Alix est une protéine adaptatrice impliquée dans la régulation du système endolysosomal grâce à son interaction avec des protéines comme CIN85 et les endophilines, protéines participant à l'endocytose de récepteurs ou les protéines des complexes ESCRT nécessaires à la maturation des compartiments endosomaux, Alix pourrait également contrôler la mort neuronale en se fixant à la protéine ALG-2. Le but de mon projet de thèse a été de tester si Alix intervient dans la mort des motoneurones au cours du développement in vivo et de définir les mécanismes moléculaires sous-jacents. J'ai montré que l'expression d'une protéine tronquée, correspondant à la moitié C-terminale d'Alix (Alix-CT), protège les motoneurones cervicaux de la mort cellulaire programmée précoce (PCD). Cette protection dépend de la liaison d'Alix-CT à ALG-2 et à ESCRT-I mettant en évidence l'implication du complexe Alix/ALG-2 avec les protéines ESCRT dans la mort naturelle des motoneurones : Alix ferait le lien entre la voie endolysosomale et la machinerie de mort cellulaire. J'ai montré que la délétion du site de liaison à CIN85, connue pour participer à l'endocytose du récepteur au TNF, le TNFR1, dans Alix-CT, inhibe sa capacité protectrice sur la PCD. La suite de mon travail démontre qu'Alix fonctionne en aval de la signalisation du TNFR1 à la fois in vivo et in vitro. Alix/ALG-2 interagit avec le TNFR1 au niveau des endosomes et pourrait permettre la formation d'une plateforme d'activation de la caspase-8 qui serait recrutée au niveau des « endosome de mort » contenant le TNFR1.

La crête neurale (CN) est une structure multipotente transitoire de l'embryon de vertébrés. La CN céphalique (CNC), mais pas la CN troncale (CNT), fournit des tissus mésenchymateux (squelette, derme et tissus adipeux de la face). Cette capacité de la CNC est liée à l'absence d'expression des gènes de type Hox. Cependant, les cellules de la CNT possèdent des potentialités mésenchymateuses à l'état dormant, qui peuvent s'exprimer en culture. Les mécanismes moléculaires qui régulent les potentialités mésenchymateuses de la CN le long de l'axe antéro-postérieur restent incompris. Chez l'embryon d'oiseau, nous avons étudié l'influence des facteurs de transcription Hox et Six sur la formation du mésenchyme par la CN. D'une part, nos analyses in vivo et in vitro montrent que Six1 est présent dans des cellules mésenchymateuses de la CN et du mésoderme, suggérant un rôle dans le développement musculo-squelettique de la tête. D'autre part, nous avons testé l'hypothèse d'un rôle inhibiteur des facteurs Hox. Nos résultats montrent que l'expression ectopique de Hoxa2 dans les cellules de CNC en culture inhibe la production d'ostéoblastes, sans affecter celle des cellules nerveuses et mélanocytaires. Dans la CNT, nous avons trouvé que la différentiation osseuse, cartilagineuse et adipocytaire, est fortement réduite après la surexpression de Hoxa2, sans effet sur les autres phénotypes dérivés de la CN. Ces résultats suggèrent que les potentialités mésenchymateuses de la CN sont régulées, au moins en partie, par un mécanisme commun aux cellules de CNC et CNT, mettant en jeu une inhibition de l'activité du gène Hoxa2. / The neural crest (NC) is a transitory multipotent structure of the vertebrate embryo. The cephalic NC (CNC), not the trunk NC (TNC), gives rise to mesenchymal cell types (contributing to craniofacial skeleton, dermis and adipose tissue). This capacity of the CNC has been linked to the absence of Hox gene expression in the most rostral region of the embryo. However, TNC cells do have mesenchymal potentialities, although in a dormant state in vivo, but which can be disclosed after NC in vitro culture. The molecular mechanisms that regulate mesenchymal potentials of the NC cells along the rostral-caudal axis are still elusive. Here, we have used the avian embryo model to investigate the possible influence on NC mesenchymal fate, of Hox and Six transcription factor genes. On the one hand, in vivo and in vitro culture analyses show that Six1 gene is expressed in mesenchymal cell populations derived from both cranial NC and mesoderm, suggesting a role for Six1 in muscle-skeletal development in the head. On the other hand, we have tested the hypothesis of an inhibitory action of Hox genes on NC cell mesenchymal differentiation using NC in vitro cultures. In CNC cells, we found that ectopic expression of Hoxa2 strongly reduces the production of osteoblasts, while neural and melanocytic phenotypes are unaffected. In the cultured CNT cells, overexpression of Hoxa2 results in largely impaired differentiation into bone cells, chondrocytes and adipocytes, whereas other NC derivatives are unchanged. These results suggest that mesenchymal potentials of the CNC and TNC are controlled, at least in part, via a common mechanism that involves inhibition of Hoxa2 gene activity.

