La polarité planaire ou PCP est un processus dans lequel les cellules et des structures apicales sedéveloppent et s’orientent dans le plan de l’épithélium. Cette polarité est régulée par un ensemble deprotéines incluant Vangl2. Un mutant murin de Vangl2 nommé looptail présente une forme sévèred’absence de fermeture du tube neural. Des pertes de fonctions de Vangl2 sont également retrouvées chezdes enfants atteints de défaut de fermeture du tube neural. Vangl2 possède un motif d’interaction pour desdomaines PDZ et s’organise en protéine à quatre domaines transmembranaires. Malgré de nombreusesdonnées génétiques disponibles concernant la perte de fonction de Vangl2, beaucoup reste à faire pourélucider les mécanismes moléculaires impliqués. Le locus du gène vangl2 humain est localisé dans unerégion fréquemment réarrangée dans différents cancers incluant les cancers du sein. Nous nous sommesintéressés à l’expression de Vangl2 dans les cancers du sein. Nous montrons que Vangl2 est surexprimédans des cancers du sein de sous-type basal (cancers du sein agressifs et de mauvais pronostic) danslesquels le locus génétique de Vangl2 est significativement amplifié et où le niveau d’expression del’ARNm et de la protéine est également élevé. De plus, par des études in vitro et in vivo, nous démontronsle rôle de Vangl2 dans la croissance tumorale et dans les processus de migration cellulaire. Ces effets sontdépendants de son motif d’interaction aux domaines PDZ et sont dépendants de Scrib, une autre protéinede la PCP, étudiée dans l’équipe et impliquée dans les processus de migration cellulaire. Par desexpériences de gain et de perte de fonction dans des cellules de cancers du sein, nous démontrons quel’expression de Vangl2 régule la signalisation JNK via l’activité des GTPases Rac1 et Cdc42 importantespour les processus de réorganisation du cytosquelette d’actine. L’ensemble de nos données indique un rôlerégulateur de Vangl2 dans les processus de tumorigenèse l’impliquant dans la croissance tumorale, laprolifération et migration cellulaires. / Planar cell polarity (PCP) is a process by which cells and apical structures grow in a uniformorientation within the plane of the epithelium. This type of polarity is regulated by a set of “core” proteinsincluding Vangl2. A vangl2 mutant, known as looptail exhibits a severe form of neural tube defect.Mutations of vangl2 associated to neural tube defects were also described in human. Vangl2 possesses aPDZ binding motif and is potentially organized in a four transmembrane domain structure. While geneticdata has very well described the importance of Vangl2 in embryonic development, its molecular functionsare still unknown. The human vangl2 gene is localized in a region with frequent rearrangements involvedin multiple cancers, including breast cancer. We decided to explore the expression of Vangl2 in breastcancer and defined Vangl2 as a PCP “core” protein associated with a signature of poor prognosis basaltypebreast cancer. The Vangl2 genetic locus is amplified in breast cancers, and this amplificationcorrelates with high mRNA and protein levels. Moreover, in in vitro and in vivo studies, we demonstratethe role of Vangl2 in tumor growth and cell migration. These functions are dependent on its PDZ bindingmotif and implicates Scrib, a PCP protein containing PDZ domains and involved in cell migration. Finally,using gain-of-function and loss-of-function approaches in breast cancer cell lines, we demonstrate thatVangl2 modulates the JNK pathway activation via the Rac1 and Cdc42 GTPases which are important forcytoskeleton reorganization. Together, our data reveal that Vangl2 has a role in tumor growth, cellproliferation and cell migration.

