Quantitative control of GPCR organization and signaling by endocytosis in epithelial morphogenesis

par Ankita Jha

Thèse de doctorat en Biologie du developpement

Sous la direction de Thomas Lecuit.

Le président du jury était Julien Royet.

Le jury était composé de Jérôme Gros.

Les rapporteurs étaient Stéphane Noselli, Roland Le Borgne.

  • Titre traduit

    Contrôle quantitatif de l'organisation des GPcrs et de leur signalisation par endocytose pendant la morphogenèse epithéliale


  • Résumé

    Au cours de la gastrulation de l’embryon de Drosophile, l’activation apicale du cytosquelette d’acto-myosine orchestre la constriction apicale dans le mésoderme en invagination ainsi que l’intercalation cellulaire dans l’ectoderme en extension. Un contrôle quantitatif de l’activité des GPCRs et, par conséquent, de l’activation de Rho1 est à l’origine des différences de déformation des cellules du mésoderme et de l’ectoderme mais ces mécanismes demeurent incompris. L’activité du GPCR Smog se concentre respectivement en deux compartiments distincts à la surface de la membrane plasmique (PM) et dans ses invaginations (PMI). Au moyen de la FCS, nous avons étudié la surface de la PM et pu montrer que Smog oligomérise en homo-clusters en réponse à son activation par le ligand Fog. L’endocytose de Smog est facilitée par la kinase Gprk2 et sa protéine adaptatrice la β-Arrestine-2 qui retire Smog actif de la PM. Lorsque que la concentration de Fog est élevée ou que l’endocytose est réduite, Smog s’organise en homo-clusters et s’accumule au niveau des PMI qui agissent comme des centres d’activation de Rho1. Une concentration plus importante d’homo-clusters de Smog et un nombre plus important PMI dans le mésoderme par comparaison avec l’ectoderme. Répartition dynamique de Smog actif à la surface de la PM ou dans ses invaginations impacte directement sur la signalisation Rho1. Les PMI accumulent de hauts niveaux de Rho1-GTP suggérant qu’elles forment des centres de signalisation. La concentration de Fog et l’endocytose de Smog sont des processus régulateurs couplés qui contrôlent la différence quantitative d’activation de Rho1 dans le mésoderme et l’ectoderme de la Drosophile.


  • Résumé

    During Drosophila gastrulation, apical activation of the actomyosin networks drives apical constriction in the invaginating mesoderm and cell-cell intercalation in the extending ectoderm. Here, we show that cell-surface G-protein coupled receptor, Smog activates G-proteins, Rho1 and Rho-kinase that is required for apical constriction and cell-cell intercalation. Quantitative control over GPCR activity and thereby Rho1 activation underlies differences in deformation of the mesoderm and ectoderm cells but the mechanisms remain elusive. We show that GPCR-Smog activity is concentrated on two different apical plasma membrane compartments i.e. the surface and the plasma membrane invaginations. Using FCS, we probe the surface of the plasma membrane (PM) and show that Smog homo-clusters in response to its activating ligand Fog. Endocytosis of Smog is facilitated by the kinase Gprk2 and the adaptor protein β-Arrestin-2 that clears active Smog from the surface of PM. When Fog concentration is high or endocytosis is low, Smog arranges in homo-clusters and accumulates in plasma membrane invaginations (PMI), that are hubs for Rho1 activation. Lastly, we find high Smog homo-cluster concentrations and numerous apical PMIs in the mesoderm compared to the ectoderm. We identify that dynamic partitioning of active Smog on the surface of the PM or PMI directly impact on Rho1 signaling. PMIs accumulate high Rho1-GTP suggesting they form signaling centers. Fog concentration and Smog endocytosis form coupled regulatory processes that regulate quantitative differential Rho1/MyoII activation in the Drosophila mesoderm and ectoderm.


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