Chez les vertébrés, les muscles squelettiques du corps sont dérivés de la partie dorsale dessomites, le dermomyotome, structure transitoire mésodermique. Une première étape demyogenèse aboutit à la formation d’un muscle primitif, le myotome primaire, à partir desbordures du dermomyotome : ces cellules constituent les premières fibres musculaires, et formentl’architecture de base du futur muscle. Dans un second temps, une population de progéniteursmusculaires émerge de la région centrale du dermomyotome. Cette population est primordialedans la constitution du muscle. Elle prolifère, et une partie d’entre elle fusionne aux fibresexistantes pour donner les fibres multinucléées adultes. Finalement, une partie des progéniteursmusculaires reste indifférenciée jusqu’à l’âge adulte et compose la population de cellules souchesmusculaires, les cellules satellites. Ainsi, les progéniteurs musculaires contribuent audéveloppement musculaire tout au long du développement embryonnaire et foetal, mais égalementà la myogenèse post-natale avec les cellules satellites.Lors de ma thèse, je me suis intéressé à cette population de progéniteurs musculaires. Deux souspopulationsde progéniteurs musculaires ont précédemment été identifiées dans notre laboratoireau cours de l’embryogénèse précoce de poulet, l’une exprimant le facteur de transcription Pax7,l’autre co-exprimant Pax7 et le facteur de différenciation myogénique précoce Myf5. Face àl’absence de données concernant les progéniteurs musculaires, et à l’importance de cettepopulation pour la myogenèse, j’ai réalisé une étude systématique des progéniteurs musculairestout au long du développement embryonnaire et foetal de deux organismes modèles : le poulet etla souris. J’ai pu montrer que ces deux sous-populations coexistent tout au long dudéveloppement, depuis l’émergence des progéniteurs de la partie centrale du dermomyotome,jusqu’au moment où ces cellules deviennent des cellules satellites à la fin du développementfoetal. De manière très intéressante, j’ai pu montrer qu’au sein des progéniteurs musculaires, lapopulation principale co-exprime Pax7 et Myf5, et prolifère activement, alors que la populationPax7 est mineure et prolifère à un taux moins élevé. Cette dernière entre de manière importanteen quiescence à la fin du développement embryonnaire. Ces caractéristiques sont semblablesentre le poulet et la souris, et montrent que des stratégies cellulaires et moléculaires similairessont conservées au sein des amniotes. / Duringembryonicandfetallife,skeletalmusclegrowthisdependentupontheproliferationandthedifferentiationofapopulationofresidentmuscleprogenitors,fromwhichderivethemusclestemcellsof theadult,thesatellitecells.Underpoorlydefinedextrinsicandintrinsicinfluences,muscleprogenitorsproliferate,differentiateorenteraquiescentstatetobecomereservesatellitecells.Despitetheir primordialrole,surprisinglylittleisknownonthehomeostasisofresidentprogenitorsduringembryogenesis.Preliminarystudiesinchickandmousedescribingthekeyprogenitorpopulationscontributingtomusclegrowthduringembryogenesishaveledtodifferingresultsthatcouldbeduetotechnicalissuesortofundamentaldifferencesbetweenanimalmodels.Toaddressthisquestion,we haveundertakenacomprehensiveanalysisofthestateofdifferentiationandproliferationofmuscleprogenitorcellsfromthetimeoftheiremergencewithinthedermomyotomeuntillatefetallife,whenthey adoptasatellitecell-likepositionunderthebasallamina.Thiswasdonebyimmunostainingagainstkeyplayersofmyogenicdifferentiation,inmuscleschosenfromdifferentregionsofthebodyintwo modelorganisms,thechickandmouse.This studyidentifiedtwoco-existingpopulationsofprogenitorsduringembryonicandfetallifeinboth chickandmouse:aminor,slow-cyclingpoolofundifferentiatedresidentprogenitorswhichexpress Pax7,co-existingwithamajorfast-cyclingpopulationthatco-expressPax7andtheearlymyogenicdifferentiationmarkerMyf5.Wefoundthattheoverallproliferationrateofbothprogenitorsdrasticallydecreasedwithembryonicage,asanincreasinglylargeportionofslowandfast-cyclingprogenitorsenteredquiescenceduringdevelopment.Together,thisdatasuggeststhatthecellularstrategiesthatdrivemusclegrowthduringembryonicand fetallifeareremarkablyconservedinamniotesthroughoutevolution.Theyrelyonthetightregulationofproliferation,entryinquiescence,andmodulationofthecellcycle’slengthforbothoftheco-existingpopulationsofmuscleprogenitorstomaintainthehomeostasisofgrowingmusclesduringdevelopment.