Au cours de ce projet de thèse, j’ai étudié le lien fonctionnel entre la morphogénèse épithéliale et la signalisation Delta-Notch, dans le cadre de la formation du tube neural chez le poisson-zèbre. La signalisation Delta-Notch est primordiale pour le développement embryonnaire et le maintien de l’homéostasie des tissus adultes. De façon inattendue, j’ai observé suite à la perte-de-fonction de Mib une perte de la polarité apico-basale dans le neuro-épithélium de la moelle épinière embryonnaire. L’analyse plus poussée de ce phénotype m’a ensuite permis de montrer que l’activité de l’intégralité de la signalisation Notch est requise pour l’établissement de la polarité apico-basale dans le tube neural de poisson-zèbre. En effet, l’inhibition des ligands de Notch et des activateurs transcriptionnels situés en aval, Rbpja et Rbpjb, résulte en l’interruption de la polarité apico-basale. De plus, l’activation ectopique de Notch entraîne un sauvetage complet de la polarité apico-basale dans les embryons déplétés pour Mib. Finalement, le mutant Mib échoue à activer la transcription de protéines de polarité apicale Crumbs1 et Crumbs2a au cours de la formation du tube neural, ce qui suggèrerait que la signalisation Notch agit en amont des complexes de polarité. De façon surprenante, nous avons également montré que le composant de la signalisation Notch, Mib, affecte les mouvements de convergence-extension et la division cellulaire orientée, appelée C-divisions, durant la neurulation et la gastrulation à travers la signalisation PCP. Cet effet de Mib sur la PCP est indépendant de son rôle sur la signalisation Notch. Généralement, cette étude révèle un double-rôle de Mib. / In this Ph.D. project, I study the functional link between epithelial polarity and Delta-Notch signaling in the context of zebrafish neural tube morphogenesis. Notch signaling, one of the major signaling pathways and of prime importance in neurogenesis, has been widely studied for its function in cell fate specifications. Surprisingly, I found that the Notch signaling component Mindbomb (Mib) loss-of-function led to a loss of apico-basal polarity in the neuroepithelium of the embryonic spinal cord. I further explored that the activity of the entire Notch signaling pathway is actually required for the earliest steps of establishment of apico-basal polarity in the zebrafish neural tube. Indeed, inhibition of Notch ligands and downstream transcriptional activators Rbpja and Rbpjb resulted in a disruption of apico-basal polarity. Moreover, ectopic activation of Notch ensued to a complete rescue of apico-basal polarity in Mib loss of function embryos. Furthermore, Mib mutant embryos fail to upregulate the transcription of the apical polarity proteins Crumbs1 and Crumbs2a in the course of neural tube formation, suggesting that Notch signalling might act upstream of polarity complexes. Moreover, I found that Mib affects convergent-extension movements and oriented cell divisions during neurulation and gastrulation through an effect on planar cell polarity. Remarkably, this effect of Mib on PCP is independent of its role in Notch signaling. These results indicate a novel role of Mib in the regulation of PCP signaling. Altogether, this study revealed a dual role of Mib in the epithelial morphogenesis of the zebrafish neural tube.

La voie de la polarité planaire cellulaire (PCP), aussi connue sous le nom de la voie non-canonique du Frizzled/Dishevelled, contrôle le processus morphogénétique de l'extension convergente (CE) qui est essentiel pour la gastrulation et la formation du tube neural pendant l'embryogenèse. La signalisation du PCP a été récemment associée avec des anomalies du tube neural (ATN) dans des modèles animaux et chez l'humain. Prickle1 est une protéine centrale de la voie PCP, exprimée dans la ligne primitive et le mésoderme pendant l'embryogenèse de la souris. La perte ou le gain de fonction de Prickle1 mène à des mouvements de CE fautifs chez le poisson zèbre et la grenouille. PRICKLE1 interagit directement avec deux autres membres de la voie PCP, Dishevelled et Strabismus/Vang. Dans notre étude, nous avons investigué le rôle de PRICKLE1 dans l'étiologie des ATN dans une cohorte de 810 patients par le re-séquençage de son cadre de lecture et des jonctions exon-intron. Le potentiel pathogénique des mutations ainsi identifiées a été évalué par des méthodes bioinformatiques, suivi par une validation fonctionnelle in vivo dans un système poisson zèbre. Nous avons identifié dans notre cohorte un total de 9 nouvelles mutations dont sept: p.Ile69Thr, p.Asn81His, p.Thr275Met, p.Arg682Cys et p.Ser739Phe, p.Val550Met et p.Asp771Asn qui affectent