La capacité remarquable des neurones et des cellules gliales à migrer collectivement sur de longues distances assure l’architecture finale du cerveau. Ce processus est extrêmement dynamique et dépend non seulement de l’interaction entre les cellules mais aussi de la présence de facteurs de transcriptions spécifiques au sein de la cellule migrante. Les protéines d’adhésion comme les cadhérines et les chimioattractants/chimiorépulsifs sont connus pour réguler et guider la migration. Si le mode d’action de ces molécules a été extensivement étudié, les cascades de signalisation qui déclenchent le chimiotropisme sont loin d’être élucidées. Au cours de mon doctorat, j’ai analysé la régulation et le rôle d’un récepteur des chimioattractant au cours de la migration de la glie. Pour ceci j’ai utilisé le modèle du développement de la chaine gliale dans l’aile de la drosophile qui représente un outil de choix pour étudier les mécanismes moléculaires régulant la migration collective. / The remarkable ability of neurons and glia to undergo long distance and collective migration ensures the final architecture and function of the brain. This is an extremely dynamic process that not only depends on cell interactions, but also on the presence of specific transcription factors in the migrating cells. Adhesion molecules such as classic cadherins and chemoattractants/repellants are known to regulate directional migration, however, how are these pathways regulated is largely unknown. While the role of these molecules controlling cell interactions has been extensively investigated, the signaling cascades that trigger chemotropism are not understood. During the course of my PhD I have analyzed the role of an adhesion molecule and the impact of a chemoattractant receptor regulated by an early transcription factor in the process. The glial chain in a developing Drosophila wing provides an excellent tool to study the molecular pathway underlying collective migration.

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Le vieillissement s'accompagne d'une perte progressive de la masse et de la fonction musculaire, appelée sarcopénie. Différents mécanismes ont été proposés pour expliquer la sarcopénie. Cependant, la majorité d'entre eux ont été identifiés dans le contexte d'une atrophie induite expérimentalement (par dénervation, immobilisation, jeûne...) ou via des études corrélatives chez l'homme. Ainsi nous ne connaissons pas aujourd'hui l'importance et la chronologie de ces facteurs dans le contexte du vieillissement physiologique. Caenorhabditis elegans est un organisme modèle de référence pour les études de longévité. Grâce aux outils génétiques disponibles chez le nématode C. elegans, des voies moléculaires, qui contrôlent la longévité et dont le rôle est conservé chez les mammifères, ont pu être identifiées, comme la voie du récepteur de l'insuline/IGF-1. Toutefois le vieillissement musculaire a été très peu étudié dans cet organisme.Le premier objectif de mon projet de thèse était de décrire chez C. elegans les changements subcellulaires qui sont associés la perte de mobilité avec l'âge afin d'identifier des biomarqueurs potentiels du vieillissement musculaire. Le deuxième objectif était d'utiliser ces biomarqueurs comme outil pour identifier des gènes modificateurs de la sarcopénie. Nous avons ainsi pu mettre en évidence une diminution de l'expression de gènes impliqués dans la structure et la fonction musculaire très tôt au cours de la vie adulte. Ce phénotype est suivi par une fragmentation progressive des mitochondries puis une accumulation de vésicules d'autophagie. Ces biomarqueurs ont été utilisés pour tester le rôle potentiel, dans le maintien du muscle, de facteurs impliqués dans la différenciation musculaire au cours de l'embryogenèse.L'ensemble des résultats obtenus nous permettent de proposer un modèle selon lequel le facteur de transcription unc-120, orthologue du Serum Response Factor, agirait en aval de la voie de signalisation de l'insuline/IGF-1 dans le contrôle des différents biomarqueurs du vieillissement musculaires / Aging is accompanied by a progressive loss of muscle mass and function, named sarcopenia. Different mechanisms have been proposed to explain it. Furthermore most of them have been identified in the context of an experimental induced atrophy (by denervation, immobilization, fasting...) or via correlative studies in humans. Thus today we do not know the importance and chronology of these factors in the context of physiological aging. Caenorhabditis elegans is a reference model organism for longevity studies. Thanks to genetics tools available for the nematode C. elegans, evolutionarily conserved molecular pathways, which control longevity, have been identified, such as the Insulin/IGF-1 receptor pathway. However muscle aging has been very poorly studied in this organism. The first aim of my thesis project was to describe, in C. elegans, subcellular changes that are associated with mobility loss with age in order to determine potential biomarkers of muscle aging. The second aim was to use these biomarkers as tools to identify genes able to modify sarcopenia. Specifically, we could highlight a decrease of expression of genes involved in muscle mass and function very early during adulthood. This phenotype is followed by a gradual mitochondrial fragmentation then an accumulation of autophagic vesicles.These biomarkers have been used to test the potential role in muscle maintenance, of factors involved in muscle differentiation during embryogenesis. Altogether these results suggest a model in which the transcription factor unc-120, ortholog of Serum Response Factor, would act downstream in the insulin/IGF-1 signalization pathway on the control of the different biomarkers of muscle aging