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.

Dans la moelle épinière, les oligodendrocytes, cellules myélinisantes du système nerveux central, dérivent de la région la plus ventrale du neuroépithélium, sous l'effet du morphogène Sonic Hedgehog (SHH) sécrété par la floor plate. Cependant, le neuroépithélium dorsal peut générer ces cellules dans certaines conditions. Pour expliquer l'absence d'oligodendrogenèse dorsale en situation normale, nous avons supposé l'existence de signaux inhibiteurs localement. L'ablation in ovo de la partie la plus dorsale de la moelle épinière entraîne, en effet, la spécification d'oligodendrocytes plus dorsaux. Les bone morphogenetic proteins (BMPs), exprimées dorsalement, inhibent la détermination des oligodendrocytes et l'expression du facteur de transcription Olig2, requis pour ce processus, malgré la présence de SHH in vitro et in vivo. Les BMPs font donc partie des signaux dorsaux inhibant la spécification des oligodendrocytes et fixent la limite dorsale du domaine oligodendrogénique.

Une cascade de facteurs de transcription composée de SIM1, ARNT2, OTP, BRN2 et SIM2 est requise pour la différenciation des cinq types cellulaires qui peuplent le noyau paraventriculaire (PVN) de l’hypothalamus, un régulateur critique de plusieurs processus physiologiques essentiels à la survie. De plus, l’haploinsuffisance de Sim1 est aussi une cause d’hyperphagie isolée chez la souris et chez l’homme. Nous désirons disséquer le programme développemental du PVN, via une approche intégrative, afin d’identifier de nouveaux gènes qui ont le potentiel de réguler l’homéostasie chez l’individu adulte. Premièrement, nous avons utilisé une approche incluant l’analyse du transcriptome du PVN à différents stades du développement de la souris pour identifier de tels gènes. Nous avons comparé les transcriptomes de l’hypothalamus antérieur chez des embryons de souris Sim1+/+ et Sim1-/- à E12.5 issus de la même portée. De cette manière, nous avons identifié 56 gènes agissant en aval de Sim1 dont 5 facteurs de transcription - Irx3, Sax1, Rxrg, Ror et Neurod6. Nous avons également proposé un modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur. Selon ce modèle, les gènes qui occupent un domaine médial dans la zone du manteau caractérisent des cellules qui peupleront le PVN alors que les gènes qui ont une expression latérale identifient des cellules qui donneront plus tard naissance aux structures ventrolatérales de l’hypothalamus. Nous avons aussi démontré que Sim1 est impliqué à la fois dans la différenciation, la migration et la prolifération des neurones qui peuplent le PVN tout comme Otp. Nous avons également isolé par microdissection au laser le PVN et l’hypothalamus médiobasal chez des souris de type sauvage à E14.5 pour en comparer les transcriptomes. Ceci nous a permis d’identifier 34 facteurs de transcription spécifiques au PVN et 76 facteurs spécifiques à l’hypothalamus médiobasal. Ces gènes représentent des régulateurs potentiels du développement hypothalamique. Deuxièmement, nous avons identifié 3 blocs de séquences au sein de la région 5’ d’Otp qui sont conservés chez l’homme, la souris et le poisson. Nous avons construit un transgène qui est composé d’un fragment de 7 kb contenant ces blocs de séquences et d’un gène rapporteur. L’analyse de 4 lignées de souris a montré que ce transgène est uniquement exprimé dans le PVN en développement. Nous avons généré un deuxième transgène dans lequel le fragment de 7 kb est inséré en amont de l’ADNc de Brn2 ou Sim1 et de Gfp. Nous avons obtenu quatre lignées de souris dans lesquels le profil d’expression de Brn2 et de Gfp reproduit celui d’Otp. Nous étudierons le développement du PVN et la prise alimentaire chez ces souris. En parallèle, nous croisons ces lignées avec les souris déficientes en Sim1 pour déterminer si l’expression de Brn2 permet le développement des cellules du PVN en absence de Sim1. En résumé, nous avons généré le premier transgène qui est exprimé spécifiquement dans le PVN. Ce transgène constitue un outil critique pour la dissection du programme développemental de l’hypothalamus. Troisièmement, nous avons caractérisé le développement de l’hypothalamus antérieur chez l’embryon de poulet qui représente un