des acides aminés conservés. Ces mutations ont été prédites in silico d’affecter la fonction de la protéine et sont absentes dans une large cohorte de contrôles de même origine ethnique. La co-injection de ces variantes avec le gène prickle1a de type sauvage chez l’embryon de poisson zèbre a démontré qu’une mutation, p.Arg682Cys, modifie dans un sens négatif le phénotype du défaut de la CE produit par pk1 de type sauvage. Notre étude démontre que PK1 peut agir comme facteur prédisposant pour les ATN chez l’humain et élargit encore plus nos connaissances sur le rôle des gènes de la PCP dans la pathogenèse de ces malformations. / The planar cell polarity pathway (PCP) or the non-canonical Frizzled/Dishevelled pathway controls the morphogenetic process of convergent extension (CE) that is essential during embryogenesis for gastrulation and neural tube formation. Recently, PCP signalling was associated with neural tube defects (NTD) in humans and animal models. The core PCP protein, Prickle1, is expressed in the primitive streak and mesoderm during mouse embryogenesis. Both gain and loss of function of Prickle1 cause faulty CE movements in zebrafish and the frog. PRICKLE1 physically interacts with two other core PCP members, Dishevelled and Strabismus/Vang. In the present study we investigated the role of PRICKLE1 in the aetiology of NTDs in a large cohort of 810 patients through resequencing of its open reading frame and exon-intron junctions. The pathogenicity of the identified mutations was assessed through bioinformatics methods followed by a functional validation in a zebrafish system, in vivo. We identified in our cohort a total of nine novel mutations, of which seven affected conserved amino acids: p.Ile69Thr, p.Asn81His, p.Thr275Met, p.Arg682Cys, p.Ser739Phe, p.Val550Met and p.Asp771As. These mutations were predicted to affect the function of the protein in silico and were absent in a large cohort of ethnically-matched controls. Co-injection of these variants with the wild type pk1 in zebrafish oocytes revealed that one mutation, p.Arg682Cys, antagonized the CE phenotype induced by the wild-type zebrafish prickle1a in a dominant fashion. Our study demonstrates that PRICKLE1 can represent a predisposing factor for human NTDs and further expands our knowledge on the role that PCP genes in the pathogenesis of these malformations.

Les anomalies du tube neural (ATN), incluant l'anencéphalie et le spina-bifida, représentent un groupe de malformations congénitales très fréquentes chez l'homme. Ces anomalies sont causées par un défaut partiel ou complet de la fermeture du tube neurale au cours de l'embryogenèse. Les ATN ont une étiologie complexe et multifactorielle impliquant des facteurs environnementaux et génétiques. La voie de signalisation non-canonique du Frizzled (Fz)/Dishevelled (Dvl) contrôle la polarité cellulaire planaire (PCP) et le processus morphogénétique appelé l’extension convergente qui est essentiel pour la gastrulation et la fermeture du tube neural. Très important, des mutations des gènes de cette voie étaient fortement associées aux ATN chez la souris et l’humain. Scribble est un gène de la voie PCP qui cause une sévère ATN chez la souris Circletail. Notre étude vise à analyser le rôle de SCRIBBLE1 dans les ATN humains par des analyses de séquence de son cadre de lecture et ses jonctions exon-introns. Notre étude comporte 396 patients recrutés au Centre Spina Bifida de l’hôpital Gaslini en Gènes, Italie et 83 patients recrutés au Centre Spina Bifida de l’hôpital Sainte Justine. Les patients sont affectés par plusieurs formes d’ATN. Nous avons identifié neuf mutations rares et non synonymes chez 10 patients, p.Asp93Ala (c. 435G>A), p.Gly145Arg (c. 278A>C), p.Gly263Ser (c. 786C>A), p.Gly469Ser (c. 1405G>A), p.Pro649His (c. 1946C>A), p.Gln808His (c. 2424G>T), p.Val1066Met (c. 3196G>A), p.Arg1150Gln (c. 3480G>A) et p.Thr1422Met (c. 4266C>T). Cinque mutations, p.Gly263Ser, p.Pro649His, p.Gln808His, p.Arg1150Gln, p.Thr1422Met, étaient absentes dans les contrôles analysés et prédites d’être pathogéniques in silico. Cette étude montre que des mutations rares dans SCRIB1 pourraient augmenter le risque des ATN dans une fraction des patients. L’identification des gènes prédisposant aux ATN nous aidera à mieux comprendre les mécanismes pathogéniques impliqués dans ces maladies. / Neural tube defects (NTDs), including anencephaly and spina bifida, represent a group of very common birth defects in humans. These anomalies are caused by a partial or complete failure of neural tube closure during embryogenesis. NTDs have a multifactorial etiology involving environmental and genetic factors. The non-canonical