Mein Ziel war es, genetische Faktoren in C. elegans zu identifizieren, die eine Rolle bei induzierter Transdifferenzierung durch Missexpression des Transkriptionsfaktors (TF) HLH-1, welcher das Wurmhomolog des myogenen bHLH TF MyoD ist, spielen. Ich entwickelte hierzu einen semiautomatischen Hochdurchsatz-Vorwärtsgenetik-Screen, indem ich EMS Mutagenese mit dem Biosorter-System (Union Biometrica) kombinierte. Mit diesem Ansatz ist es mir gelungen, die Mutante bar18 zu isolieren, die eine Anhäufung an Muskelzellkernen um den posterioren Teil des Pharynx zeigt. Ich identifizierte den mutierten Lokus, indem ich das gesamte Genom sequenzierte und charakterisierte den mutanten Phänotyp im Detail. Zusätzlich war ich bei der Charakterisierung von Faktoren, die das Umprogrammieren zu neuronalen Zellen in C. elegans verhindern, beteiligt. Dabei stand der sogenannte FACT-Komplex im Focus, welcher mittels eines genom-weiten RNAi-Screen in unserer Arbeitsgruppe identifiziert wurde. Interessanterweise ist eine der FACT-Komplex-Untereinheiten, spt-16, das parentale Gen zu dem bislang nicht charakterisierten Pseudogen F55A3.7. Eine putative Null-Mutante von F55A3.7, in Kombination mit ubiquitärer Überexpression von CHE-1, zeigte einen Keimzellen-zu-Neuronen Transdifferenzierungsphänotyp ähnlich dem Phänotypen, der nach dem Knock-down der FACT-Komponente hmg-3 beobachtet wird. Unseres Wissens nach ist dies das erste Beispiel einen Pseudogens, dessen Knock-down dazu führt, dass ein bestimmtes Gewebe durch einen terminalen Selektor-TF reprogrammiert werden kann, dessen Expression unter normalen Konditionen dies nicht zur Folge hätte. Aufgrund dieser Einzigartigkeit, habe ich das Pseudogen F55A3.7 charakterisiert und außerdem versucht, einen Mechanismus zu finden, wie F55A3.7 die Keimbahnidentität schützt. / My aim was to identify and characterize genetic factors in C. elegans that play a role in induced transdifferentiation by mis-expressing the transcription factor (TF) HLH-1, which is the worm homolog of the myogenic bHLH TF MyoD. For this, I developed a semi-automated high-throughput forward genetic screen combining EMS mutagenesis with the Biosorter system (Union Biometrica). When mis-expressed, HLH-1 induces muscle fate in early embryonic cells, but terminally differentiated cells are resistant to HLH-1-induced direct reprogramming. In order to identify mechanisms that antagonize HLH-1-induced reprogramming, I used a transgenic line allowing ectopic expression of hlh-1 in combination with a reporter for muscle fate. Using this approach, I isolated the mutant bar18, showing an accumulation of muscle cell nuclei around the posterior pharyngeal bulb. I identified the mutated locus using whole genome sequencing and characterized the identified gene and the mutant phenotype further. Additionally, I was also involved in characterizing the FACT complex, which was identified through a whole-genome RNAi screen conducted by my colleague Ena Kolundžić. This reverse genetic screen aimed at identifying factors that play a role in induced transdifferentiation by mis-expressing the TF CHE-1, a Zn-finger TF essential for terminal differentiation of glutamatergic ASE neurons. Interestingly, one of the FACT complex members, spt-16, is the parental gene of a previously uncharacterized pseudogene named F55A3.7. A putative null mutant of F55A3.7, combined with broad overexpression of CHE-1, showed a germ cells to neurons transdifferentiation phenotype. To our knowledge, this is the first example of a pseudogene whose depletion leads to the permissiveness of a certain tissue to be reprogrammed when challenged by a terminal selector TF. Due to this uniqueness, I characterized the pseudogene F55A3.7 and tried to find a potential mechanism for how F55A3.7 safeguards germline identity.

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In Caenorhabditis elegans, body muscles extend muscle arms in a chemotropic fashion to the nearest nerve cord and serves as a model for the investigation of guided cell migration. I found that the transmembrane receptor UNC-40/DCC is required, and functions cell-autonomously to regulate muscle arm extension. Surprisingly, both the canonical ligand of UNC-40 (UNC-6/Netrin) and the extracellular domains of UNC-40 are dispensable, suggesting that UNC-40 relies on a co-receptor or other polarizing pathways to direct muscle arm extension. Furthermore, through double mutant analyses and the use of a neomorphic phenotype induced by UNC-40 over-expression, I define a distinct UNC-40 pathway in which UNC-73/Trio, the WAVE actin polymerization complex, and components of the dense body likely act downstream of UNC-40 to regulate muscle arm extension. Distinct modes of UNC-40’s function in muscle arm extension compared to its role in neurons provide a more complete understanding of how this conserved guidance receptor functions.

