Coordinated polarity and differentiation of cells in the plane of a tissue layer are essential to the development of multicellular organisms. Arabidopsis thaliana root hairs and trichomes provide model systems to study the pathways that control planar polarity and cell fate specification in plants. A concentration gradient of the plant hormone auxin provides an instructive cue that coordinates polar assembly of signalling complexes at plasma membranes of root epidermal cells; however, knowledge about additional players and cytoskeletal effectors driving cell polarization prior to hair emergence remains limited. On the other hand, epidermal cell fate specification is controlled by a well-characterized gene network of transcription factors that translate positional signals and cell-to-cell communication into tissue-wide patterning. Yet, new components are continuously found to interact with the patterning pathway, shedding light on its connections with diverse developmental processes. This thesis presents the SABRE (SAB) gene as a novel player in planar polarity establishment and root epidermal patterning. SAB is a large protein with sequence similarity to proteins present in all eukaryotes and affects planar polarity as well as orientation of cell divisions and cortical microtubules. Genetic interaction with the microtubule-associated protein gene CLASP further supports involvement of SAB in microtubule arrangement, suggesting a role for this gene in cytoskeletal organisation. Strikingly, SAB also interacts genetically with ACTIN7 (ACT7), and both ACT7 and its modulator ACTIN INTERACTING PROTEIN 1-2 (AIP1-2) contribute to planar polarity of root hair positioning. Cell-file specific expression of AIP1-2 depends on the epidermal-patterning regulator WEREWOLF (WER), revealing a connection between actin organization, planar polarity and cell fate specification. Consistent with this finding, SAB also functions in patterning of the root epidermis by stabilizing cell fate acquisition upstream of the core patterning pathway. These results unveil new roles for SAB in planar polarity and epidermal patterning and suggest that organization of the microtubule and the actin cytoskeleton are important to both planar polarity establishment and cell fate specification. / Samordning av polaritet och differentiering av celler inom ett vävnadslager är avgörande för utvecklingen av multicellulära organismer. Rothår och bladhår hos Arabidopsis thaliana utgör modellsystem för att studera signalvägar som kontrollerar planpolaritet och specifikation av cellers öde hos växter. En koncentrationsgradient av växthormonet auxin ger en instruktiv signal som koordinerar polär hopsättning av signalkomplex vid plasmamembranet i rotepidermisceller; dock är kunskapen om ytterligare aktörer och hur cytoskelettets aktörer påverkar cellpolaritet innan rothår bildas begränsad. Vad gäller differentieringen av epidermala cellers öde kontrolleras dessa genom ett väl karakteriserat nätverk av transkriptionsfaktorer som överför positionssignaler och cell-till-cell kommunikation till vävnadsomfattande mönsterbildning. Fortfarande hittas dock nya komponenter som interagerar med signalvägarna för mönsterbildning, vilket ger nya insikter om dess förbindelser med diverse utvecklingsprocesser. Denna avhandling presenterar genen SABRE (SAB) som en ny aktör i etableringen av planpolaritet och mönsterbildning av rotepidermis. SAB är ett stort protein som har sekvenslikhet med proteiner som finns i alla eukaryoter och det påverkar planpolaritet, orientering av celldelning och kortikala mikrotubler. Genetisk interaktion med genen för det mikrotubuli-associerade proteinet CLASP stärker ytterligare inblandningen av SAB i organiserandet av mikrotubler och antyder att denna gen har en roll i organiserandet av cytoskelettet. Slående är att SAB även interagerar genetiskt med ACTIN7 (ACT7) och att både ACT7 och dess modulator ACTIN-INTERACTING PROTEIN1-2 (AIP1-2) bidrar till planpolaritet vid positionering av rothår. Cellfils-specifikt uttryck av AIP1-2 beror på den epidermala mönsterbildande genen WEREWOLF (WER), vilket påvisar ett samband mellan organisationen av aktin, planpolaritet och specifikationen av cellers öde. SAB fungerar även i mönsterbildning av rotens epidermis och stabiliserar förvärvet av cellöde uppströms av den centrala signalvägen för mönsterbildning. Dessa resultat visar på nya roller för SAB i planpolaritet och mönsterbildning av epidermis och indikerar att organiseringen av mikrotubler och aktin-cytoskelettet är viktiga både för etablerandet av planpolaritet och för specificeringen av cellers öde.

