Analyses moléculaires et fonctionnelles de la diversification musculaire par de nouvelles approches génomiques cellules-spécifiques chez la drosophile.

Molecular and functional analyzes of muscular diversification by cell-specific genomic approaches in Drosophila

• Auteur / Autrice : Benjamin Bertin
• Direction : Krysztof Jagla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 29/09/2017
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, Reproduction et Développement (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Michèle Crozatier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Maire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladies musculaires

Myogénèse

Embryon humain -- Utilisation

Génomique

Mots clés libres

Embryon

Drosophile

Expression génique

TRAP

Diversification musculaire

Dorsophila embryo

Muscle diversification

TRAP

Gene expression

Résumé

Les muscles squelettiques présentent des propriétés individuelles de taille, forme, orientation, site d’attachement, nombre de noyaux, déterminées par l’expression d’une combinaison de facteurs d’identité. Les processus par lesquels ces gènes déterminent les caractéristiques finales du muscle ne sont pas pleinement compris. Découvrir comment ces régulateurs de l’identité sont connectés entre eux, à travers un réseau de gènes spécifiant le destin cellulaire de chaque type de muscle, reste un enjeu majeur. Pour identifier de nouveaux acteurs qui déterminent les caractéristiques individuelles du muscle au cours de l’embryogenèse chez la drosophile, nous avons optimisé l’approche cellule-spécifique TRAP (Translating Ribosome Affinity Purification) permettant l’isolation des ARNs messagers en cours de traduction. Cette méthode a été utilisée sur deux populations restreintes de muscles (Lms- et Slou-positives) et sur la population musculaire globale (Dufpositive) à trois fenêtres de temps ciblant des processus clés de la myogenèse tels que la spécification de cellules fondatrices, la fusion des myoblastes, l’attachement aux cellules de tendon et l’innervation par les motoneurones. Pour avoir une vue d’ensemble de l’expression des gènes dans ces différentes conditions, des analyses transcriptomiques à l’aide de puces ADNc ont été réalisées. Une étude spatiale nous a permis d’identifier de nouveaux acteurs potentiels du code d’identité nécessaires à la diversification de la population Slou ainsi que l’implication de la protéine de liaison à l’ARN, Boule, dans l’organisation des filaments d’actine au sein des fibres musculaires. Dans un second temps une analyse temporelle des données a révélé un ensemble de gènes codant pour des protéines de liaison à l’actine avec un enrichissemen tspécifique dans la population Lms positive. L’étude plus approfondie des gènes gel et dCryABa permis de déterminer leur rôle au cours de la myogenèse. Ces deux protéines participent de manière importante à la régulation de la croissance des muscles Lms positifs en régulant le nombre d’évènement de fusion, l’élongation et l’attachement des myotubes.A travers ce projet nous avons identifié de nouveaux acteurs potentiels du code d’identité, impliqués dans l’acquisition des propriétés distinctes des sous populations musculaires Slou et Lms au cours de l’embryogenèse en participant soit au contrôle de l’expression des gènes soit à l’acquisition des caractéristiques morphologiques finales. Nous espérons que les données générées permettront dans le futur d’acquérir de nouvelles connaissances sur les fonctions des orthologues de ces gènes au cours de la myogenèse desvertébrés et que cela aura un impact sur la compréhension de certaines myopathies.

Skeletal muscles display specific features (size, shape, orientation, attachment site,number of nuclei), which are tightly controlled by the combinatorial expression of identity factors. Currently, process by which identity genes determine muscle characteristics is not fully understood. Uncovering how identity factors are interconnected and how they control network of genes specifying muscle cell fate remains a major challenge. To discover new actors of the identity code allowing the acquisition of individual muscle characteristics during Drosophila embryogenesis we optimised a genome wide cell specific approach called TRAP (Translating Ribosome Affinity Purification), which allows the isolation of mRNA engaged in translation. This method has been used on two restricted populations of muscle cells (Slou and Lms positive) and on the global musculature (Dufpositive) at three time windows covering key muscle developmental steps such as founder cell specification, myoblast fusion, attachment to the epidermis via tendon cells and the innervation by motoneurons.To assess gene expression at a global level in these muscle subsets, we performed transcriptomic analyses at targeted developmental windows by using microarray. First, a comparison of spatial gene expression allowed us to identify new potential actors of the identity code for Slou-positive muscles and the involvement of the RNA binding protein Bol in the structural organisation of muscle fibers. We also performed analyses of temporal transition profiles of genes differentially expressed in Slou- and Lms-positive muscles and identified cluster of genes enriched preferentially in the Lms population and encoding actin interacting proteins. We focused on two genes from this cluster, gel and dCryAB and determined their functions during myogenesis. These two proteins control a coordinated growth of the Lms-positive muscles by fine-tuning of both the number of fusion events and the elongation of myotubes to tendon cells. With this project, we have identified new potential actors of the identity code that govern the acquisition of individual properties of Slou and Lms muscle subsets during Drosophila embryogenesis. We hope that the newly generated data will enable to gain further knowledge on the corresponding orthologues during vertebrate myogenesis and will help to understand why particular muscles are affected in some myopathies.