Des signes d'apoptose, une forme de suicide cellulaire programmé, ont été décrits dans les gamètes et l'embryon préimplantatoire de nombreuses espèces de mammifères y compris l'homme, à la fois in vitro et in vivo. Parce que le développement embryonnaire serait lié à un équilibre entre prolifération et mort cellulaire, l'étude du contrôle génétique de l'apoptose dans les embryons préimplantatoires est d'une importance considérable. Par ailleurs, on sait que la qualité des gamètes (en particulier des ovocytes) influencerait leur propre survie mais également le développement embryonnaire précoce. Les régulateurs d'apoptose appartenant à la famille Bcl-2 occupent une place centrale dans les voies de décision de vie ou de mort cellulaire. Dans le premier volet de ce travail de thèse, nous avons analysé l'expression des membres de la famille Bcl-2 lors de la transition ovocyte-embryon au troisième jour (J3) et montré que les trois sous-groupes de la famille Bcl-2 présentent un profil d'expression dynamique tout au long du développement embryonnaire précoce humain. La régulation des niveaux d'expression de ces gènes au cours du développement embryonnaire précoce pourrait donc s'avérer cruciale pour le contrôle de la survie embryonnaire, notamment sous des conditions de culture suboptimales. Dans le second volet, nous nous sommes intéressés à l'analyse du transcriptome au cours du développement embryonnaire précoce humain, et plus particulièrement lors de la spécification du trophectoderme. La confrontation du transcriptome des embryons à J3 avec celui des cellules du trophectoderme nous a permis de mettre en évidence des processus moléculaires qui pourraient jouer un rôle important lors de la différenciation du TE, tels que la stéroïdogenèse et les régulations épigénétiques. En plus de son intérêt fondamental, la connaissance de l'expression génique et des mécanismes moléculaires régulant des processus clés tels que l'apoptose et la différenciation cellulaire au cours du développement embryonnaire préimplantatoire peut permettre d'ouvrir des pistes de recherche diagnostique et thérapeutique intéressantes. / Apoptosis, a form of cell death by self-destruction, has been reported in gametes and preimplantation embryos both in vitro and in vivo. Recent evidence suggests that cell death processes can impact embryo developmental competence. Moreover, quality of the gametes (particularly of the oocytes) is relevant not only for their own survival but can also influence embryonic development during the early cleavage stages. Thus, the investigation of apoptosis-related genes and mechanisms in early embryos is crucial. Bcl-2 family proteins, through balanced interactions between pro- and anti-apoptotic members, play a pivotal role in controlling cell life and death. In a first part, we analyzed the expression patterns of Bcl-2 family members during the human oocytes-to-day 3 embryo transition and showed that several members were differentially regulated. The regulation of the expression levels of anti- and pro-apoptotic Bcl-2 family members during early embryonic development may therefore be crucial for the control of early embryo survival, especially under suboptimal culture conditions. In a second part, we were interested in studying the transcriptome during human early embryonic development, and particularly during the trophectoderm specification. The comparison of the transcriptome of embryos on day 3 with that of trophectoderm cells allowed us to identify new molecular processes that could play an important role during trophectoderm differentiation and development, such as steroidogenesis and epigenetic regulations. In addition to its fundamental interest, a better knowledge of gene expression and molecular mechanisms regulating key processes such as apoptosis and cell differentiation during human early embryonic development may provide new guides for diagnosis and therapeutic strategies.

Les gradients morphogénétiques contrôlent l'émergence de polarités axiales au cours du développement. Bien que la dynamique d'établissement de ces gradients soit bien comprise, la précision des mécanismes d'activation agissant en aval restent à élucider. Nous abordons cette question avec le gradient de Bicoid qui fournit rapidement une réponse transcriptionnelle robuste dans l'embryon de drosophile. Cette robustesse survient malgré le challenge imposé par de fréquentes mitoses dépourvues de transcription. Un calcul théorique intégrant les paramètres physiques de Bicoid (concentration, diffusion) indique que la mesure précise de concentration de Bicoid ne peut être effectuée à chaque interphase en 5-6mn. Il a donc été proposé que l'acquisition rapide de cette robustesse repose sur une mémorisation de l'état transcriptionnel au cours des divisions. Pour tester cette hypothèse, j'ai adapté à l'embryon de drosophile le système MS2 d'étiquetage des ARN dans les cellules vivantes et démontré qu'il permettait de suivre la dynamique transcriptionnelle dans un organisme pluricellulaire vivant. De manière inattendue, le rapporteur MS2 s'exprime aussi postérieurement ce qui m'a empêché de tester l'hypothèse de mémorisation. J'ai montré que cette expression postérieure est due à la présence de sites de fixation pour le facteur de transcription Zelda dans la cassette MS2. Un nouveau rapporteur MS2, dépourvu de ces sites récapitule l'expression endogène et fournit un outil de choix pour tester l'hypothèse de mémorisation. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre la dynamique transcriptionnelle sur laquelle repose l'émergence des patrons d'expression développementaux. / Morphogen gradients provide concentration-dependent positional information along polarity axes. Although the dynamics of these gradients is well described, precision and noise in the activation processes acting downstream remain unclear. To address this question, we study the response to the Bicoid gradient that elicits very rapidly a robust transcriptional response in young fly embryos. This robustness occurs despite the challenge imposed by frequent mitoses during which transcription is interrupted suggesting that nuclei measure the Bicoid concentration during the 5-6 mn interphases. Modeling using statistical mechanics and Bicoid physical parameters do not account for accurate measurement of Bicoid concentration in such a short period. It was proposed that rapid robustness of the Bicoid response relies on a memorization process allowing nuclei to recall Bicoid concentration from previous cycles. To understand how the Bicoid system resists to the challenge imposed by mitosis, I have adapted the MS2 RNA-tagging approach to fly embryos and shown that it can be used to quantify transcription dynamics in a living multicellular organism. Unexpectedly, the MS2 reporter was also expressed in the posterior of the embryo making it impossible to directly test the memorization hypothesis. I have shown that this posterior expression is due to binding sites for the transcription factor Zelda unexpectedly localized in the MS2 cassette. A newly engineered MS2 reporter removing those sites faithfully reproduces the endogenous expression providing a powerful tool to test the memory hypothesis. This work opens new avenue to decipher the transcription dynamics underlying pattern formation.

