Le développement du cerveau nécessite une organisation finement régulée du système nerveux. Celle-ci dépend de mécanismes tels que la neurogenèse, la neuromigration et l'élaboration de contacts des neurones avec les cellules voisines et la matrice extracellulaire. Pour ce faire, plusieurs molécules sont mises à contribution, dont des facteurs de croissance, des protéases, des molécules d'adhésion cellulaire et de guidage ainsi que les composantes de la matrice extracellulaire. La céruloplasmine (CP) est une glycoprotéine à cuivre bleu de 132 kDa. Principalement sécrétée par les hépatocytes dans la circulation systémique, la CP est également exprimée à la surface d'astrocytes dans le cerveau. Elle agit à titre de principal transporteur plasmatique du cuivre, présente des propriétés antioxydantes et possède des activités oxydasique et ferroxydasique. Cette dernière activité fait de la CP un important régulateur du métabolisme du fer dans l'organisme. Nous avons montré dernièrement que la CP peut induire, in vitro, l'agrégation de neurones nouvellement différenciés de cellules souches embryonnaires P19. Cette action soulève la possibilité d'un rôle de la CP dans l'organisation du système nerveux en développement. Nous testons l'hypothèse que les mécanismes de cette neuroagrégation pourraient dépendre (1) de l'existence de récepteurs neuronaux de la CP, lesquels pourraient être purifiés par chromatographie d'affinité sur de la CP immobilisée en vue de leur caractérisation, et/ou (2) d'une action de protéases compte tenu que des protéases sont impliquées dans l'organisation du système nerveux en développement. Les résultats montrent que la CP peut être couplée à des billes de CNBr-Sepharose avec une efficacité de 100% pour un rapport de 7 mg de protéine par ml de gel. La CP couplée conserve 57% de son activité oxydasique initiale alors que la protéine libre incubée dans des conditions similaires a perdu 82% de son activité. Ainsi, l'immobilisation a un effet protecteur sur l'activité et donc la conformation de la CP. La colonne chromatographique CP-agarose a permis de retenir spécifiquement une protéine de 30 kDa à partir d'extraits de protéines membranaires d'érythrocytes bovins. Cette protéine pourrait correspondre à la forme monomérique du récepteur érythrocytaire rapporté dans la littérature. Des extraits de cerveaux de rat ont été déplétés de leur CP endogène puis chromatographiés sur un gel de CP-agarose. Une protéine de 45 kDa, éluée de ce gel, est reconnue par un anticorps anti-CP, indiquant une fragmentation de la CP immobilisée par une protéase de l'extrait. Ce fragment pourrait avoir une signification biologique puisqu'une forme immunoréactive de 45 kDa de la CP prédomine dans le cerveau de rats adultes et de nouveau-nés, contrairement à la forme native de 132 kDa qui prédomine dans la circulation. Le SBTI (inhibiteur de trypsine de la fève de soya) et l'aprotinine, des inhibiteurs de protéases à sérine, inhibent l'agrégation de neurones P19 induite par l'addition de CP native in vitro. Les neurones traités avec la CP en présence de ces inhibiteurs sont bien répartis sur le support de culture et étendent de nombreux neurites, contrairement aux neurones traités avec la CP seulement. En aucun cas la CP n'est dégradée dans le milieu neuroconditionné. La reeline, une protéase à sérine extracellulaire ayant un rôle établi dans la neuromigration développementale, existe sous des formes de 400, 300 et 180 kDa dans le cerveau, alors que les neurones P19 sécrètent la reeline sous formes de 400 et 180 kDa. Le traitement des neurones avec la CP induit la production de la forme de 300 kDa, production inhibée par le SBTI et l'aprotinine. Alors que l'existence de récepteurs neuronaux de la CP demeure pour le moment élusive, les résultats indiquent qu'une activité protéasique serait impliquée dans l'action neuroagrégative de la CP et que la reeline et non la CP serait une cible de cette activité. L'ensemble du travail supporte donc l'hypothèse que l'action neuroagrégative de la CP in vitro reflète l'implication de la protéine dans la neuromigration in vivo. Il soulève aussi la possibilité que des fragments physiologiques de la CP aient une action neuroagrégative comme celle de la CP native. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Céruloplasmine, neurones P19, migration neuronale, reeline, activité protéolytique