Au cours de la mitose, la ségrégation des chromatides, la partition du matériel cytoplasmique entre cellules filles et leur position relative se fait selon un plan qui est préfiguré par la plaque métaphasique. Ainsi, l'orientation de ce plan est un processus crucial pour le contrôle du destin des cellules, pour la morphogenèse durant l'embryogenèse et pour l'homéostasie tissulaire. Jusqu'à aujourd'hui, les mécanismes intrinsèques impliqués dans le positionnement du plan de division ont reçu beaucoup d'attention. En revanche, peu d'études ont exploré l'implication de signaux extracellulaires dans l'orientation du plan de division. Pourtant, l'axe des divisions cellulaires dont la position est souvent stéréotypée est largement associé aux axes de polarités du tissu. Au cours de ma thèse, je me suis demandé si des signaux extracellulaires capables de délivrer des informations de position spatiale aux cellules dans le cadre de leur migration, de leur différenciation morphologique, ou de leur polarisation, pouvaient influencer l'orientation des divisions cellulaires. En particulier, je me suis intéressée aux facteurs impliqués dans le guidage axonal à travers l'étude des mitoses des progéniteurs neuraux chez l'embryon de souris. Dans la moelle épinière en développement, les progéniteurs neuraux effectuent leur division au contact du canal central, lequel renferme le liquide céphalo-rachidien (LCR), une source de nombreux facteurs extracellulaires comme les morphogènes. Nous avons montré que la présence de molécules du LCR était nécessaire pour une orientation appropriée du plan de divisions des progéniteurs neuraux localisés au contact du canal central. Priver les progéniteurs neuraux de LCR par l'ouverture du tube neural ou provoquer génétiquement l'obstruction du canal central affecte les proportions de divisions planaires et obliques. Nous avons identifié la protéine Sémaphorine 3B, secrétée par les cellules de la plaque du plancher et les plexus choroïdes, comme un signal extrinsèque contrôlant l'orientation des divisions des progéniteurs neuraux dans la moelle épinière. L'invalidation génétique de Sema3B chez la souris phénocopie la perte d'accès au LCR des progéniteurs. Une application exogène de Sema3B sur des embryons dont le tube neural a été ouvert compense la déficience de LCR. Nous avons pu montrer que Sema3B se lie à ses récepteurs Neuropilines à la surface apicale des progéniteurs mitotiques et agit sur l'architecture des microtubules via l'activation de la voie GSK3/CRMP2, voie initialement mise en évidence dans le contexte du guidage axonal. Afin d'identifier de nouveaux facteurs influençant le positionnement du fuseau mitotique en réponse à ce facteur de guidage, une analyse transcriptomique des progéniteurs neuraux des mutants Sema3B-/- a été réalisée et des gènes candidats dérégulés en contexte d'invalidation de Sema3B ont été considérés. Durant la seconde partie de ma thèse, j'ai exploré l'implication du gène Norbin/Neurochondrin. De manière intéressante, le knock- down de Norbin dans les cellules HeLa altère l'orientation du fuseau mitotique. L'ensemble de ces travaux révèle donc la contribution d'une large famille de signaux topographiques jusqu'à présent inexplorée, dans l'orientation des divisions cellulaires et ouvre un large champ d'investigation passionnant concernant leur action moléculaire et cellulaire dans la neurogenèse et la morphogenèse / During development, the orientation of cell division is crucial to correctly organize andshape tissues and organs and also to generate cellular diversity. As cell mitosis proceeds, thesegregation of chromatids and cytoplasmic material occurs along a division axis. Itsorientation largely determines the relative position of daughter cells and the partition ofmother cell subcellular domain between them. The orientation of the cell division isprefigured by the position of a complex microtubule-based scaffold, the mitotic spindle.Until now, the intrinsic