signaling pathway Frizzled (Fz) / Dishevelled (Dvl) controls the planar cell polarity (PCP) and the morphogenetic process called convergent extension (CE) which is essential for gastrulation and neural tube closure. Importantly, mutations in genes of this pathway were strongly associated with NTDs in mice and humans. Scribble is a PCP gene that causes a severe NTD mouse Circletail. Scribble binds to another PCP protein, Stbm / Vang, and they cooperate together for the stability of the PCP pathway. Our study aims at investigating the role of SCRIBBLE1 in human NTDs by sequence analyses of its open reading frame and exon-intron junctions. The cohort included in this study consisted of 396 patients recruited at the Spina Bifida Centre of Gaslini Hospital in Genoa, Italy, and 83 patients recruited at the Spina Bifida Center of the Sainte Justine Hospital, Montreal, Canada. Patients were affected by several forms of NTDs. We identified nine non-synonymous and rare mutations in 10 patients: p.Asp93Ala (c. 435G>A), p.Gly145Arg (c. 278A>C), p.Gly263Ser (c. 786C>A), p.Gly469Ser (c. 1405G>A), p.Pro649His (c. 1946C>A), p.Gln808His (c. 2424G>T), p.Val1066Met (c. 3196G>A), p.Arg1150Gln (c. 3480G>A) and p.Thr1422Met (c. 4266C>T). Five of those mutations, p.Gly263Ser, p.Pro649His, p.Gln808His, p.Arg1150Gln, p.Thr1422Met, were absent in all controls analyzed and were predicted to be pathogenic using bioinformatics. Our study demonstrates that rare mutations in SCRIB1 could predispose to NTDs in a fraction of patients. The identification of genes that predispose to ATN will help us better understand the pathogenic mechanisms involved in these diseases.

Les anomalies du tube neural (ATN), incluant l'anencéphalie et le spina-bifida, représentent un groupe de malformations congénitales très fréquentes chez l'homme. Ces anomalies sont causées par un défaut partiel ou complet de la fermeture du tube neurale au cours de l'embryogenèse. Les ATN ont une étiologie complexe et multifactorielle impliquant des facteurs environnementaux et génétiques. La voie de signalisation non-canonique du Frizzled (Fz)/Dishevelled (Dvl) contrôle la polarité cellulaire planaire (PCP) et le processus morphogénétique appelé l’extension convergente qui est essentiel pour la gastrulation et la fermeture du tube neural. Très important, des mutations des gènes de cette voie étaient fortement associées aux ATN chez la souris et l’humain. Scribble est un gène de la voie PCP qui cause une sévère ATN chez la souris Circletail. Notre étude vise à analyser le rôle de SCRIBBLE1 dans les ATN humains par des analyses de séquence de son cadre de lecture et ses jonctions exon-introns. Notre étude comporte 396 patients recrutés au Centre Spina Bifida de l’hôpital Gaslini en Gènes, Italie et 83 patients recrutés au Centre Spina Bifida de l’hôpital Sainte Justine. Les patients sont affectés par plusieurs formes d’ATN. Nous avons identifié neuf mutations rares et non synonymes chez 10 patients, p.Asp93Ala (c. 435G>A), p.Gly145Arg (c. 278A>C), p.Gly263Ser (c. 786C>A), p.Gly469Ser (c. 1405G>A), p.Pro649His (c. 1946C>A), p.Gln808His (c. 2424G>T), p.Val1066Met (c. 3196G>A), p.Arg1150Gln (c. 3480G>A) et p.Thr1422Met (c. 4266C>T). Cinque mutations, p.Gly263Ser, p.Pro649His, p.Gln808His, p.Arg1150Gln, p.Thr1422Met, étaient absentes dans les contrôles analysés et prédites d’être pathogéniques in silico. Cette étude montre que des mutations rares dans SCRIB1 pourraient augmenter le risque des ATN dans une fraction des patients. L’identification des gènes prédisposant aux ATN nous aidera à mieux comprendre les mécanismes pathogéniques impliqués dans ces maladies. / Neural tube defects (NTDs), including anencephaly and spina bifida, represent a group of very common birth defects in humans. These anomalies are caused by a partial or complete failure of neural tube closure during embryogenesis. NTDs have a multifactorial etiology involving environmental and genetic factors. The non-canonical signaling pathway Frizzled (Fz) / Dishevelled (Dvl) controls the planar cell polarity (PCP) and the morphogenetic process called convergent extension (CE) which is essential for gastrulation and neural tube closure. Importantly, mutations in genes of this pathway were strongly associated with NTDs in mice and humans. Scribble is a PCP gene that causes a severe NTD mouse Circletail. Scribble binds to another PCP protein, Stbm / Vang, and they cooperate together for the stability of the PCP pathway. Our study aims at investigating the role of SCRIBBLE1 in human NTDs by sequence analyses of its open reading frame and exon-intron junctions. The cohort included in this study consisted of 396 