La polarité consiste en la ségrégation asymétrique de protéines, lipides ou organites au sein des cellules. Les cellules épithéliales sont un exemple de cellules hautement polarisées, avec un pôle apical, orienté vers l’extérieur, et un pôle basolatéral, orienté vers les tissus sous-jacents. Ces deux domaines sont séparés par des jonctions empêchant le passage des protéines d’un domaine à l’autre de la membrane. Par ailleurs, ces cellules organisent une polarité planaire in vivo, cruciale pour permettre différents processus morphogénétiques. La mise en place d’une telle organisation requiert la présence d’un trafic polarisé au sein des cellules pour adresser les différentes protéines au domaine adéquat de la membrane. Au cours de ma thèse j'ai étudié les mécanismes mis en place par le trafic intracellulaire pour permettre une telle organisation, avec pour modèle l’épiderme latéral du nématode Caenorhabditis elegans. D’une part, mes travaux de thèse ont mis en évidence dans les larves de nouveaux mécanismes de tri apico-basal d’une protéine essentielle pour la cohésion des tissus, la E-cadhérine. Ainsi, une première voie de tri impliquant le complexe adaptateur pour la clathrine AP-1, son interacteur physique SOAP-1 et la clathrine a été caractérisée. Un rôle pour la petite GTPase RAB-1 a également été mis en lumière dans ce processus. D’autre part, mes travaux ont mis en évidence un rôle pour cette petite GTPase RAB-1 dans l’organisation de la polarité planaire des cellules de l’épiderme au cours de la morphogenèse dans l’embryon. En effet, RAB-1 est requise pour localiser les protéines PAR spécifiquement au niveau des jonctions antéro-postérieures entre deux cellules et orienter le cytosquelette d’actine de manière perpendiculaire à l’axe antéro-postérieur. RAB-1 pourrait agir dans ce processus à trois niveaux : avec les protéines de polarité planaire Frizzled/MOM-5 et Dishevelled/DSH-2, via les phosphoinositides contrôlés par RAB-35 et OCLR-1 et/ou en régulant la tension générée à l'échelle du tissu. / Polarity is defined by the asymmetric segregation of proteins, lipids or organelles inside cells. Epithelial cells are highly polarized with an apical domain, facing the outside of the organism, and a basolateral domain facing the underlying tissues. These domains are separated by junctions to prevent diffusion between the two membrane domains. Moreover, these cells are planar polarized, a crucial process to ensure correct morphogenesis. Such an organization requires polarized membrane traffic in order to ensure proper targeting of proteins to the right domain of the plasma membrane. During my PhD, I studied the impact of membrane traffic on epithelial cell polarity by focusing on the lateral epidermis in the nematode Caenorhabditis elegans. On the one hand, my work revealed new mechanisms involved in apico-basal sorting of E-cadherin, an essential adhesion protein, in larvae. A sorting pathway involving the clathrin adaptor AP-1, its physical interactor SOAP-1 as well as clathrin has been shown to be essential for a proper apical localization of E-cadherin. Similarly, the small GTPase RAB-1 is also crucial for that process. On the other hand, my work revealed a function for RAB-1 in the planar polarity of epidermal cells during embryonic morphogenesis. RAB-1 is required to properly localize PAR proteins at antero-posterior junctions as well as to polarize actin fibers perpendicularly to the antero-posterior axis in epidermal cells. This function of RAB-1 could be linked to three pathways: the classical planar cell polarity proteins Frizzled/MOM-5 and Dishevelled/DSH-2, the phosphoinositides controlled by RAB-35 and OCRL-1 and/or by regulating tissue-level tension.