modèle intéressant pour réaliser des études de perte et de gain de fonction au cours du développement de cette structure. Il faut souligner que le modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur semble être conservé chez l’embryon de poulet où il est aussi possible de classer les gènes selon leur profil d’expression médio-latéral et le devenir des régions qu’ils définissent. Finalement, nous croyons que cette approche intégrative nous permettra d’identifier et de caractériser des régulateurs du développement du PVN qui pourront potentiellement être associés à des pathologies chez l’adulte telles que l’obésité ou l’hypertension. / A cascade of transcription factors composed of SIM1, ARNT2, OTP, BRN2 and SIM2 is required for the differentiation of the five major cell types populating the paraventricular nucleus (PVN) of the hypothalamus, a critical integrator of several homeostatic processes that are required for the survival of vertebrates. Haploinsufficency of Sim1 also causes isolated hyperphagia in mice and humans. The goal of our study is to dissect the developmental program of the PVN using an integrative approach in order to identify new genes that could potentially be implicated in the regulation of homeostasis in adults. First, we used a comparative approach to analyse the PVN transcriptome at different developmental stages in mice embryos in order to identity new genes implicated in PVN development. We compared gene expression in the anterior hypothalamus of E12.5 Sim1-/- and Sim1+/+ littermate embryos using a microarray approach. We identified 56 genes acting downstream of Sim1 including 5 transcription factors - Irx3, Sax1, Rxrg, Ror and Neurod6. We proposed a model for the development of the anterior hypothalamus. In this model, the genes expressed in the medial domain of the mantle layer characterise cells that will form the PVN and genes expressed in the lateral domain identify cells that will give rise to ventrolateral areas of the hypothalamus. We also showed that Sim1, like Otp, is implicated in the differentiation, migration and proliferation of the neurons populating the PVN. Furthermore, we have isolated by laser captured microdissection the PVN and ARC nucleus in wild type mice at E14.5 and compared their transcriptomes. This technique allowed us to identity 34 transcription factors specific to the PVN and 76 factors specific to the ARC. These genes represent potential regulators of hypothalamic development. Second, we identified 3 blocks of sequence in the 5’ region of Otp that are conserved between human, mouse and fish. We constructed a transgene which included a 7 Kb fragment encompassing these sequences followed by a reporter gene. The analysis of 4 mice strains showed that this transgene is specifically expressed in the prospective PVN. We have generated a second transgene in which the 7 Kb fragment is located upstream of the cDNA encoding Brn2 or Sim1 and Gfp. We obtained 4 mice strains in which the Brn2 and Gfp expression pattern is similar to the Otp expression pattern. These mice will be used to study PVN development and food intake. Also, to determine if Brn2 expression only – without Sim1 gene expression - allows the development of PVN cells, we are presently crossing these mice with Sim1 deficient mice. In conclusion, we have generated the first transgene that is specifically expressed in the PVN. This transgene constitutes a critical tool for dissecting the developmental program of the hypothalamus. Third, we have characterised the development of the anterior hypothalamus of chick embryos which represent an interesting model for loss and gain of function experiments during the development of this brain region. Interestingly, our proposed model for the development of the anterior hypothalamus seems to be conserved in chick embryos. As a matter of fact, it is possible to classify genes according to their medio-lateral expression patterns and the outcome of the regions that they are defining. Finally, we believe that this integrative approach will allow us to identify and characterize factors implicated in PVN development. From a clinical point of view, these factors could potentially be associated with pathologies such as obesity or arterial hypertension.