L'hétérochromatine péricentromérique semble jouer un rôle dans la régulation de l'expression génique et par conséquent dans le potentiel de développement des embryons. Nous avons fait l'hypothèse qu'une marque épigénétique, H3S10P, pourrait être un nouveau marqueur permettant le suivi des régions péricentromériques dans l'embryon préimplantatoire de souris. Par des techniques d'immunofluorescence et d'immuno-FISH couplées à de la microscopie en haute résolution, nous avons montré que la distribution de H3S10P dans les embryons de souris est différente de celle observée dans les cellules somatiques. Durant les stades 1 à 4-cellules, H3S10P est détectée en interphase autour des précurseurs des nucléoles (NPB), où elle colocalise avec les sondes ADN reconnaissant l'hétérochromatine péricentromérique, puis marque les bras chromosomiques sur toute la durée des phases de mitose. Après le stade 4-cellules, la distribution de H3S10P redevient similaire à ce qui est connu dans les cellules somatiques, avec un marquage au niveau des chromocentres seulement en fin d'interphase et sur les chromosomes mitotiques seulement jusqu'à la télophase. Cette cinétique particulière observée semble liée à l'absence de la kinase Aurora B aux stades les plus précoces. Nous avons également comparé la localisation de H3S10P avec celle d'autres marqueurs associés à l'hétérochromatine péricentromérique comme H3K9me3, HP1 β et la double modification H3K9me3S10P et en avons conclu que H3S10P est un meilleur marqueur pour l'hétérochromatine péricentromérique des deux génomes parentaux. Enfin, comme les embryons clonés obtenus par transfert nucléaire à partir de cellules somatiques (SCNT) montrent une redistribution anormale de l'hétérochromatine péricentromérique ainsi qu'un développement altéré, nous avons utilisé H3S10P pour détecter les remaniements de l'hétérochromatine après SCNT. Nos résultats montrent que, contrairement aux autres marqueurs, H3S10P n'est présente que sur la portion de l'hétérochromatine qui est correctement remaniée, tandis que l'hétérochromatine incorrectement reprogrammée conserve la signature épigénétique de la cellule donneuse. / Pericentromeric heterochromatin appears to be involved with gene regulation and therefore with the developmental potential of embryos. We hypothesized that an epigenetic modification, H3S10P, could be a new marker to follow pericentromeric heterochromatin in preimplantation mouse embryos. Using immunofluorescence, immunoFISH and high resolution microscopy, we observed that H3S10P shows a different distribution pattern in mouse embryos than in somatic cells. It is detected early in interphase around the Nucleolar-Precursor Bodies from 1- to 4-cell, in co-localization with the DNA probes for pericentromeric heterochromatin, and is seen in the chromosome arms throughout mitosis. In fact, H3S10P shows a similar kinetic as seen in somatic cells only after the 4-cell stage: being solely observed in the chromocenters during late interphase and on the mitotic chromosomes until telophase. This distribution seems related to the absence of Aurora B kinase in the earlier stages. We have also compared H3S10P to other related pericentromeric heterochromatin markers such as H3K9me3, HP1β and the double modification, H3K9me3S10P, and concluded that H3S10P is a better marker for pericentromeric heterochromatin of both parental origins. Finally, as cloned embryos often show abnormal pericentromeric heterochromatin remodelling and impaired development after Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT), H3S10P was used to track down heterochromatin reprogramming after SCNT. Our results show that H3S10P underlines only the portion of heterochromatin which is remodelled when compared with the other related markers and that the unremodelled portion maintains the epigenetic signature of the donor cell.