patients recruited at the Spina Bifida Centre of Gaslini Hospital in Genoa, Italy, and 83 patients recruited at the Spina Bifida Center of the Sainte Justine Hospital, Montreal, Canada. Patients were affected by several forms of NTDs. We identified nine non-synonymous and rare mutations in 10 patients: p.Asp93Ala (c. 435G>A), p.Gly145Arg (c. 278A>C), p.Gly263Ser (c. 786C>A), p.Gly469Ser (c. 1405G>A), p.Pro649His (c. 1946C>A), p.Gln808His (c. 2424G>T), p.Val1066Met (c. 3196G>A), p.Arg1150Gln (c. 3480G>A) and p.Thr1422Met (c. 4266C>T). Five of those mutations, p.Gly263Ser, p.Pro649His, p.Gln808His, p.Arg1150Gln, p.Thr1422Met, were absent in all controls analyzed and were predicted to be pathogenic using bioinformatics. Our study demonstrates that rare mutations in SCRIB1 could predispose to NTDs in a fraction of patients. The identification of genes that predispose to ATN will help us better understand the pathogenic mechanisms involved in these diseases.

La voie de la polarité planaire cellulaire (PCP), aussi connue sous le nom de la voie non-canonique du Frizzled/Dishevelled, contrôle le processus morphogénétique de l'extension convergente (CE) qui est essentiel pour la gastrulation et la formation du tube neural pendant l'embryogenèse. La signalisation du PCP a été récemment associée avec des anomalies du tube neural (ATN) dans des modèles animaux et chez l'humain. Prickle1 est une protéine centrale de la voie PCP, exprimée dans la ligne primitive et le mésoderme pendant l'embryogenèse de la souris. La perte ou le gain de fonction de Prickle1 mène à des mouvements de CE fautifs chez le poisson zèbre et la grenouille. PRICKLE1 interagit directement avec deux autres membres de la voie PCP, Dishevelled et Strabismus/Vang. Dans notre étude, nous avons investigué le rôle de PRICKLE1 dans l'étiologie des ATN dans une cohorte de 810 patients par le re-séquençage de son cadre de lecture et des jonctions exon-intron. Le potentiel pathogénique des mutations ainsi identifiées a été évalué par des méthodes bioinformatiques, suivi par une validation fonctionnelle in vivo dans un système poisson zèbre. Nous avons identifié dans notre cohorte un total de 9 nouvelles mutations dont sept: p.Ile69Thr, p.Asn81His, p.Thr275Met, p.Arg682Cys et p.Ser739Phe, p.Val550Met et p.Asp771Asn qui affectent des acides aminés conservés. Ces mutations ont été prédites in silico d’affecter la fonction de la protéine et sont absentes dans une large cohorte de contrôles de même origine ethnique. La co-injection de ces variantes avec le gène prickle1a de type sauvage chez l’embryon de poisson zèbre a démontré qu’une mutation, p.Arg682Cys, modifie dans un sens négatif le phénotype du défaut de la CE produit par pk1 de type sauvage. Notre étude démontre que PK1 peut agir comme facteur prédisposant pour les ATN chez l’humain et élargit encore plus nos connaissances sur le rôle des gènes de la PCP dans la pathogenèse de ces malformations. / The planar cell polarity pathway (PCP) or the non-canonical Frizzled/Dishevelled pathway controls the morphogenetic process of convergent extension (CE) that is essential during embryogenesis for gastrulation and neural tube formation. Recently, PCP signalling was associated with neural tube defects (NTD) in humans and animal models. The core PCP protein, Prickle1, is expressed in the primitive streak and mesoderm during mouse embryogenesis. Both gain and loss of function of Prickle1 cause faulty CE movements in zebrafish and the frog. PRICKLE1 physically interacts with two other core PCP members, Dishevelled and Strabismus/Vang. In the present study we investigated the role of PRICKLE1 in the aetiology of NTDs in a large cohort of 810 patients through resequencing of its open reading frame and exon-intron junctions. The pathogenicity of the identified mutations was assessed through bioinformatics methods followed by a functional validation in a zebrafish system, in vivo. We identified in our cohort a total of nine novel mutations, of which seven affected conserved amino acids: p.Ile69Thr, p.Asn81His, p.Thr275Met, p.Arg682Cys, p.Ser739Phe, p.Val550Met and p.Asp771As. These mutations were predicted to affect the function of the protein in silico and were absent in a large cohort of ethnically-matched controls. Co-injection of these variants with the wild type pk1 in zebrafish oocytes revealed that one mutation, p.Arg682Cys, antagonized the CE phenotype induced by the wild-type zebrafish prickle1a in a dominant fashion. Our study demonstrates that PRICKLE1 can represent a predisposing factor for human NTDs and further expands our knowledge on the role that PCP genes in the pathogenesis of these malformations.

