La fermeture dorsale est un événement majeur de l’embryogénèse de la drosophile durant lequel les cellules les plus dorsales de l’épiderme se différencient et agissent de concert pour refermer une ouverture dorsale temporairement recouverte par l’amnioséreuse. Ce processus présente de nombreuses similarités avec la cicatrisation cellulaire. J’ai montré que les voies JNK et DPP forment une boucle cohérente appelée « feed-forward loop » (boucle d’anticipation) qui contrôle la différentiation des cellules de la marge active. La branche DPP de cette boucle filtre les signaux non désirés de la voix JNK quand les embryons sont soumis à un stress thermique. Je me suis ensuite concentré sur le câble d'actine, une structure supra-cellulaire produite par les cellules de la marge active lors de la fermeture dorsale. J’ai montré que le câble d’actine est une structure discontinue qui n’est pas nécessaire pour la fermeture dorsale ou pour la cicatrisation cellulaire. Le câble d’actine homogénéise les forces et stabilise la géométrie cellulaire pour que la fermeture se fasse de manière parfaite et sans cicatrice. Sans le câble, les cellules ont une forme irrégulière, associé à des défauts de patterning et des défauts de polarité planaire qui ressemblent aux défauts que l’on trouve lors de la formation d’une cicatrice. Nous proposons donc que le câble empêche la formation de cicatrice en « congelant » les propriétés mécaniques des cellules afin de les protéger des forces qui agissent au niveau tissulaire lors de la fermeture dorsale.En conclusion, mon travail apporte un regard neuf sur la signalisation et la morphogenèse lors de la fermeture dorsale de l’embryon de Drosophile. / Drosophila dorsal closure is a key embryonic process during which the dorsal-most epidermal cells called leading edge cells differentiate and act in a coordinated manner to close a transient dorsal hole covered by the amnioserosa in a process reminiscent of wound healing. I showed that JNK and DPP are wired in a network motif called ‘feed-forward loop’ (FFL) that controls leading edge cell specification and differentiation. The DPP branch of the FFL filters unwanted JNK activity that occurs during thermal stress. Next, I focused on the actin cable, a supra-cellular structure produced by the leading edge cells during dorsal closure or wound healing from fly to humans. My data suggest that the actin cable does not provide a major contractile force. Rather, the actin cable balances forces and stabilizes cell geometry so that closure resolves in a perfectly structured and scar-free tissue. The absence of the cable leads to cell shape irregularities as well as patterning and planar cell polarity defects that are reminiscent of scarring. We propose that the cable prevents scaring by acting as a mechanical freeze field that protects fine cellular structures from the major closure forces that operate at tissue level. Altogether, my work brings new insights on the signalling and morphogenesis during dorsal closure.

Le travail de thèse présenté ici vise à caractériser et simuler les forces mécaniques impliquées dans le processus de fermeture dorsale chez l’organisme Drosophila melanogaster. Ce processus participe à l’acquisition par l’embryon de sa forme finale. Ainsi, l’objectif du travail présenté ici est d’approfondir nos connaissances sur la mécanique des tissus,ainsi que sur leur rôle dans l’embryogenèse.La fermeture dorsale est un processus similaire à la cicatrisation, dans lequel la fermeture du trou dorsal est réalisée par l'amnioséreuse, qui couvre le trou dorsal, et la rangée la plus dorsale des cellules de l'épiderme: les leading edge cells.Une partie du travail présenté ici étudie aussi les mouvements des cellules du leading edge,dans le but de comprendre l’effet du câble d’actine sur la dynamique de la fermeture dorsale.Un algorithme permettant de détecter les contours des cellules, leur position ainsi que celle de leurs jonctions multiples a été développé, ainsi qu'un interface utilisateur.Différents modèles dynamiques ont ensuite été construits, prenant en compte différents comportements mécaniques, selon l’approche lagrangienne. Les systèmes d’équations ont été résolus numériquement, et leurs prédictions comparées aux données biologiques selon l’approche des moindres carrés. Les résultats ont été validés par le test de la fonction d’auto corrélation.Les résultats présentés dans cette thèse nous permettent de mieux comprendre les processus mécaniques impliqués dans les oscillations des cellules de l’amnioséreuse. Ils nous donnent aussi des indices sur leurs caractéristiques biologiques. Ils nous permettent enfin de mieux appréhender le rôle du cabled’actine dans ce processus. / The work presented here aims at characterizing and simulating the mechanical forces involved in the process of Dorsal Closure in the organism Drosophila melanogaster, an embryonic process. In particular, Dorsal Closure participates in the acquisition of the final form of the embryo. Therefore, the work presented here aims at fathoming our knowledge on tissues mechanics, as well as their role in the acquisition of shape. The tissues involved in Dorsal Closure are the epidermis and the amnioserosa. At this stage of development, the epidermis surrounds almost all the embryo. Nevertheless, the amnioserosa still covers a large area of the dorsal side called dorsal hole. Hence, Dorsal Closure aims at shutting this hole and joining the lateral sides of the epidermis, in a process similar to wound healing. In order to fuse the two sides of the epidermis on the dorsal line, the epidermis must be drawn dorsalward. This movement is driven by the amnioserosa on the one hand, and by the dorsalmost row of the epidermis (called Leading Edge cells) on the other hand. The latter first form a