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La transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) est un processus incontournable dans de nombreux contextes normaux et pathologiques, tels que gastrulation, organogenèse, fibroses et cancers. Cette transformation de cellule épithéliale en cellule mésenchymateuse est indissociable de l'acquisition de propriétés migratoires et est généralement associée à un changement de destin cellulaire. Différentes voies moléculaires sont impliquées selon le contexte de l'EMT concernée. Récemment, notre laboratoire a mis en évidence que la voie Notch cytoplasmique contrôle l'EMT des cellules de la lèvre dorso-médiale du somite (DML). Les crêtes neurales exprimant DLL1 activent « en passant » le récepteur NOTCH, liberant ainsi le domaine intra-cytoplasmique de NOTCH (NICD). Dans le cytoplasme, NICD inhibe la kinase GSK3ß, conduisant à la stabilisation de SNAIL, un gène maître de la transition épithélio-mésenchymateuse. Il en résulte une libération de la βcaténine des jonctions adhérentes qui, après translocation dans le noyau, active la transcription des gènes de la myogénèse (Myf5). Ainsi, l'activation de la voie Notch cytoplasmique permet une induction concomitante de l'EMT et de la myogénèse. La fonction cytoplasmique de Notch reste controversée et le mécanisme par lequel NICD inhibe GSK3ß reste obscur. Au cours de ma thèse j'ai cherché à élucider le mécanisme par lequel NICD inhibe l'activité kinase de GSK3ß. J'ai confirmé l'interaction de GSK3ß et de NICD en démontrant leur interaction via CoIP. Après avoir démontré l'implication de la sérine-thréonie kinase AKT dans la myogenèse des cellules de la DML, j'ai mis en évidence, via CoIP et électroporation, que l'inhibition GSK3ß par NICD est très certainement médiée par AKT, connue pour être impliquée dans l'EMT et inhiber GSK3ß par phosphorylation. En comparant le NICD1 de poulet et les 4 NICD de souris, j'ai montré que l'expression exogène de ces 5 molécules induit l'EMT et la différenciation myogénique de manière similaire. J'ai aussi montré que parmi des différents domaines de NICD, le domaine RAM, connu pour se lier à l'ADN (via RBPJ), est nécessaire et suffisant à l'inhibition de GSK3ß. Un second axe de ma thèse a été de tester l'implication de la voie Notch cytoplasmique dans d'autres contextes d'EMT. Pour ce faire, j'ai mis en évidence que cette voie est impliquée dans les autres lèvres du dermomyotome mais aussi dans les crêtes neurales qui délaminent du toit du tube neural. J'ai en particulier mis en évidence une co-activation des voies Wnt et Notch, une inhibition de la kinase GSK3ß par NICD cytoplasmique ainsi qu'une inhibition de la différenciation en présence d'une ß-caténine mutée, retenue à la membrane, ou en présence d'une molécule SNAIL2 dominant-négative. Le dernier axe de ma thèse a consisté à élucider le mécanisme de régulation de l'induction de l'EMT et de la myogenèse via l'activation de NICD. Il a été mis en évidence que toutes les cellules de la DML peuvent être activées via DLL1 et que la surexpression massive de NICD dans la DML provoque une différenciation massive et une déplétion du groupe de cellules progénitrices. Afin de déterminer si la régulation de cette initiation se fait avant ou après induction de NICD, j'ai créé un plasmide permettant de répondre à cette question et afin de visualiser son expression in vivo, j'ai initié une collaboration avec une équipe de l'ILM afin de créer un microscope vertical SPIM biphoton permettant l'observation d'embryon de poulets vivants [etc...] / The epithelio-mesenchymal transition (EMT) is a well-known mechanism by which epithelial cells lose their adherent connections and