Claudins are integral components of the tight junction, and contribute to cellular roles in paracellular permeability, maintenance of cell polarity, and adhesion in epithelial and endothelial cell layers. As such, they are critically positioned to influence many behaviours that occur during morphogenesis of the developing embryo. However, little is known about claudin expression and function during development. The primary objective of this thesis was to determine the expression pattern of claudins during chick development and evaluate their roles during patterning and morphogenesis of the embryo.Over 24 distinct claudin family members have been identified in vertebrates. In the chick, 17 claudins have been annotated to date. To evaluate their expression patterns, claudins cDNAs were cloned and a comprehensive analysis of their phylogenetic relationship, and temporal and spatial mRNA expression patterns were performed. Expression analysis revealed that claudin family members exhibit both overlapping and unique expression patterns throughout development Two claudins showed unique expression patterns during development: Claudin-5 and Claudin-10. Claudin-5 was the only claudin observed in endothelial cells. Claudin-5 expression was observed in the forming blood islands in the extraembryonic area opaca, and in the embryonic vasculature between HH8 and HH35. Expression of Claudin-5 was found during both organ vasculogenesis and during angiogenic processes that vascularize tissues such as the brain and limb. During gastrulation, Claudin-10 expression was observed only on the right side of Hensen's node, a major organizing centre important in left-right axis patterning. Asymmetric organ morphogenesis is critical for normal physiology and positioning of organs within the limited space of the body cavity. The patterning events that direct asymmetric morphogenesis are initiated at Hensen's node during gastrulation, and activate a cascade of asymmetric gene expression that lateralizes the left and right sides of the body. Asymmetric expression of Claudin-10 on the right side of Hensen's node is required for normal left-right patterning. Misexpression of Claudin-10 on the left side of Hensen's node, or knockdown of endogenous Claudin-10, disrupts the expression of asymmetrically expressed genes in the left-right patterning cascade and randomizes the direction of heart tube looping, the first morphological asymmetry that arises during development. Several Claudin-10 mutant variants were evaluated for their ability to randomize the direction of heart tube looping using site-directed mutagenesis. These data suggest that Claudin-10 may function in left-right patterning by acting as a paracellular barrier to a laterality cue, or through interactions via the cytoplasmic tail with proteins localized at the cytoplasmic plaque. This thesis describes the expression patterns of claudins during development in the chick and identifies a novel role for Claudin-10 in patterning the left-right axis. These observations suggest that overlapping zones of claudin expression may confer distinct domains of ion permeability within the early epiblast and in epithelial, mesodermal, and endothelial derivatives that may ultimately influence embryonic patterning and morphogenesis. Claudin-10 is required for the transmission of a laterality signal during early phases of the left-right cascade, indicating that the role of Claudin-10 is important during early events that take place upstream of asymmetric morphogenesis. Furthermore, the function of Claudin-10 in left-right patterning provides additional evidence that claudins have roles in morphogenesis. / Les claudins sont des composantes intégrales des jonctions serrées et elles contribuent à la perméabilité paracellulaire, à la maintenance de la polarité cellulaire ainsi qu'à l'adhésion des couches de cellules épithéliales et endothéliales. Elles ont des comportements qui sont influencés par leur localisation cellulaire lors de la morphogénèse de l'embryon. Cependant, nous avons très peu de connaissances au sujet de l'expression et de la fonction des claudins durant le développement. L'objectif de cette thèse est de déterminer le patron d'expression des claudins lors du développement chez le poulet ainsi que d'évaluer leur rôle durant la modélisation et la morphogénèse de l'embryon.Chez le poulet, 17 claudins ont été annotées au génome jusqu'à ce jour. Afin d'évaluer leur patron d'expression, les claudins ont été clonées et une analyse complète de leurs relations phylogénétiques ainsi que de l'expression spatiotemporelle de leurs ARN messager ont été effectuées. L'analyse de leurs patrons d'expression nous révèle que les membres de la famille des claudins présentent des patrons d'expressions qui se chevauchent ainsi que des patrons d'expression qui sont uniques durant le développement.Deux claudins ont présentées un patron d'expression unique durant le développement : Claudin-5 et Claudin-10. Claudin-5 a été la seule claudin observée dans les cellules endothéliales. L'expression de Claudin-5 a été observée dans le système vasculaire de l'embryon entre HH8 et HH35. Lors de la gastrulation, Claudin-10 est exprimée seulement sur le côté droit du nœud de Hensen, un centre d'organisation majeur important pour la formation de l'axe gauche-droit.La morphogénèse asymétrique des organes est un évènement critique nécessaire à la physiologie et au positionnement normal des organes dans l'espace restreint de la cavité de l'abdomen. Les évènements qui dirigent la modélisation de la morphologie asymétrique qui sont initiés au nœud de Hensen lors de la gastrulation activent une cascade d'expression asymétrique d'expression de gènes qui latéralisent le côté gauche et droit du corps. L'expression asymétrique de Claudin-10 du côté droit du nœud de Hensen est essentielle pour la modélisation de l'axe gauche-droit. L'expression erronée de Claudin-10 du côté gauche du nœud de Hensen ou l'inactivation endogène de Claudin-10 perturbe l'expression des gènes exprimés asymétriquement dans la cascade de modélisation gauche-droite ainsi que perturbe aléatoirement la direction de la boucle du cœur. Afin de comprendre quels aspects de la jonction serrée de Claudin-10, plusieurs mutants de Claudin-10 ont été évalués afin de savoir s'ils avaient l'habileté de diriger la boucle du cœur aléatoirement. Ces résultats suggèrent que le rôle de Claudin-10 lors de la modélisation de la cascade gauche-droite pourrait d'être une barrière paracellulaire suite à un signal de latéralité ou à travers les interactions de la queue cytoplasmique avec des protéines localisées dans la plaque cytoplasmique. Cette thèse décrit les patrons d'expression des claudins durant le développement chez le poulet ainsi qu'un nouveau rôle pour Claudin-10 dans l'axe de modélisation gauche-droite. Ces observations suggèrent que les zones d'expression des claudins qui se chevauchent peuvent conférer des domaines de perméabilisation distincts aux ions dans l'épiblaste, et dans les dérivés épithéliaux, mésodermaux, et endothéliaux qui peuvent ultimement influencer la modélisation embryonique et la morphogenèse. Claudin-10 est essentielle afin de transmettre un signal de latéralité dès le début de la cascade gauche-droite indiquant que le rôle de Claudin-10 est important durant les premiers évènements qui tiennent place avant la morphogenèse asymétrique. De plus, le rôle de Claudin-10 lors de la modélisation gauche-droite nous fourni des informations additionnelles qui impliquent un rôle pour les claudins durant la morphogenèse.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121289 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Collins, Michelle |
| Contributors | Aimee Ryan (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Human Genetics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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