La tomographie optique cohérente (OCT) est maintenant une technique établie permettant de visualiser la morphologie interne de l'œil. L'objectif est maintenant d'atteindre des résultats similaires dans des tissus fortement diffusants. Une limite des études précédentes en OCT s'avère être sa faible résolution en comparaison des techniques d'histologie traditionnelle. La tomographie optique cohérente plein-champ (FFOCT), une variante de l'OCT également basée sur l'interférométrie en lumière faiblement cohérente, produit des images à l'échelle du micron sur un large champ de vue au moyen d'une simple camera et d'une lampe halogène. Dans ces travaux, un système FFOCT a été testé en conditions cliniques afin d'examiner de larges lésions mammaires, jusqu'à 1 cm², ainsi que des biopsies. Un ensemble de critères diagnostiques ont pu être identifiés pour différencier tissus bénins de malins, avec de premiers résultats encourageants; toutefois une amélioration du contraste endogène s'avère nécessaire. Une méthodologie exploitant les différences d'atténuation s'est montré limitée par une forte hétérogénéité des tissus sur une profondeur de quelques microns. En outre, la profondeur de pénétration de la technique a été améliorée au moyen d'un système opérant dans l'infrarouge et d'une huile de silicone en tant que liquide d'immersion. Finalement, l'imagerie tridimensionnelle in-vivo a pu être démontrée pendant les 4 jours de la métamorphose d'une Drosophile melanogaster. Le dispositif a pu suivre la croissance de chaque organe sur près de 80 µm avec une résolution isotrope à l'échelle du micron ouvrant ainsi des perspectives d'applications en biologie du développement.

Mes travaux ont porté sur l'étude de deux familles de protéines de liaison à l'ARN, la famille des ARE-BP (AU-rich elements binding protein) et la famille des PTB (Polypyrimidine tract binding protein) au cours du développement chez le xénope. L'étude de l'expression de cinq membres de la famille ARE-BP a mis en évidence une redondance d'expression tissulaire et temporelle entre quatre de ces ARE-BP (AUF1, KSRP, HuR et TIA1). A l'inverse, l'expression atypique de TTP a permis de suggérer son implication dans l'hématopoïèse. Mes travaux sur la famille PTB (PTBP1, PTBP2, PTBP3) ont montré que chacun des paralogues présente une expression spécifique ce qui suggère qu'elles aient des fonctions différentes lors du développement. Des résultats du laboratoire montraient que l'inactivation de PTBP1 ou de EXOSC9, un composant de l'exosome ARN, entraînait des défauts de morphogenèse de l'épiderme dorsal. Afin d'identifier l'origine moléculaire de ces défauts, j'ai réalisé l'analyse transcriptomique par séquençage à haut débit (RNA-Seq) des morphants PTBP1 et EXOSC9. J'ai produit des banques d'ADNc à partir des morphants ou d'embryons témoins et celles-ci ont été séquencées au Génoscope. L'analyse d'une cible connue de PTBP1 a montré que des modifications minoritaires de l'épissage étaient détectées à partir de ces données. De plus ces défauts d'épissage ne sont pas retrouvés dans les morphants EXOSC9, validant son utilisation comme crible additionnel permettant d'exclure les évènements d'épissage qui ne sont pas impliqués dans le défaut d'épiderme. Une approche gène candidat a été initiée afin de cibler l'analyse de transcrits impliqués dans la morphogenèse de l'épiderme dorsale.

Mon projet de thèse s’inscrit dans le cadre des études visant à comprendre comment les cellules embryonnaires intègrent les différents signaux auxquels elles sont exposées pour s’engager dans une voie de différenciation définie. Il est plus particulièrement centré sur le rôle des protéines Smad dans ces processus et peut se diviser en deux axes de recherche. Le premier a trait au rôle de Mad (Smad1) dans les interactions entre signaux Wnt (Wg) et BMP chez la drosophile. Nous avons pu démontrer que la forme Mad non phosphorylée par le récepteur BMP se lie au complexe transcriptionnel ß-catenin/dTCF et est requise pour le signal Wnt canonique. La phosphorylation de Mad par le récepteur BMP dirige Mad vers la voie BMP, créant la possibilité d’une compétition entre ces deux classes de signaux. Le second axe de recherche concerne le facteur de transcription Smad4 qui est requis pour la transduction des signaux TGF-ß et BMP. J’ai pu identifier trois sites potentiels de phosphorylation par la kinase GSK3 dans la séquence primaire de Smad4. En utilisant de nombreuses techniques de biochimie, j’ai pu montrer que Smad4 est phosphorylé par la kinase Erk, puis par GSK-3 en réponse à un signal FGF. Lorsque Smad4 est doublement phosphorylé, il est reconnu par une E3-ligase, beta-TrCP, ce qui entraine sa polyubiquitination et sa dégradation. La voie Wnt étant capable d’inhiber GSK-3, j’ai pu montrer que Smad4 est stabilisé par des signaux Wnt. Ce mécanisme augmente la sensibilité des cellules aux signaux TGF-beta lorsqu’elles reçoivent également un signal Wnt. / During my PhD I studied how cells receive and integrate multiple signals from the extracellular milieu. I focused on Smad proteins and my project can be divided into two parts. My first project was centered on the transcription factor Mad (Smad1) and its requirement for the BMP and Wg