Abstract This thesis focuses on mammalian kidney development and in particular on the question of how two Wnt signalling pathway genes, an antagonistic Dkk1 and an agonistic ligand Wnt5a, regulate the process. Wnts are secreted ligands that are involved in many developmental processes, including gonadal differentiation and kidney development, but also in various diseases and malformations. Wnts form a large signalling family containing 19 different glycoprotein ligands in mammals. Wnt signalling occurs via two different intracellular pathways. A canonical pathway proceeds via beta-catenin, and a non-canonical pathway utilizes other signalling molecules. Dkk1 is an antagonist of the canonical pathway and Wnt5a is considered a ligand that activates the non-canonical signalling pathway. As part of the thesis, I have studied the role of Dkk1 in kidney morphogenesis using a conditional mouse model, in which the gene is deleted in a cell specific manner from the collecting ducts. Dkk1 deficiency increased renal papilla growth and the risk of hydronephrosis. Research pointed out that the lack of Dkk1 in the collecting ducts increased cell proliferation and disturbed the balance of canonical Wnt signalling, which led to an overgrowth of renal papilla. This led to functional phenotypes including increased water reabsorption and changes in ion secretion/absorption. These changes are most likely due to altered Wnt7b signalling. The second part of the thesis examines the role of the non-canonical Wnt5a gene in kidney development with a conventional knock out mouse model. At the time work began on the thesis, no corresponding kidney phenotype had been published. The primary finding in kidneys lacking Wnt5a was an altered basement membrane organization of the collecting ducts and glomeruli. The phenotype is most likely the reason behind morphological phenotypes which vary from bilateral kidney agenesis to duplex collecting system. Notably, during the course of this study we found a mutation in the human WNT5A gene of a CAKUT patient. This is the first time Wnts have been shown to organize kidney development via basement membrane formation. / Tiivistelmä Tämän väitöskirjan tarkoituksena on ollut tutkia munuaisen kehitystä ja kuinka kaksi Wnt-signalointireitin geeniä, signalointia estävä Dkk1 ja signalointia edistävä Wnt5a säätelevät sitä. Wnt ligandit ovat eritettäviä signaalimolekyylejä, jotka ovat osallisina monissa kehitysbiologissa prosesseissa kuten sukupuolen määräytymisessä ja munuaisen kehityksessä. Myös monissa taudeissa on havaittu muuntuneita Wnt geenien tuottotasoja. Wnt-geenit muodostava suuren signalointimolekyyliperheen, johon lukeutuu 19 jäsentä nisäkkäillä ja Wnt-signointi on jaettu perinteisesti kahteen signalointiryhmään. Dkk1 on kanonisen Wnt-signaloinnin estäjä ja Wnt5a:ta pidetään pääsaantiöisesti ei-kanonisena Wnt-ligandina. Väitöskirjassani olen tutkinut Dkk1 geenin toimintaa kohdennetussa Dkk1-poistogeenisessä hiiressä, jossa geenin toiminta on poistettu spesifisesti munuaisen kokoojaputkista. Dkk1:n puutos johtaa munuaisen papillan kasvuun ja lisää riskiä hydronefroksen muodostumiseen. Tutkimukset osoittivat että Dkk1:n puutos aiheuttaa lisääntynyttä solujakautumista kokoojaputkissa, jolloin Wnt-signaloinnin muutos aiheuttaa papillan ylikasvua. Ylikasvusta seuraa lisääntynyttä veden takaisin imeytymistä ja muutoksia ionien erittämisessä ja takaisin imeytymisessä. Todennäköisimmin muutokset johtuvat muuntuneesta Wnt7b signaloinnista, jota Dkk1 normaalisti säätelee. Väitöskirjan toisessa osassa tutkittiin ei-kanonisen reitin Wnt5a ligandin roolia munuaisen kehityksessä käyttäen poistogeenistä hiirimallia, jossa Wnt5a:n roolia munuaisenkehityksessä ei ollut julkaistu työn aloituksen aikaan. Wnt5a:n puutoksen havaittiin vaikuttavan tyvikalvon järjestymiseen kokoojaputkissa ja munuaiskeräsessä. Tyvikalvon häiriö on todennäköisin syy morfologisiin muutoksiin, jotka vaihtelevat molempien munuaisen puuttumisesta kaksois-kokoojatiehyen muodostumiseen. Työssä osoitetaan ensimmäistä kertaa kuinka Wnt-signalointireitin proteiinit säätelevät munuaisen kehitystä tyvikalvon muodostuksen kautta.