molecular machinery positioning the mitotic spindle and its couplingto cell polarities have been study in details. In contrast, the contribution of extracellularsignals to cell division orientation is less characterised. My research shows that these signalsin the CSF contribute to the orientation of cell division in neural progenitors. Removal theCSF cues by opening the neural tube or by genetic engineering affects the proportion ofplanar and oblique divisions. We identified Semaphorin 3B (Sema3B), released from thefloor plate and the nascent choroid plexus, as an important actor in this extrinsic control ofprogenitor division. Knockout of Sema3B phenocopies the loss of progenitor access to CSF.Delivery of exogenous Sema3B to progenitors in living embryos compensates this deficiency.We showed that Sema3B binds to Neuropilin receptors at the apical surface of mitoticprogenitors and exerts its effect through GSK3b activation and subsequent inhibition of themicrotubule stabilizer CRMP2. Thus extrinsic signaling mediated by Semaphorins directs theorientation of progenitor division in neurogenic zones.In order to identify new factors implicated in Sema3B-dependant mitotic spindleposition, we performed a transcriptomic analysis of Sema3B -/- neural progenitors. Severalderegulated candidate genes were considered. In the second part of my thesis, I focus onone of this, Norbin/Neurochondrin. Interestingly, the invalidation of Norbin/Neurochondrinalters the orientation of the mitotic spindle in HeLa cells.My PhD work reveals the contribution of a large family of topographic cues known tofunction in axon guidance has a novel role in the orientation of cell division

Pour maintenir l'architecture du tissue, les cellules épithéliales se divisent de manière planaire, perpendiculaire à leur axe principal de polarité. Du fait que le centrosome retrouve sa localisation apicale à l'interphase l'orientation du fuseau mitotique est réinitialisée à chaque cycle cellulaire. Nous utilisons de l'imagerie live en trois dimensions de centrosome marqués en GFP pour investiguer la dynamique de l'orientation du fuseau mitotique des cellules neuroépithéliales de l'embryon de poulet. Le fuseau mitotique présente des mouvements stéréotypiques pendant la métaphase, avec dans un premier temps une phase active de d'orientation planaire suivie par une phase de maintenance planaire jusqu'à l'anaphase. Nous décrivons la localisation des protéines NuMA et LGN formant un anneau au niveau du cortex latéral cellulaire au moment de l'orientation du fuseau. Enfin, nous montrons que le complexe protéique formé par LGN, NuMA et par la sous unité Gai localisé au cortex est nécessaire pour les mouvements du fuseau et pour réguler la dynamique de l'orientation du fuseau. La localisation restreinte de LGN et NuMA en anneau cortical est instructive pour l'alignement planaire du fuseau mitotique et est également requise pour sa maintenance planaire. / To maintain tissue architecture, epithelial cells divide in a planar fashion, perpendicular to their main polarity axis. As the centrosome resumes an apical localization in interphase, planar spindle orientation is reset at each cell cycle. We used three-dimensional live imaging of GFP-labeled centrosomes to investigate the dynamics of spindle orientation in chick neuroepithelial cells. The mitotic spindle displays stereotypic movements during metaphase, with an active phase of planar orientation and a subsequent phase of planar maintenance before anaphase. We describe the localization of the NuMA and LGN proteins in a belt at the lateral cell cortex during spindle orientation. Finally, we show that the complex formed of LGN, NuMA, and of cortically located Gái subunits is necessary for spindle movements and regulates the dynamics of spindle orientation. The restricted localization of LGN and NuMA in the lateral belt is instructive for the planar alignment of the mitotic spindle, and required for its planar maintenance.