pathways. Using a combination of genetic and biochemistry experiments, we showed that Mad is required for Wg signaling both in Tcf reporter gene assays and in vivo in Drosophila. We found that the choice for Mad to transduce Dpp or Wg signals is controlled by C-terminal phosphorylations so that Mad binds to Pangolin and participates in Wg target genes transcription only when not phosphorylated at its C-terminus. This results in a competition between Dpp and Wg controlled by the phosphorylation state of Mad. My second project was focused on the tumor suppressor Smad4. When I first joined the lab, I identified three new potential GSK3 phosphorylation sites in Smad4 primary sequence. I used a home-made phospho-specific antibody to demonstrate that FGF or EGF stimulation trigger Erk-mediated phosphorylation of Smad4 which primes subsequent GSK3 phosphorylations. These phosphorylations regulate a transcription activation domain located in Smad4 linker region and generate a Wnt-regulated phosphodegron recognized by the E3 ligase beta-TrCP. This mechanism provides a means of integrating distinct pathways which would otherwise remain insulated, allowing cells to sense FGF and Wnt inputs and adapt TGF-beta outcome to their context. It provides a molecular explanation of the long-standing mystery of the “competence modifier” effect of Wnt on Nodal signals discovered 20 years ago.

L'une des caractéristiques les plus frappantes des animaux multicellulaires, aussi appelés les métazoaires, est leur étonnante diversité morphologique. Des études de type phylogénétique ont permis de mettre en relation cette abondance et cette variété observées au sein des formes de vie animale avec des différences au niveau de processus moléculaires, cellulaires, tissulaires et organiques. Parmi ces différences, celle affectant les programmes de développement apparaît comme un aspect clé de la diversité des métazoaires. Les programmes de développement reposent entre autres sur la mise en œuvre de communications entre cellules, ou entre milieu environnant et cellules, et ces communications sont assurées au niveau moléculaire par le déploiement de cascades d'activités protéiques nommées les voies de signalisation. Une des voies de signalisation essentielles au cours du développement de nombreux métazoaires est la voie de l'acide rétinoïque (AR). Le fonctionnement et les rôles de cette voie pendant le développement animal ont fait l'objet de nombreuses recherches, ces travaux ayant aboutis à des découvertes majeures. Néanmoins des analyses supplémentaires restent requises afin de mieux comprendre l'histoire évolutive de cette voie, du métabolisme de l'AR à la transmission de son signal, en passant par l'identification de ses gènes cibles, ses interactions avec d'autres voies de signalisation, et ses fonctions au cours du développement, le tout au sein du règne animal. Dans ce contexte, étudier cette voie chez un métazoaire tel que le céphalochordate amphioxus, qui possède une voie de signalisation de l'AR équivalente à celle des vertébrés, mais avec une redondance moléculaire moindre, représente une étape importante pour identifier l’architecture et les fonctions ancestrales de cette voie parmi les chordés.Chez l’amphioxus, la voie de signalisation de l'AR est étudiée depuis plus de 20 ans, mais peu de choses sont encore connues sur la régulation de la biodisponibilité de l'AR pendant le développement et sur la nature de ses gènes cibles et du réseau régulateur qu’ils définissent. Le but de mon travail de thèse a par conséquent été d’étudier ces deux aspects fondamentaux de la voie de signalisation de l'AR chez l'amphioxus. Au cours de mon projet de recherche, j’ai utilisé comme modèle d’étude l'amphioxus européen, Branchiostoma lanceolatum, pour lequel j’ai également mis en œuvre de nombreuses améliorations du système de culture ainsi que développer des techniques d’analyses in vivo, comme la microinjection d'ARNm dans des œufs. / One of the most striking features of multicellular animals, the metazoans, is their amazing morphological diversity. Even though phylogenetic research has made remarkable progress towards revealing how the abundance and variety of animal life forms relates on the molecular, cellular, tissue, and organismal level, the alteration of developmental programs has been revealed as a key aspect in this process. During development, a rather limited number of signaling pathways has been shown to be instrumental for generating metazoan diversity. The retinoic acid (RA) signaling pathway is one of these instrumental signaling cascades. A significant amount of time and work has been used to characterize the functions and roles of RA signaling during development, although further work is required to better understand the evolutionary history of the RA signaling network, from metabolism to signal transduction passing by the interactions with other signaling cascades and its developmental functions and how they evolve with time. In this context, model organisms with representative, vertebrate-like RA signaling cascades, such as the cephalochordate amphioxus, will be an important case-study in order to identify the blueprint of an ancestral RA network.The amphioxus RA signaling