Doctor of Philosophy / Department of Biology / Michael A. Herman / The polarities of several cells that divide asymmetrically during C. elegans development are controlled by Wnt signaling. LIN-44/Wnt and LIN-17/Fz control the polarities of cells in the tail of developing C. elegans larvae, including the male-specific blast cell, B, which divides asymmetrically to generate a larger anterior daughter and a smaller posterior daughter. We determined that the canonical Wnt pathway components are not involved in the control of B cell polarity. However, POP-1/Tcf is involved and asymmetrically distributed to B daughter nuclei. Aspects of the B cell division are reminiscent of the divisions controlled by the planar cell polarity (PCP) pathway that has been described in both Drosophila and vertebrate systems. We identified C. elegans homologs of Wnt/PCP components and have determined that many of them appear to be involved in the regulation of B cell polarity and POP-1 asymmetric distribution to B daughter nuclei. Thus a non-canonical Wnt pathway, which is different from other Wnt pathways in C. elegans, but similar to the PCP pathways, appears to regulate B cell polarity. Molecular mechanisms of this PCP pathway were also investigated. We determined that LIN-17/Fz is asymmetrically distributed to the B cell cortex prior to, during, and after, division. Furthermore, the asymmetric localization of LIN-17::GFP is controlled by LIN-44/Wnt and MIG-5/Dsh. The cysteine rich domain (CRD), seven trans-membrane domain and KTXXXW motif of LIN-17 are required for LIN-17 to rescue lin-17, while only seven trans-membrane domains and KTXXXW motif are required for LIN-17 asymmetric localization. MIG-5::GFP asymmetrically localized to the B cell prior to and after division in a LIN-17/Fz dependent manner. We examined the functions of these MIG-5 domains. The DEP domain is required for MIG-5 membrane association, while the PDZ domain is responsible for different levels of MIG-5 in the B daughters. The DEP and PDZ domain are required to rescue B cell polarity defect of mig-5 males, while the DIX domain is not that important. In summary, a novel PCP-like pathway, in which LIN-17 and MIG-5 are asymmetrically localized, is conserved in C. elegans and involved in the regulation of B cell polarity.

La néphronophtise (NPH) est une néphropathie tubulo-interstitielle chronique de transmission autosomique récessive. Elle représente la cause génétique la plus fréquente des insuffisances rénales terminales de l’enfant et du jeune adulte (5 à 10%). Elle se caractérise au niveau histologique par des anomalies des membranes basales tubulaires, une fibrose interstitielle massive et par l’apparition tardive de kystes à la jonction cortico-médullaire. Dans 40% des cas, la NPH est associée à des atteintes extra-rénales, notamment oculaires, cérébelleuses ou osseuses, définissant de nombreux syndromes (Senior Løken, Joubert, Jeune, etc). Sur la quinzaine de gènes responsables de la maladie, sept ont été identifiés au laboratoire : NPHP1, NPHP4, NPHP8/RPGRIP1L, NPHP11/MKS3, NPHP12/TTC21B, NPHP13/WDR19 et IFT140. Les protéines codées par ces gènes forment des complexes moléculaires principalement localisés au niveau des jonctions cellulaires et du cil primaire des cellules épithéliales rénales, classifiant la NPH et les syndromes associés dans le groupe des "ciliopathies". Mes travaux de thèse se sont intégrés au projet de recherche de l'équipe, centré sur l'étude des mécanismes pathophysiologiques à l'origine des lésions observées dans la NPH. Pour cela, nous avons