gain migratory properties, associated with a gain of a mesenchymal phenotype. This EMT is required in numerous processes as gastrulation, organogenesis, fibrosis and cancers. Various molecular pathways orchestrate the EMT depending on the EMT biological context. Recently, our laboratory highlighted the implication of the cytoplasmic Notch pathway in the dorso-medial lip (DML) EMT. In the DML tissue, theEMT is synchronized with differentiation pathways, to generate cells forming the primary myotome. Our laboratory showed that neural crests cells expressing DLL1 activate NOTCH receptor of the DML cells, via a “kiss and run” model. This leads to NOTCH cleavage, releasing an activated intra-cytoplasmic NOTCH domain (NICD). In the cytoplasm, NICD inhibits the GSK3ß kinase, leading to the stabilization of SNAIL and the free cytoplasmic ßcatenin. These molecules translocate into the nucleus and lead to the activation of MRF as Myf5 (ß-catenin) and to the repression of adherent genes (SNAIL). Therefore, Notch cytoplasmic pathway allows a synergized induction of both, the EMT and myogenic programs. This pathway remains controversial and the precise mechanism how NICD inhibits GSK3ß needs to be elucidated. Therefore, the aim of my thesis project was to clarify how NICD inhibits GSK3ß activity. First, I confirmed that NICD and GSK3ß physically interact by CoIP. Moreover, I demonstrated that the serin-threonin kinase AKT, known to inhibit GSK3ß by phosphorylation and also to mediate EMT in cancer, can physically interact with NICD in the cytoplasm. I have also shown that AKT mediates the induction of the myogenic program through the inhibitory phosphorylation of GSK3ß and that SNAIL is downstream of AKT. Together, these experiments indicate that AKT mediates, through phosphorylation, the cytoplasmic NICD inhibition of GSK3ß leading to myogenesis. A comparison of the chicken NICD1 and the 4 isoforms of mouse NICD highlighted that these 5 proteins induce EMT and myogenesis similarly. The dissection of the different conserved domains in the 5 different NICD proteins demonstrated that the RAM domain, known to activate transcription by binding to RBPJ, is necessary and sufficient for GSK3ß inhibition. A second axis of the thesis has been to test the involvment of the cytoplasmic Notch pathway in other EMT contexts. First, I highlighted that this pathway induces myogenesis, showing that NICD inhibits GSK3ß activity in the ventro-lateral lip. I further demonstrated that the cytoplasmic Notch pathway is implicated in the EMT and differentiation of the neural crests cells delaminating from the dorsal neural tube. Particularly, I have shown a co-activation of the Wnt and Notch pathway in premigratory and migratory neural crests. Moreover, I demonstrated a cytoplasmic inhibition of the kinase activity of GSK3ß by NICD, as well as the induction of the differentiation by cytoplasmic ß-catenin or SNAIL2. In a third axis of my thesis, I tried to clarify the regulatory mechanism involved in Notch activation. Previously it has been demonstrated that in all the DML cells Notch can be activated by an overexpression of DLL1 and that an ectopic expression of NICD in the DML cells induce a massive differentiation and depletion of the progenitor pool. To determine if the regulation of this initiation of the myogenic program occurs before or after Notch activation, I designed a plasmid to visualize Notch activation in vivo. In order to be able to follow the DLM cells and Notch activation in vivo, I initiated a collaboration with an ILM team to create a vertical SPIM biphoton microscope. In the future, this microscope will allow us to follow cells in living chicken embryos [etc...]