pathway was initially studied about 20 years ago, even though not much is known about the bioavailability of RA during development. Moreover, the target genes of the RA signaling pathway and their hierarchical relationship during amphioxus development represent an interesting open question. Therefore, this work aimed at providing a detailed description of two fundamental aspects of the RA signaling pathway during amphioxus development: (1) the regulation of the bioavailability of RA in the developing embryo and (2) the target genes under the control of the RA signaling pathway together with their hierarchical regulatory relationship. To address these questions, the European amphioxus, Branchiostoma lanceolatum, was used as a model system.During my research project, not only these questions were fundamental, but also the implementation of amphioxus as a reliable model system and thus the establishment of multiple aquaculture improvements as well as in vivo techniques, such as the microinjection of mRNAs into amphioxus eggs. Furthermore, to characterize the bioavailability of RA during development of amphioxus, I focused on the study of the enzymes that mediate the catabolism of RA endogenously, the CYP26 subfamily proteins. I thus described the evolutionary diversification of CYP26 genes in deuterostomes as well as their expression, their function and the mechanisms that govern the feedback loop controlled directly by RA during amphioxus development.Additionally, to shed light on the target genes under the control of the RA signaling pathway during amphioxus development, I combined pharmacological treatments using retinoid-specific drugs with two different techniques of high throughput sequencing: RNAseq, that revealed the entire RNA profile and thus the genes being expressed at a given moment in time, and ATACseq (assay for transposase-accessible chromatin) that provided a global overview of accessible regions of the chromatin (i.e. open chromatin regions). By combining the data obtained by these techniques, I revealed a new set of genes that are under the control of the RA signaling pathway as well as new potential regulatory loops driving RAR-mediated expression. Moreover, I established a framework to characterize gene hierarchies during development that can be widely applied to other signaling pathways and organisms.

Au cours du développement, les cellules sont progressivement séparées dans des territoires distincts délimités par des frontières embryonnaires. La première ségrégation a lieu pendant la gastrulation, quand l’embryon s’organise en trois feuillets embryonnaires, l’ectoderme, le mésoderme et l’endoderme. Les mécanismes moléculaires et cellulaires assurant cette ségrégation n’ont pas encore été élucidés. Au cours de ma thèse, je me suis focalisée sur l’internalisation de l’endoderme chez le poisson-zèbre. À partir de résultats in vitro, il a été suggéré que les progéniteurs de feuillets embryonnaires soient ségrégés par un tri cellulaire passif. En combinant des expériences de transplantation de cellules, une imagerie confocale en temps réel et des analyses fonctionnelles, j’ai montré que l’internalisation des cellules endodermiques est due en réalité à un processus de migration active dépendante de Rac1 et de son effecteur Arp2/3, un régulateur direct de l’actine. De manière surprenante, les cellules endodermiques ne sont pas attirées par leur destination interne, mais semblent plutôt migrer hors de leurs voisines. Ce processus est dépendant de la voie Wnt/PCP et de la N-cadhérine. De plus, la N-cadhérine est suffisante pour induire l’internalisation de cellules ectodermiques, sans modifier leur identité. Dans leur ensemble, ces résultats conduisent à un nouveau modèle de formation des feuillets embryonnaires dans lequel les cellules endodermiques migrent activement hors de l’épiblaste pour atteindre leur position interne dans l’embryon. / During development, cells are progressively separated into distinct territories, delimited by embryonic boundaries. The first segregation event occurs during gastrulation, when the embryo is organised in three germ-layers, the ectoderm, the mesoderm and the endoderm. The molecular and cellular mechanisms ensuring this segregation have not yet been elucidated. During my PhD thesis, I have focused on the endoderm internalisation in the zebrafish embryo. Based on in vitro results, it has been suggested that germ-layer progenitors would be segregated by a passive cell sorting. Combining cell transplantation, live confocal microscopy and functional analyses, I have shown that endodermal cell internalisation actually results from an active migration process dependent on Rac1 and its effector Arp2/3, a direct regulator of actin. Strikingly, endodermal cells are not attracted to their internal destination but rather appear to migrate out of their neighbouring cells. This process is dependent on the Wnt/PCP pathway and N-cadherin. Furthermore, N-cadherin is sufficient to trigger the internalisation of ectodermal cells, without affecting their fate. Overall, these results lead to a new model of germ-layer formation, in which endodermal cells actively migrate out of the epiblast to reach their internal position.

