Coordinated polarity and differentiation of cells in the plane of a tissue layer are essential to the development of multicellular organisms. Arabidopsis thaliana root hairs and trichomes provide model systems to study the pathways that control planar polarity and cell fate specification in plants. A concentration gradient of the plant hormone auxin provides an instructive cue that coordinates polar assembly of signalling complexes at plasma membranes of root epidermal cells; however, knowledge about additional players and cytoskeletal effectors driving cell polarization prior to hair emergence remains limited. On the other hand, epidermal cell fate specification is controlled by a well-characterized gene network of transcription factors that translate positional signals and cell-to-cell communication into tissue-wide patterning. Yet, new components are continuously found to interact with the patterning pathway, shedding light on its connections with diverse developmental processes. This thesis presents the SABRE (SAB) gene as a novel player in planar polarity establishment and root epidermal patterning. SAB is a large protein with sequence similarity to proteins present in all eukaryotes and affects planar polarity as well as orientation of cell divisions and cortical microtubules. Genetic interaction with the microtubule-associated protein gene CLASP further supports involvement of SAB in microtubule arrangement, suggesting a role for this gene in cytoskeletal organisation. Strikingly, SAB also interacts genetically with ACTIN7 (ACT7), and both ACT7 and its modulator ACTIN INTERACTING PROTEIN 1-2 (AIP1-2) contribute to planar polarity of root hair positioning. Cell-file specific expression of AIP1-2 depends on the epidermal-patterning regulator WEREWOLF (WER), revealing a connection between actin organization, planar polarity and cell fate specification. Consistent with this finding, SAB also functions in patterning of the root epidermis by stabilizing cell fate acquisition upstream of the core patterning pathway. These results unveil new roles for SAB in planar polarity and epidermal patterning and suggest that organization of the microtubule and the actin cytoskeleton are important to both planar polarity establishment and cell fate specification. / Samordning av polaritet och differentiering av celler inom ett vävnadslager är avgörande för utvecklingen av multicellulära organismer. Rothår och bladhår hos Arabidopsis thaliana utgör modellsystem för att studera signalvägar som kontrollerar planpolaritet och specifikation av cellers öde hos växter. En koncentrationsgradient av växthormonet auxin ger en instruktiv signal som koordinerar polär hopsättning av signalkomplex vid plasmamembranet i rotepidermisceller; dock är kunskapen om ytterligare aktörer och hur cytoskelettets aktörer påverkar cellpolaritet innan rothår bildas begränsad. Vad gäller differentieringen av epidermala cellers öde kontrolleras dessa genom ett väl karakteriserat nätverk av transkriptionsfaktorer som överför positionssignaler och cell-till-cell kommunikation till vävnadsomfattande mönsterbildning. Fortfarande hittas dock nya komponenter som interagerar med signalvägarna för mönsterbildning, vilket ger nya insikter om dess förbindelser med diverse utvecklingsprocesser. Denna avhandling presenterar genen SABRE (SAB) som en ny aktör i etableringen av planpolaritet och mönsterbildning av rotepidermis. SAB är ett stort protein som har sekvenslikhet med proteiner som finns i alla eukaryoter och det påverkar planpolaritet, orientering av celldelning och kortikala mikrotubler. Genetisk interaktion med genen för det mikrotubuli-associerade proteinet CLASP stärker ytterligare inblandningen av SAB i organiserandet av mikrotubler och antyder att denna gen har en roll i organiserandet av cytoskelettet. Slående är att SAB även interagerar genetiskt med ACTIN7 (ACT7) och att både ACT7 och dess modulator ACTIN-INTERACTING PROTEIN1-2 (AIP1-2) bidrar till planpolaritet vid positionering av rothår. Cellfils-specifikt uttryck av AIP1-2 beror på den epidermala mönsterbildande genen WEREWOLF (WER), vilket påvisar ett samband mellan organisationen av aktin, planpolaritet och specifikationen av cellers öde. SAB fungerar även i mönsterbildning av rotens epidermis och stabiliserar förvärvet av cellöde uppströms av den centrala signalvägen för mönsterbildning. Dessa resultat visar på nya roller för SAB i planpolaritet och mönsterbildning av epidermis och indikerar att organiseringen av mikrotubler och aktin-cytoskelettet är viktiga både för etablerandet av planpolaritet och för specificeringen av cellers öde.

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