Regulation of a bio-mechanical network driving shape changes during tissue morphogenesis

by Akankshi Munjal

Doctoral thesis in Biologie du developpement

Under the supervision of Thomas Lecuit.

defended on 22-09-2015

in Aix-Marseille , under the authority of Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) .

Thesis committee President: Julien Royet.

Thesis committee members: Carl-Philipp Heisenberg.

Examiners: Stefan Grill, Maria Leptin.


  • Abstract

    Forces required to power shape changes during tissue morphogenesis are generated by non-muscle MyosinII (MyoII) pulling filamentous actin. During my PhD, I investigated the role of MyoII regulation through the conserved Rho1-Rok pathway during Drosophila germband extension. The morphogenetic process is powered by cell intercalation involving shrinkage of junctions in the dorsal-ventral axis (‘vertical junctions’) followed by junction extension in the anterior-posterior axis. Advances in light microscopy revealed that the actomyosin networks exhibit pulsed contractions to power junction shrinkage, and alternate with steps of stabilization by MyoII enriched on vertical junctions (planar-polarity) to result in irreversible shape changes. Although described in many different contexts, the underlying mechanisms of this ratchet-like behavior remained unclear. Using genetic and biophysical tools, quantitative imaging and subtle perturbations, I identified 2 critical properties underlying MyoII dynamics- turnover governed by phospho-cycling of the MyoII Regulatory Light Chain, and advection due to contraction of the motors on actin networks. Spatial control over MyoII turnover establishes 2 stable regimes of high and low dissociation rates resulting in MyoII planar polarity. Pulsatility is a self-organized behavior that emerges at intermediate dissociation rates enabling advection of MyoII and upstream regulators. In the second part of my thesis, I showed that G protein coupled receptors- GRsmog and Mist, and the downstream G-protein pathway allow step-wise activation of MyoII, establishing pulsatility and stability, to drive polarized shape deformations during morphogenesis.

  • Titre traduit

    Régulation d'un réseau biomécanique entraînant des changements de forme lors de morphogenese des tissus


  • Résumé

    Forces requises pour les changements de forme au cours de la morphogenèse des tissus sont générés par d’actine et de myosine. Durant ma thèse, je étudié le rôle de la réglementation MyoII par la voie Rho1-Rok durant l’élongation de l’ectoderme ventro-latéral par intercalation cellulaire. Les pulsations de MyoII médio-apicale se déplacent de manière anisotrope vers les jonctions parallèles avec l’axe dorso-ventral (ou jonctions verticales). Ceci provoque le rétrécissement graduel des jonctions qui sont stabilisées par une population de MyoII polarisée dans le plan du tissu et enrichie au niveau de ces jonctions. Les mécanismes cellulaires qui régulent la pulsatilité, la stabilité et la polarité de la myosine II restent à élucider. J’ai identifié deux propriétés cruciales de la dynamique de la myosine II régie par phospho- à savoir la cinétique d’échange gouvernée par les cycles de phosphorylation-déphosphorylation des chaines légères régulatrices de la MyoII (RLC) et l’advection due à la contraction des moteurs sur le réseau de F-actine. Contrôle spatial sur le chiffre d'affaires MyoII établit 2 régimes stables des taux élevés et faibles dissociation résultant dans MyoII polarité. Pulsatilité est un comportement auto-organisé qui émerge à taux de dissociation intermédiaires permettant d'advection MyoII et les régulateurs en amont. Dans la deuxième partie de ma thèse, je l'ai montré que la protéine GPCR- GRsmog et la brume, et la voie G-protéines en aval permettent l'activation progressive des MyoII, établissant pulsatilité et de la stabilité pour produire des déformations de forme polarisées cours de la morphogenèse.


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Informations

  • Details : 1 vol. (131p.)
  • Annexes : ref. bibliogr. p.129

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