Les lignées de cellules souches embryonnaires humaines (hES) et maintenant de cellules souches induites à la pluripotence (hiPS) sont des cellules qui présentent deux caractéristiques uniques : elles sont d'une part capables de s'auto-renouveler de manière continue en culture ce qui permet de générer de grande quantité de cellules et d'autre part, elles présentent la capacité de se différencier en n'importe quelle cellule de l'organisme lorsqu'elles sont soumises à un environnement permissif adéquat. Ces deux propriétés permettent d'envisager de nombreuses applications médicales comme la thérapie cellulaire mais aussi des applications dans le domaine de l'industrie pharmaceutique grâce au développement de modèles cellulaires innovants. Ce mémoire de thèse a pour objectif de présenter les caractéristiques biologiques principales de ces cellules et les enjeux médicaux et pharmaceutiques qu'elles représentent pour le futur, notamment pour le pharmacien.

Les organismes produisent des organes de formes similaires, malgré une forte variabilité intrinsèque. La régulation de la forme des organes a été largement étudiée, cependant la robustesse des formes est encore mal comprise. Une plante telle qu’Arabidopsis possède de nombreux sépales, notre système modèle car il est possible d’étudier leur variabilité. Comme les cellules végétales contrôlent leur croissance à travers les propriétés mécaniques de leur paroi, ma thèse vise à étudier le lien entre mécanique cellulaire et robustesse des formes.J’ai d’abord cherché à comprendre si la forme des organes est influencée par la réaction cellulaire aux contraintes mécaniques induites par la croissance. J’ai validé cette hypothèse grâce un modèle mécanique, et fait des prédictions de la forme des sépales qui ont été confirmées expérimentalement par un collaborateur.D’autre part, j’ai mesuré les propriétés mécaniques de la paroi qui se révèlent spatialement hétérogènes. L’ajout de cette hétérogénéité dans le modèle conduit à des organes de forme variable. J’ai obtenu des formes robustes en ajoutant de la variabilité temporelle, et j’ai montré que, contre-intuitivement, le niveau de variabilité spatiale est anti-corrélé avec la robustesse des formes.Ces prédictions ont été testés en étudiant un mutant présentant des formes de sépales variables. J’ai en particulier montré que les propriétés mécaniques de ce mutant étaient moins variables spatialement que le sauvage. Ainsi, ma thèse a permis de mieux comprendre la régulation de la robustesse de forme des organes, en particulier en montrant que la variabilité des propriétés mécaniques peut conduire à une robustesse des formes. / Developmental robustness is the ability to produce similar phenotypes despite intrinsic variability.Regulation of organ shape has been widely studied, but regulation of organ shape reproducibility is yet to be elucidated.A. thaliana sepals, flower external organs, can be used to study such robustness : each plant produces more than 60 flowers, allowing variability measurement.Plant cells modulate their surrounding cell wall stiffness and anisotropy to control growth, thus my PhD aims at elucidating the role of cell wall mechanics on organ shape robustness.Cells sense their physical environment and accordingly adjust their cell wall mechanics: we studied whether the strength of this feedback influenced organ shapes. Using a model, I showed that a strong feedback lead to the formation of a pointy sepal tip; this prediction was experimentally validated by a PhD student of the team.Measurements of the cell wall mechanical properties using atomic force microscopy (AFM) showed that they were highly spatially variable. When this variability was added in the model, the organ shapes were variable. To get reproducible shapes, I increased the temporal variability of the mechanics: it smoothed the spatial variability over time. Likewise, decreasing spatial variability reduced organ shape robustness. These theoretical results suggest that spatial and temporal variability influence shape robustness.To experimentally test these results, our collaborators identified a mutant displaying less robust sepal shapes. Using AFM, I showed that the spatial variability was reduced in the mutant, confirming that mechanical spatial variability influenced shape robustness.