transcellular Actin Cable around the dorsal hole. The cable, contracting, will reduce the area of the dorsal hole, covered by the amnioserosa. Second, the Leading Edge cells emit protrusions that will attach to the opposite Leading Edge and drag it toward themselves, untill the two sides of the epidermis fuse. These protrusions have a limited range, hence the dragging and fusion only take place at the ends of the dorsal hole (called canthi), where the distance between the two Leading Edges is small enough. The Amnioserosa also drags the epidermis toward the dorsal line. Its cells produce a contractile network. Interstingly, Amnioserosa cells see the area of their top side (apical side) vary in a periodic way. Although these variations have been widely studied, their role in Dorsal Closure remains unknown. This PhD aims at improving our knowledge of the mechanical concepts involved in these oscillations, and to build a physical model representing these movements. The work presented here also studies the movements of the Leading Edge cells, in order to understand the effect of the Actin Cableon the dynamics of Dorsal Closure. In order to study the cells movements and the role of the tissues involved in Dorsal Closure, an algorithm was developped, allowing to detect the cells edges, their position, as well as those of their vertices (multiple junction between three or four cells) and to track them over time. A user interface was also developped, in order to facilitate the adjustment of the parameters allowing the detection, as well as the correction of possible errors. Various dynamical models were then built following the lagrangian approach. The systems of equations deriving from the Euler-Lagrange equations were numerically solved, and their predictions compared to the biological data extracted thanks to the algorithm presented earlier, following the least square approach. The model validation was performed thanks to the autocorrelation function test. Finally, the Leading Edge dynamics was studied characterising the cellular movements at the interface between the epidermis and the amnioserosa. Wild type embryos dynamics were compared to those of mutated embryos showing specific defects in the Actin Cable formation. The results presented in this manuscript allow a better understanding of the processes involved in in Amnioserosa cells oscicllations. They also give clues on their biological characteristics. Finally, they assess the role of the actin cable in this process similar to wound healing.

Les changements de forme et les mouvements des cellules constituant les tissus relèvent de la morphogenèse épithéliale. Dans les tissus segmentés les compartiments antérieurs et postérieurs représentent des domaines morphogénétiques indépendants constitués de lignées cellulaires distinctes et séparées par des barrières biophysiques. Le laboratoire a montré que lors de la fermeture dorsale de l’embryon de drosophile, certaines cellules des segments centraux de l’ectoderme, appelées « Cellules Mixer » (CMs), sont reprogrammées pour traverser la frontière segmentale dans un phénomène qui prend le nom de « mixing ». La reprogrammation des CMs est JNK dépendante induisant l’expression de novo du gène engrailed (en). La mise au point de nouveaux outils génétiques a permis de révéler le rôle de deux familles de gènes impliqués dans les mécanismes de reprogrammation et de mixing : le gène Polycomb (Pc) et les gènes Hox. La technique de DNA-FISH, qui analyse l’interaction entre Pc et le PRE d’en, a ainsi montré que la voie JNK induit l’expression de novo d’en par dé-répression de l’activité Pc dans les CMs. De manière intéressante l’analyse approfondie des mutants Pc a dévoilé que les gènes Hox abdominal-A (abdA) et Abdominal-B (AbdB) contrôlent le domaine du mixing. Des expériences de gain et perte de fonction ont par la suite confirmé le rôle positif d’abdA et le rôle négatif d’AbdB dans le mixing. En conclusion, l’ensemble des résultats obtenus ont permis de dévoiler la présence d’un réseau génétique composé de par JNK, en, Pc et les gènes Hox contrôlant les mécanismes de reprogrammation cellulaire et de remodelage des frontières segmentales au cours du développement normal. / Tissue morphogenesis relies on patterned cell shape changes and movements taking place in specific morphogenetic domains. In segmented tissues, anterior and posterior compartments represent independent morphogenetic domains which are made of distinct lineages separated by boundaries. We previously reported on a rare event leading to the exchange of specific ‘Mixer Cells’ (MCs) between compartments of the ectoderm. During dorsal closure, MCs, which are of anterior origin, cross the boundary to integrate the adjacent posterior compartment through de novo expression of the posterior determinant Engrailed (En). This reprograming process is dependent on JNK signalling and is restricted to the central abdominal region. Here, we show that JNK signalling represses Polycomb (Pc) expression and that loss of Pc leads to an absence of MCs reprogramming. FISH-DNA coupled to immunostaining further shows that MCs fate transition is accompanied by a release of the en promoter from the repressing Pc bodies. Interestingly, our genetic data reveal that spatial control of MCs reprograming depends on the activity of the Hox genes abdominal-A (abdA) and Abdominal-B (AbdB). In their respective domains, abd-A promotes mixing while abd-B behaves as a strong repressor, thus restricting cell mixing to the central abdominal region. Together, these results provide new insights into the mechanisms of developmental reprogramming, showing that segment boundary plasticity relies on regional control of cell remodelling involving a gene regulatory network composed of JNK, en, Pc, and Hox activities.