développé des modèles de cellules tubulaires rénales (MDCK, IMCD et HEK293), et des modèles animaux (souris et poisson zèbre en collaboration avec l'équipe de Sylvie Schneider-Maunoury UMR7622). Je me suis particulièrement intéressé à l'analyse des phénotypes cellulaires et à la caractérisation des voies de signalisation perturbées dans les cellules épithéliales rénales invalidées pour les gènes NPHP1, NPHP4 et NPHP8/RPGRIP1L. Les protéines codées par ces gènes forment un complexe au niveau du cil primaire et des jonctions cellulaires. J'ai participé à définir le rôle crucial de ces protéines dans l’établissement des jonctions serrées par leur interaction avec les protéines de polarité, la morphogénèse épithéliale en culture 3D et la ciliogenèse. De plus, j'ai mis en évidence que l'absence de ces protéines entraîne des anomalies de migration et d'adhésion cellulaires s’accompagnant d’une activation anormale des protéines Rho GTPases (Cdc42, Rac1 et RhoA) et d’une réorganisation du cytosquelette d’actine. J'ai par ailleurs montré que le complexe NPHP4/inversine/RPGRIP1L régule finement l'expression et la localisation de Dishevelled, élément clé des voies Wnt canonique et Wnt/PCP, dans les cellules rénales. Ceci est en accord avec les défauts de polarité planaire observés dans le pronéphros du poisson zèbre et dans le rein de la souris, après invalidation des gènes Nphp4 ou Rpgrip1l. L'ensemble de ces résultats a permis de mieux comprendre le rôle moléculaire et cellulaire des néphrocystines et les mécanismes pathophysiologiques aboutissant aux altérations retrouvées chez les patients telles que la fibrose interstitielle rénale et la formation de kystes. / Nephronophthisis, a hereditary nephropathy characterized by interstitial fibrosis and cyst formation, is caused by mutations in NPHP genes encoding the ciliary proteins called nephrocystins. We investigate the function of nephrocystin-1, -4 and -8, in vitro and in vivo in mammalian kidney cells and in zebrafish respectively. Depletion of either NPHP1 (N1-KD), NPHP4 (N4-KD) or RPGRIP1L (RPGRIP1L-KD) by shRNA-mediated knockdown in MDCK cells led to abnormal ciliogenesis, delay in tight junction formation and disorganized structures in 3D culture. Moreover NPHP4 modulates the Wnt pathways during morphogenesis of the zebrafish pronephros and in mammalian kidney cells in which NPHP4 interacts with inversin and dishevelled, regulating its stability and its subcellular localization. Rpgrip1l is required for dishevelled stabilization at the cilium base and is necessary for polarized positioning of motile cilia of the zebrafish floor plate and sensory hair cells of the mouse cochlea. In either N1-KD or N4-KD cells, we also showed an over activation of Cdc42 and RhoA, downstream targets of dishevelled. This was accompanied by actin cytoskeletal disorganization, enhanced spreading on collagen, over-activation of proteins that regulate focal adhesion structures i.e p130cas-Pyk2 and increased cell migration. Interestingly, the stable expression of dominant negative form of Cdc42 in knockdown cells rescued the migration and the 3D phenotypes. In parallel, we observed that loss of Nphp4 in mice caused cystic tubular dilatation after subtotal nephrectomy correlated with alteration of ciliogenesis and over activation of Cdc42 and RhoA. Our data show a role of nephrocystins in epithelial cell organization and kidney morphogenesis in particular in regulation of focal adhesion, tight junction, ciliogenesis via dishevelled stability.

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.