L'holoprosencéphalie (HPE) est une maladie rare due à une anomalie du développement précoce du prosencéphale. Les gènes impliqués appartiennent à des voies de signalisation cruciales pour le développement embryonnaire telles que les Nodal, Shh et Fgf. Des mutations de ces gènes n'expliquent que 30% des cas d'HPE. Différentes stratégies ont été mises en œuvre pour déterminer de nouveaux gènes responsables de l'HPE. Récemment, des délétions du gène DLL1, un ligand du récepteur Notch ont été identifiées chez des patients HPE. L'objectif de mon travail de thèse était de tester l'hypothèse d'un rôle de la voie Notch au cours du développement précoce du prosencéphale. Dans ce but, une inhibition de la voie Notch a été réalisée en utilisant une culture ex ovo d'embryon de poulet. Grâce à cela, j'ai pu identifier une activité de la voie Notch au niveau de l'hypothalamus présomptif, une structure ventrale du cerveau antérieur. Une approche transcriptomique a ensuite permis d'identifier les dérégulations survenant lors de l'inhibition pharmacologique de la voie Notch. Les expressions des cibles trancriptionnelles de la voie Notch telles que Hes5, Hey1, Ascl1 ou Nhlh1 m'ont permis de suggérer un modèle d'action par inhibition latérale lors de la neurogénèse de l'hypothalamus en développement. Les données transcriptomiques générées m'ont permis d'identifier de nouveaux gènes marqueurs de l'hypothalamus dont l'expression est sous l'influence de la voie Notch. Nos résultats suggèrent que ces gènes appartiennent à une boucle de régulation comprenant la voie Notch et des facteurs de neurogénèse tels que les gènes proneuraux. Mon travail a également permis de montrer que l'expression du gène majeur de l'HPE, le gène Shh, requérait une activité de la voie Notch précisément au niveau de l'hypothalamus. En conclusion, mes résultats montrent que la voie Notch contribue au développement précoce du cerveau. Ce constat ajoute un autre niveau de complexité à l'apparition de l'HPE et apporte de nouveaux arguments en faveur d'un modèle « multi-hit » pour cette pathologie. / Holoprosencephaly (HPE) is a rare disease corresponding to a failure of early prosencephalon development. Genes involved in HPE, belong to crucial signalling pathways for embryonic development as Nodal, Shh and Fgf. Mutations in these genes could explain only 30% of HPE cases. Different strategies were used to identify new genes in HPE. Recently, deletions of DLL1, a ligand of Notch receptor, have been identified in HPE patients. The aim of my thesis was to test hypothesis that Notch pathway has a role during the early prosencephalon development. First, I performed a pharmacological inhibition of Notch pathway in embryos that were cultured ex ovo. Thus, I could identify Notch activity at the level of primordium hypothalamus, a ventral structure of prosencephalon. Then, transcriptomic analyses were performed to identify deregulations occurring during Notch inhibition. Expressions of well known transcriptional targets of Notch pathway, Hes5, Hey1, Ascl1 and Nhlh1, indicated that Notch pathway might act by lateral inhibition in the neurogenesis of developing hypothalamus. From transcriptomic data, we identified novel markers of developing hypothalamus that will be regulated by Notch pathway. Our results suggest that these novel genes could be involved in the regulatory loop associating with Notch pathway and proneural genes. Then, I demonstrated that Notch activity is required to maintain Shh expression, a major gene involved in HPE, particularly in the hypothalamus. To conclude, adding the Notch pathway in the signalling pathway network involved in prosencephalon development, we provide other complexity level in the HPE appearance. Thus, these results support the hypothesis of a « multi-hit » model of HPE.