Il existe de nombreux mécanismes impliqués dans le développement des tissus qui nécessitent que des cellules ou des groupes de cellules s’orientent et se polarisent. Les protéines de la voie de la polarité planaire (PP) s’associent pour former des complexes à la membrane et créer des asymétries proximo-distale. Vangl2 et Scrib1 ont été identifiés comme les deux premiers gènes impliqués dans la PP chez les mammifères. Lors de ma thèse, je me suis intéressé à ces deux protéines et à certains des complexes dans lesquelles elles sont impliquées. Dans un premier temps, nous avons montré l’implication directe de Scribble1 dans le trafic après endocytose des récepteurs NMDA. Scrib1 interagit avec les récepteurs NMDA grâce à ses domaines PDZ. Scribble1 peut interagir avec le complexe AP2 qui intervient dans l’endocytose des récepteurs. Cette étude a permis de définir un nouveau mécanisme dans lequel Scrib1 régule la quantité de récepteurs NMDA à la membrane et donc participe à la plasticité synaptique. Vangl2 est l’une des protéines transmembranaires les plus en amont de la voie de la PP. Nous avons identifié un nouveau partenaire nommé "Axin Interaction partner and Dorsalization Antagonist" (AIDA). Nous avons montré, par double hybride en levure et pull down, l’interaction de Vangl2 avec les deux isoformes de AIDA et leur colocalisation en COS7 et neurones. Ensemble, ces données présentent AIDA comme un très bon candidat pour le maintien de Vangl2 aux jonctions adhérentes et/ou pour son adressage à la membrane. Ces études nous ont permis d’améliorer notre compréhension des mécanismes impliquant les protéines de la polarité planaire. / There are many mechanisms involved in the development of tissues that require cells or groups of cells orient and polarize. The proteins of the planar cell polarity (PCP) combine to form complexes with the membrane and create proximal-distal asymmetries. Vangl2 and Scrib1 have been identified as the first two genes involved in the PCP in mammals. In this study, I am interested in these two proteins and some of the complex in which they are involved. At first, using techniques of biochemistry, cell biology and biophysics, we showed the direct involvement of Scribble1 in traffic after endocytosis of NMDA receptors. Scrib1 interacts with NMDA receptors through its PDZ domains. Due to this binding motif between PDZ1 and PDZ2 of Scrib1, it can interact with the AP2 complex which is involved in receptor endocytosis. This study has identified a new mechanism in which Scrib1 regulates the amount of NMDA receptors on the membrane and is therefore involved in synaptic plasticity. Vangl2 is a transmembrane protein of the most upstream of the PCP pathway. We have identified a new partner named "Axin Interaction partner and Dorsalization Antagonist" (AIDA). We have shown, by yeast two-hybrid and pull down the interaction of Vangl2 with two isoforms of AIDA and collocation in COS7 and neurons. Together, these data show AIDA as a very good candidate for maintaining Vangl2 to adherens junctions and/or its membrane targeting. These studies have allowed us to improve our understanding of the mechanisms involving the planar polarity proteins.

