Intercellular coupling and mechanical feedback during tissue morphogenesis

par Anaïs Bailles

Thèse de doctorat en Biologie du developpement

Sous la direction de Thomas Lecuit.

Le président du jury était Sylvie Hénon.

Le jury était composé de Carl-Philipp Heisenberg, Pierre-François Lenne.

Les rapporteurs étaient Jérôme Solon, Jérôme Gros.

  • Titre traduit

    Couplages intercellulaires et rétrocontrôles mécaniques au cours de la morphogenèse


  • Résumé

    Un des mécanismes principaux de la morphogenèse des organismes est la contraction des réseaux d’actine sous l’effet du moteur moléculaire Myosine II. L’invagination de l’endoderme postérieur de Drosophila est causée par la contraction apicale des cellules par MyoII, mais la cause de sa déformation polarisée est inconnue. Nous avons découvert une vague de Rho1, MyoII et de déformation qui se propage à l’échelle du tissu et sous-tend la déformation de l’endoderme. MyoII est d’abord activée dans le primordium de l’endoderme par un ligand de GPCR, Fog. L’activation apicale de MyoII se propage ensuite à travers l’épithélium dorsal à 2.2 ± 0.2 µm/min. La dynamique de la vague n’est définie ni par les niveaux de Fog ni par leur motif d’expression. A la place, l’activité de MyoII est nécessaire pour l’activation intracellulaire de Rho1 et sa propagation à travers le tissu, indiquant une boucle de rétroaction. Des simulations d’un matériau viscoélastique contractile montrent qu’une boucle de rétroaction basée sur la tension peut générer une vague. Des perturbations de l’environnement mécanique du tissu avec des moyens génétiques ou mécaniques résultent en une augmentation de l’activité de MyoII et une diminution de la vitesse de la vague. Les déformations ou les forces du tissu procurent donc un rétrocontrôle sur l’activation de Rho1/MyoII lors de la vague, contrôlant sa dynamique. A l’échelle cellulaire, la vague de déformation implique la compression basale des cellules et l’étalement et l’adhésion du cortex apical sur la membrane vitelline, suivi d’un détachement. Ainsi la morphogenèse observée émerge de la propagation stimulée mécaniquement d’une vague de déformation 3D.


  • Résumé

    One of the main mechanisms of organism morphogenesis is the contraction of actin filament networks powered by non-muscle Myosin II motor proteins (MyoII). Drosophila presumptive posterior endoderm invagination is caused by MyoII-dependent apical constriction, but the cause of its polarized deformation is unknown. We unravelled a tissue scale wave of high Rho1 and MyoII activation and deformation which underlies the polarized deformation of the endoderm. MyoII is first activated medio-apically in cells within the endoderm primordium by the GPCR ligand Fog. Subsequently, apical MyoII activation propagates across the dorsal epithelium at a constant speed of 2.2 ± 0.2 µm/min. MyoII wave dynamics are set neither by Fog levels nor expression pattern. Instead, both intracellular Rho1 activation and its propagation across the tissue require sustained MyoII activity, indicating a positive feedback from contractility into Rho1 activity. Through simulations of a contractile viscoelastic material we found that a stress-based feedback loop could generate a wave. Perturbations of the tissue mechanical environment with both genetic and physical means result in an increase in MyoII activity and a strong reduction of the wave speed. Tissue deformation or stress thus provides a feedback onto Rho1/MyoII activity during the wave, controlling its dynamics. At the cell scale, the deformation wave involves cells basal compression and apical cortex spreading and adhering onto the vitelline membrane, followed by de-adhesion, that correlates with MyoII activation and propagation within cells. Thus the observed morphogenesis emerges from a mechanically driven wave of 3D deformation.

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