Comment les cellules établissent leurs formes et organisations internes est un problème biologique fondamental. Au cours de cette thèse, j’ai étudié le développement de la forme cellulaire et de la polarité chez la cellule de levure fissipare. Ces études sont fondées sur l’exploration de la façon dont les petites spores symétriques de levures se développent et s’organisent pour briser la symétrie pour la définition de leur tout premier axe de polarité. Dans une première partie, j’ai étudié les couplages entre la mécanique de surface de la paroi cellulaire des spores et la stabilité de domaines de polarité de Cdc42 qui contrôlent les aspects spatio-temporelles de la brisure de symétrie de ces spores. Dans une seconde partie, j’ai étudié les mécanismes par lesquels ces domaines de polarité contrôlent leur taille et l'adapte à la géométrie de la cellule, un processus vraisemblablement pertinents pour comprendre comment des domaines fonctionnels corticaux s’adaptent à la taille des cellules. Globalement, ces nouvelles recherches focalisant sur la façon dont les cellules développent dynamiquement leur forme et polarité de novo, permettent de mettre en évidence des couplages complexes dans la morphogenèse qui ne peuvent pas être testés en regardant les cellules à « l’état stationnaire» ou avec des outils génétiques. / How cells establish their proper shapes and organization is a fundamental biological problem. In this thesis, I investigated the dynamic development of cellular form and polarity in the rod-shape fission yeast cell. These studies are based on monitoring how small symmetric fission yeast spores grow and self-organize to break symmetry for the definition of their very first polarity axis. In a first part, I studied interplays between surface mechanics of the spore cell wall and the stability of Cdc42-based polarity domains which control spatio-temporal aspects of spore symmetry breaking. In a second part, I studied mechanisms by which these polarity domains control their width and adapt it to cell surface geometry, a process likely relevant to understand how functional cortical domains scale to cell size. Overall these novel investigations focusing on how cells dynamically develop their form and polarity de novo highlight complex feedbacks in morphogenesis that cannot be evidenced by looking at cells at “steady state” or with genetics.

Maintenance of apico-basal polarity is essential for epithelial integrity and requires particular reinforcement during tissue morphogenesis, when cells are reorganised, undergo shape changes and remodel their junctions. It is well established that epithelial integrity during morphogenetic processes depends on the dynamic exchange of adherens junction components, but our knowledge on the dynamics of other proteins and their dynamics during these processes is still limited. The early Drosophila embryo is an ideal system to study membrane dynamics during morphogenesis. Here, morphogenetic activities differ along the anterior-posterior axis, with the extending germband showing a high degree of epithelial remodelling. We developed a Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) assay with a higher temporal resolution, which allowed the distinction between a fast and a slow component of recovery of membrane proteins during the germband extension stage. We show for the first time that the recovery kinetics of a general membrane marker, SpiderGFP, differs in the anterior and posterior parts of the embryo, which correlates well with the different morphogenetic activities of the respective embryonic regions. Interestingly, absence of crumbs, a polarity regulator essential for epithelial integrity in the Drosophila embryo, decreases the fast component of SpiderGFP and of the apical marker Stranded at Second-Venus specifically in the anterior region. We suggest that the defects in kinetics observed in crumbs mutant embryos are the first signs of tissue instability in this region, explaining the earlier breakdown of the head epidermis in comparison to that of the trunk, and that diffusion in the plasma membrane is affected by the absence of Crumbs.

Asymmetric cell divisions constitute a basic foundation of animal development, providing a mechanism for placing specific cell types at defined positions in a developing organism. In a 4-cell stage embryo in Caenorhabditis elegansthe EMS cell divides asymmetrically to specify intestinal cells, which requires a polarizing signal from the neighboring P2 cell. Here we describe how the extracellular signal from P2 is transmitted from the membrane to the nucleus during asymmetric EMS cell division, and present the identification of additional components in the pathways that accomplish this signaling. P2/EMS signaling involves multiple inputs, which impinge on the Wnt, MAPK-like, and Src pathways. Transcriptional outputs downstream of these pathways depend on a homolog of β-catenin, WRM-1. Here we analyze the regulation of WRM-1, and show that the MAPK-like pathway maintains WRM-1 at the membrane, while its release and nuclear translocation depend on Wnt/Src signaling and sequential phosphorylation events by the major cell-cycle regulator CDK-1 and by the membrane-bound GSK-3 during EMS cell division. Our results provide novel mechanistic insights into how the signaling events at the cortex are coupled to the asymmetric EMS cell division through WRM-1. To identify additional regulators in the pathways governing gut specification, we performed suppressor genetic screens using temperature-sensitive alleles of the gutless mutant mom-2/Wnt, and extra-gut mutant cks-1. Five intragenic suppressors and three semi-dominant suppressors were isolated in mom-2 suppressor screens. One extragenic suppressor was mapped to the locus ifg-1, eukaryotic translation initiation factor eIF4G. From the suppressor screen using cks-1(ne549), an allele of the self-cleaving nucleopore protein npp-10 was identified as a suppressor of cks-1(ne549)and other extra-gut mutants. Taken together, these results help us better understand how the fate of intestinal cells are specified and regulated in early C. elegans embryos and broaden our knowledge of cell polarity and fate specification.

