis as loss of N-cadherin disrupts cell rearrangements.