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales parmi les plus fréquentes chez l’humain en touchant 1-2 nouveau-nés par 1000 naissances. Elles résultent d’un défaut de fermeture du tube neural pendant l’embryogenèse. Les formes les plus courantes d'ATN chez l'homme sont l'anencéphalie et le spina-bifida. Leur étiologie est complexe impliquant à la fois des facteurs environnementaux et des facteurs génétiques. Un dérèglement dans la signalisation Wnt, incluant la signalisation canonique Wnt/β-caténine et non-canonique de la polarité planaire cellulaire (PCP), peut causer respectivement le cancer ou les anomalies du tube neural (ATN). Les deux voies semblent s’antagoniser mutuellement. Dans cette étude, nous investiguons les rôles de Lrp6 et deANKRD6, entant qu’interrupteurs moléculaires entre les deux voies de signalisation Wnt, et CELSR1, en tant que membre de la PCP, chez la souris mutante Skax26m1Jus, générée par l’agent mutagène N-Ethyl-N-Nitrosuera, et dans une cohorte de patients humains ATN. Pour Lrp6, nous avons démontré que Skax26m1Jus représente un allèle hypermorphe de Lrp6 avec une augmentation de l’activité de la signalisation Wnt/canonique et une diminution de l’activité JNK induite par la voie PCP. Nous avons également montré que Lrp6Skax26m1Jus interagit génétiquement avec un mutant PCP (Vangl2Lp) où les doubles hétérozygotes ont montré une fréquence élevée d’ATN et des défauts dans la polarité des cellules ciliées de la cochlée. Particulièrement, notre étude démontre l'association des nouvelles et rares mutations faux-sens dans LRP6 avec les ATN humaines. Nous montrons que trois mutations de LRP6 causent une activité canonique réduite et non-canonique élevée. Pour ANKRD6, nous avons identifié quatre nouvelles et rares mutations faux-sens chez 0,8% des patients ATN et deux chez 1,3% des contrôles. Notamment, seulement deux, des six mutations validées (p.Pro548Leu et p.Arg632His) ont démontré un effet significatif sur l’activité de ANKRD6 selon un mode hypomorphique. Pour CELSR1, nous avons identifié une mutation non-sens dans l'exon 1 qui supprime la majeure partie de la protéine et une délétionde 12 pb. Cette perte de nucléotides ne change pas le cadre de lecture et élimine un motif putatif de phosphorylation par la PKC " SSR ". Nous avons également détecté un total de 13 nouveaux et rares variants faux-sens qui avaient été prédits comme étant pathogènes in silico. Nos données confirment le rôle inhibiteur de Lrp6 dans la signalisation PCP pendant la neurulation et indiquent aussi que les mutations faux-sens identifiées chez LRP6 et ANKRD6 pourraient affecter un équilibre réciproque et un antagonisme très sensible à un dosage précis entre les deux voies Wnt. Ces variants peuvent aussi agir comme facteurs prédisposants aux ATN. En outre, nos résultats impliquent aussi CELSR1 comme un facteur de risque pour les anomalies du tube neural ou l’agénésie caudale. Nos résultats fournissent des preuves supplémentaires que la voie de signalisation PCP a un rôle pathogène dans ces malformations congénitales et un outil important pour mieux comprendre leurs mécanismes moléculaires. / Neural tube defects (NTDs) are among the most common congenital malformations in humans affecting 1–2 infants per 1000 births. NTDs are caused by failure of the neural tube to close during embryogenesis. The most common forms of NTDs in humans are anencephaly and spina bifida. Their etiology is complex implicating environmental and genetic factors. Wnt signaling has been classified as canonical Wnt/ β-catenin dependent or non-canonical planar cell polarity (PCP) pathway. Misregulation of either pathway is linked mainly to cancer or neural tube defects (NTDs) respectively. Both pathwaysseem to antagonize each other. In this study, we investigate the role of Lrp6andANKRD6 as molecular switches between both Wnt pathways as well as CELSR1 as PCP member, in a novel ENU mouse mutant of Lrp6 (Skax26m1Jus) and in human NTDs. For Lrp6, we demonstrate that Skax26m1Jus represents a hypermorphic allele of Lrp6 with increased Wnt canonical and abolished PCP-induced JNK activities. We also show that Lrp6Skax26m1Jusgenetically interacts with a PCP mutant (Vangl2Lp) where double heterozygotes showed an increased frequency of NTDs and defects in cochlear hair cells’ polarity. Importantly, our study also demonstrates the association of rare and novel missense mutations in LRP6 that is an inhibitor rather than an activator of the PCP pathway with human NTDs. We show that three LRP6 mutations in NTDs led to a reduced Wnt canonical activity and enhanced PCP signaling. For ANKRD6: We identified four rare