La polarité cellulaire est un déterminant essentiel dans le maintien de l’architecture tissulaire et la fonction de l’organe. Ainsi, la division cellulaire, la ciliogenèse, la prolifération, et la migration sont des évènements étroitement associés au processus de la polarisation cellulaire. L’altération de la polarité cellulaire contribue à la perte de l’intégrité des épithéliums et favorise le développement des cancers. La signalisation des lipides, telle que des phosphatidylinositols (PtdIns) joue un rôle vital dans la polarité apico-basale. Dans cette étude, nous avons développé des recherches pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans les effets de la phosphatase SHIP2 sur la polarité cellulaire. Nous avons pu démontrer que SHIP2 est impliquée dans la formation du site d’initiation de la formation de la lumière (AMIS) en régulant d’une part la contractilité acto-myosine induite par RhoA kinase et d’autre part YAP, un composant de la voie de signalisation Hippo. De plus, nous avons montré que l'inhibition de SHIP2 contribue à un défaut dans la formation de fuseau mitotique et dans le clivage de ce fuseau mitotique. La surexpression de SHIP2 induit une lumière large et des cils allongés attribuables à la diminution de l’expression de YAP, Aurora A et HEF1. Par contre, la diminution de l’expression de SHIP2 inhibe la formation des cils en provoquant la surexpression de YAP, Aurora A et HEF1 et ainsi l’apparition d’un phénotype multilumens. L’ensemble de nos travaux définissent un nouveau rôle de SHIP2 dans le maintien de l’intégrité et de l’homéostasie des cellules épithéliales. Nous avons aussi pu démontrer que l’expression de SHIP2 peut discriminer les différents cancers du foie (HCC, ICC et mixte) et que SHIP2 et Merlin/NF2, une protéine de la voie de signalisation Hippo, ont une forte expression dans le cholangiocarcinome (ICC) qui s’oppose à celle de YAP et de RhoA kinase. / Cell polarity is critical caracteristic for the maintenance of tissue architecture. Cell division, ciliogenesis, cell proliferation and migration are events tightly associated to cell polarization processes. Alteration in cell polarity contributes to loss of epithelium integrity and enhances cancer development. Lipids signaling, such as phosphatidylinositol (PtdIns), play a vital role in apico-basal polarity. In this study, we developed researches to better understand mechanisms implicated the role of the phosphatase SHIP2 in cell polarity. We demonstrated that SHIP2 is implicated in formation of the apical membrane initiation site (AMIS) by regulating YAP, a component of Hippo pathway, and RhoA-dependant acto-myosin contractility. Furthermore, we demonstrated that inhibition of SHIP2 contributes to defect in the formation and cleavage of the mitotic spindle. Overexpression of SHIP2 induced a large lumen with long cilia due to a decrease in YAP, Aurora A and HEF1 luminal localization. On the contrary, down regulation of SHIP2 impaired cilia outgrowth by increasing Aurora A, HEF1 and YAP luminal localization with appearance of a multilumens phenotype. Thus, our results reinforced the role of SHIP2 in maintain of integrity and homeostasis of epithelial cells. In this study, we also demonstrated that expression of SHIP2 distinguished the different types of liver cancer (HCC, ICC and mixte), and that SHIP2 and Merlin/NF2 are overexpressed in ICC which is the opposite of YAP and RhoA expression.