In Caenorhabditis elegans, body muscles extend muscle arms in a chemotropic fashion to the nearest nerve cord and serves as a model for the investigation of guided cell migration. I found that the transmembrane receptor UNC-40/DCC is required, and functions cell-autonomously to regulate muscle arm extension. Surprisingly, both the canonical ligand of UNC-40 (UNC-6/Netrin) and the extracellular domains of UNC-40 are dispensable, suggesting that UNC-40 relies on a co-receptor or other polarizing pathways to direct muscle arm extension. Furthermore, through double mutant analyses and the use of a neomorphic phenotype induced by UNC-40 over-expression, I define a distinct UNC-40 pathway in which UNC-73/Trio, the WAVE actin polymerization complex, and components of the dense body likely act downstream of UNC-40 to regulate muscle arm extension. Distinct modes of UNC-40’s function in muscle arm extension compared to its role in neurons provide a more complete understanding of how this conserved guidance receptor functions.

Die Kardiogenese kann speziesübergreifend in eine distinkte Abfolge von dynamischen Entwicklungsphasen unterteilt werden. In frühen Stadien der Vertebraten-Herzentwicklung wie auch bei Drosophila melanogaster beginnt die Organogenese des Herzens mit der Selektion und Spezifizierung der Herzvorläuferzellen aus bilateral angelegtem, mesodermalem Gewebe. Anschließend resultiert die Differenzierung der determinierten Herzvorläuferzellen in bilateralen Reihen spezifischer Herzzellgruppen. Die Herzzellen migrieren in dorsale Richtung aufeinander zu und assemblieren zu einem Herzrohr. Diese dynamischen Prozesse unterliegen einem komplexen Netzwerk an hoch konservierten Regulationsmechanismen. In der vorliegenden Dissertation konnte gezeigt werden, dass die Metalloprotease Kuzbanian/ADAM10 eine Rolle während der Kardiogenese von Drosophila spielt, in dem sie die Selektion der Herzzellvorläufer aus dem kardialen Mesoderm steuert. Durch die unterbleibende Prozessierung des Notch-Rezeptors in kuzbanian Mutanten wird eine Überzahl an Herzvorläuferzellen determiniert. Weiterhin ist die Notch-abhängige asymmetrische Zellteilung in kuzbanian Mutanten fehlreguliert. Die perikardialen Herzzelllinien verschieben sich zu Gunsten der kardialen Herzzellen und resultieren in einer Hyperplasie der Kardiomyozyten. Eine weitere Phase der Kardiogenese in Drosophila ist die korrekte Ausbildung des Herzrohres und die damit einhergehenden Herzlumenbildung. Durch das Herzlumen kann die Hämolymphe durch das Herzrohr in den Körper des Tieres gepumpt werden. Die Bildung des Lumens bedingt eine stereotype Zellformänderung der Kardiomyozyten. Diese Modulierung der Zellform resultiert in halbmondförmigen Kardiomyozyten, die dorsal und ventral miteinander in Kontakt treten und so einen zentralen, luminalen Bereich umschließen – das Herzlumen. Das Rezeptor/Liganden-Paar Uncoordinated 5 (Unc5) und NetrinB ist für die korrekte Ausbildung der luminalen Kardiomyozytenseite notwendig. Es konnte gezeigt werden, dass ein Fehlen von Unc5 oder NetrinB die Kardiomyozyten in einer runden Zellform verbleiben lässt. Die Kardiomyozyten lagern sich entlang ihrer gesamten Kontaktfläche aneinander ohne dass ein Lumen entsteht. Lebendbeobachtungen an unc5 Mutanten zeigten, dass das Fehlen des Herzlumens zu einem kompletten Verlust des Hämolymphstroms führt.

Molecular diagnostic assays have been developed and utilized to diagnose and to confirm the diagnoses of many plant-parasitic nematodes. We screened several gene sequences of soybean cyst nematode (SCN) [Heterodera glycines, Ichinohen] for their use as molecular markers. A methodology then was developed to use them to detect and quantify the number of H. glycines directly from Mississippi soil. A novel procedure utilizing multiple databases containing nematode DNA and EST sequences was developed to assist in the selection of SCN primers used in the PCR and qPCR assays. In vitro testing demonstrated that the DNA primers and probes developed from the novel procedure for the qPCR assays could accurately detect the presence of SCN. Subsequent testing resulted in a trend of increasing observed numbers of SCN contributing to increasing estimates by qPCR.