missense mutations in 0.8% of the NTD patients and 2 rare missense mutations in 1.3% of the controls. Notably, when all 6 mutations were validated, only two mutations identified in NTD patients, p.Pro548Leu, p.Arg632His, significantly altered DIVERSIN activity in Wnt signaling assays in a hypomorphic fashion. For CELSR1: We identified one nonsense mutation in exon 1 of CELSR1 that truncates the majority of the protein in one NTD patient and one in-frame 12 bp deletion that removes a putative PKC phosphorylation“SSR” motif in one caudal agenesis patient. We also detected a total of 13 novel missense variants in 12 patients (11 NTDs and 1 caudal agenesis) that were predicted to be pathogenic in silico. Our data confirm an inhibitory role of Lrp6 in PCP signaling in neurulation and indicate that rare missense mutations in LRP6 and ANKRD6 could affect a balanced reciprocal and a highly dosage sensitive antagonism between both Wnt pathways in neurulation and act as predisposing factors to NTDs in a subset of patients. Also, our findings implicate CELSR1 as a risk factor for NTDs or caudal agenesis. Our findings provide additional evidence for a pathogenic role of PCP signaling in thesemalformations and an important tool for better understanding their molecular mechanisms.

Une partie du cœur est formée à partir des cellules progénitrices du second champ cardiaque, qui permettent une élongation rapide du tube cardiaque. Des défauts dans le développement de ces cellules entrainent des malformations cardiaques congénitales. Ces cellules sont localisées dans le péricarde dorsal au sein du mésoderme pharyngé. Mon travail de thèse a permis de démontrer pour la première fois que ces cellules sont épithéliales et polarisées, et qu’elles forment des filopodes dynamiques du côté basal. La délétion du facteur de transcription Tbx1 perturbe la polarité des cellules et la formation des filopodes, et augmente le niveau de la protéine apicale aPKCζ. Le traitement avec un activateur de aPKCζ montre le lien entre l’intégrité épithéliale, la polarité et la formation des filopodes, et l’état progéniteur des cellules. J’ai également analysé la polarité planaire dans l’épithélium, et montrais que les cellules sont anisotropiques, étirées et allongées en direction du pole artériel. Cet étirement crée une tension orientée, révélée par une accumulation polarisée d’actomyosine, jouant le rôle de rétrocontrôle négatif. En absence d‘élongation du tube cardiaque cette tension orientée est absente. Nous avons identifié une région postérieure de l’épithélium où se trouvent une tension et une prolifération élevées, ainsi qu’une forte activité YAP/TAZ qui jouerait le rôle de relai entre tension et prolifération. La tension orientée oriente les divisions cellulaires et oriente ainsi la croissance du tissu, promouvant l’addition des cellules au pole artériel. La biomécanique des cellules du second champ cardiaque semble ainsi un moteur important pour l’élongation du cœur. / A major part of the heart is formed by progenitor cells called the second heart field, that contribute to rapid elongation of the heart tube. Defects in second heart field development leads to congenital heart malformations. Second heart field cells are localised in pharyngeal mesoderm in the dorsal pericardial wall. This study focuses on the epithelial properties of second heart field cells and first shows that these progenitors in the dorsal pericardial wall are epithelial and polarised, and form dynamic basal filopodia. Deletion of the transcription factor Tbx1 perturbs epithelial polarity and filopodia formation and upregulates the apical determinant aPKCζ. Treatment with an activator of aPKCζ reveals that epithelial integrity, polarity and basal filopodia are coupled to the progenitor status of second heart field cells. Next we evaluated planar polarity of second heart field cells in the dorsal pericardial wall. Cells are anisotropic, being stretched and elongated on an axis directed towards the arterial pole. This stretch results in oriented epithelial tension revealed by polarised actomyosin accumulation through a negative feedback loop. In the absence of cell addition to the cardiac poles oriented tension is absent. We identified a posterior region in the epithelium with high tension, elevated proliferation and a high level of active YAP/TAZ that may act as relay between tension and proliferation. Oriented tension orients the axis of cell division and the growth of the tissue on an axis toward the arterial pole, further promoting addition of the tissue to the pole. Biomechanical feedback may thus be an important driver of heart tube elongation.