Une cellule reçoit et intègre une multitude de signaux physiques et biochimiques. Elle est capable de sentir et de répondre à ces signaux de sorte que ses fonctions s’accordent avec son environnement. Si l’intégration de ces signaux est hautement régulée par des voies de signalisation et de rétroaction, certaines étapes semblent résulter de processus d’auto-organisation géométrique et mécanique du réseau d’actine. Il est capable de s’auto-assembler et d’adopter différentes architectures. Celles-ci sont autant de modules qui coexistent dans la cellule avec une claire ségrégation spatiale et fonctionnelle. Notamment, le cytosquelette d’actine participe à l’intégration des signaux encodés par la matrice extracellulaire. Cette intégration suppose entre autre, une régulation des forces de tension entre la cellule et son environnement impliquant le cytosquelette d’actine, les adhésions cellulaire et la matrice. Afin d’explorer ces mécanismes, nous avons eu recours à des techniques avancées de micropatterning, de mesure de force de traction cellulaire et de microdissection laser. Nous avons ainsi montré en réprimant l’expression de l’ alpha-actinine, une des principales protéines de réticulation du cytosquelette d’actine, que la connectivité du réseau d’actine était essentielle à l’intégration des signaux émanant de la matrice extracellulaire. Elle participe à l’évaluation de la rigidité de la matrice et au mécanisme de migration dirigé haptotactique. Elle participe donc potentiellement aux mécanismes de différentiation cellulaire et au maintien de la polarité cellulaire. Dans le même esprit nous avons pris part à une étude portant sur l’organisation et la maturation des adhésions cellulaires, en participant à la caractérisation d’une protéine d’adhésion Kank2. Nous avons ainsi pu démontrer le rôle essentiel de cette protéine dans le phénomène de rigidity sensing. L’ensemble de l’étude ayant montré l’implication de cette protéine dans le processus de maturation des adhésions cellulaires et de mécano-transduction. / Cells sense and integrate a wealth of mechanical and biochemical signals. Signal integration is part of a process, which ensures that cellular functions are in accordance with the extracellular environment. While these processes are highly regulated by biochemical and mechanical signalling and feedback loops, some of the fundamental processes appear to rely on actin cytoskeleton autoassembly giving raise to modules with defined geometrical and mechanical properties. Thus the actin cytoskeleton is a modular architecture, and the modules co-exist within the cell with spatial and functional specificity. The actin cytoskeleton, notably, is involved in cell/matrice signalling. This interaction relies mainly on mechanical signalling involving the actin cytoskeleton, cell/matrix adhesions and the extracellular matrix. To characterize these mechanisms we took advantage of advanced micropatterning techniques, traction force measurements and laser microdissection. By downregulating the expression of α-actinin, one of the main actin crosslinking proteins, we demonstrated that actin cytoskeleton connectivity is essential for proper integration of cell/matrix signalling. Connectivity is essential for rigidity sensing and haptotaxis by ensuring balanced force distribution through the whole cell. Therefore connectivity might be crucial for cell differentiation processes and cellular polarity. Further, in the context of a collaborative project, we have contributed to the characterization of a novel cell adhesion protein, namely, Kank2. We showed, by traction force measurements, that this protein is essential for rigidity sensing. Globally this study demonstrated the implication of Kank2 in cell adhesion maturation and mecanotransduction.

During the course of evolution the early land plants gained extensive innovations that can be seen in modern day plants. The polar growth is an ancient feature of eukaryotic cells and is one of preadaptations that helped plants in successful colonization of land. The polar growth in plants regulates not only the direction of cell expansion and structural properties of cell wall but especially also the orientation of cell division, and is governed by various factors, including the exocyst complex. The exocyst is a well conserved vesicle tethering multi-subunit complex involved in tethering of secretory vesicles to the target membrane. The essential role of the exocyst complex in regulation of various cellular processes in Angiosperms is now well documented. Here I present results of a doctoral project that contributed to phylogenetic analyses of the land plant exocyst complex and especially to uncovering functions of three moss exocyst subunits, namely EXO70 (isoform PpEXO70.3d), SEC6 and SEC3 (isoforms PpSEC3A and PpSEC3B) in the model organism Physcomitrella patens. Various knock-out (KO) mutants in several moss exocyst subunits (Ppexo70.3d, Ppsec6, Ppsec3a and Ppsec3b) show pleiotropic defects directly or indirectly linked to the cell polarity regulation. Cell elongation and differentiation,...