Bioinformatic and functional analyses of muscle cell diversification in Drosophila melanogaster
Analyses génomiques et fonctionnelles de la diversification de cellules musculaires chez Drosophila melanogaster
Résumé
The voluntary skeletal muscles in vertebrates are the main effectors of locomotion. Processes and genes implicated in human myogenesis are of immense interest to better understand the deregulations caused in muscular and neuromuscular disorders and to find therapeutic targets. The body wall or somatic muscles of the fruit fly, Drosophila melanogaster, are similar to vertebrate skeletal muscles. As is the case for vertebrate skeletal muscles, each Drosophila embryonic somatic muscle possesses its specific identity that clearly distinguishes from its immediate neighbors. In Drosophila, some muscle identity transcription factors (iTFs) have been identified, but others remain elusive.
In order to dissect mechanisms regulating the diversification of committed muscle cells to attain their final identity, the team had previously generated transcriptomics data for mRNA under translation in the Lms+ lateral transverse (LT) and Slou+ muscle subsets as well as the Duf+ global muscle set over three time windows of development. My analyses of this data helped identify the evolutionarily conserved gene that is part of the conserved Wnt enhanceosome, Sequence-specific single-stranded DNA-binding protein (Ssdp) as a determinant of final muscle identity. Its vertebrate homologue Single stranded DNA binding protein 3 (SSBP3) is downregulated and mis-spliced in human myotonic dystrophies, but its role in myogenesis has not been studied. My study reveals a role for Ssdp in embryonic myogenesis for the first time. A temporally regulated, isoform-specific expression of Ssdp was identified. Further analyses showed that the initial muscle identity program proceeds normally for the most part in the absence of zygotic Ssdp, but muscles fail to establish their final identity due to the deregulation of iTFs and identity processes that establish muscle morphology, innervation and attachment. Comparative analyses revealed that specific Ssdp mutant phenotypes overlap subsets of phenotypes observed in the context of loss of function of a Drosophila Wnt, Wg and dTCF, an effector of the canonical Wnt pathway, suggesting specific interactions between these factors. Potential genetic interactions between the LT iTF, Ap (a Lhx2 orthologue) with Mid and the Ssdp partner, Chi (a LDB1 orthologue, also part of the Wnt enhanceosome) were unveiled.
In addition, my in silico analysis identified other potential candidates implicated in muscle identity such as the TFs D, Sox14 and Sox21b for LT muscles and Stat92E for Slou+ muscles, with Nf-YB acting as a potential upstream regulator. Muscle subset specific enrichments of CT-rich motifs in the LT subset and GATA motifs in the Slou subset were also identified.
Les muscles squelettiques chez les vertébrés sont les effecteurs principaux de la locomotion volontaire. Les processus et gènes impliqués dans la myogenèse humaine sont d'un immense intérêt afin de mieux comprendre les dérégulations induites par des troubles musculaires et neuromusculaires et de trouver des cibles thérapeutiques. Les muscles de la paroi ou les muscles somatiques de la mouche, Drosophila melanogaster, sont similaires aux muscles squelettiques chez les vertébrés. Tout comme les muscles squelettiques des vertébrés, chaque muscle somatique embryonnaire de la drosophile possède une identité spécifique qui la distingue de ses voisins. Chez la drosophile, certains facteurs de transcription de l'identité musculaire (iTF) ont été identifiés, mais d'autres restent inconnues.
Afin d’identifier les gènes de la diversification musculaire, l’équipe avait auparavant généré des données de transcriptomique des ARNms en cours de traduction dans deux sous-ensembles musculaires, les muscles LT exprimant l’iTF Lms et les muscles Slou+. Ils avaient également extrait l'ARN musculaire global Duf+ ainsi que les ARNm embryonnaire global sur trois fenêtres temporelles de développement. Mes analyses de ces données ont permis d’identifier le gène conservé, Sequence-specific single-stranded DNA-binding protein (Ssdp), qui a récemment été identifié comme un des composants d’enhanceosome Wnt conservé au cours d’évolution comme déterminant de l'identité musculaire finale. Son homologue vertébré, Single stranded DNA-binding protein 3 (SSBP3) est sous-exprimé et mal épissée dans les dystrophies myotoniques humaines, mais son rôle dans la myogenèse n'a pas été étudié. Mes analyses révèlent pour la première fois un rôle de Ssdp dans la myogenèse embryonnaire. Une expression temporelle et isoforme-spécifique a été identifiée. J’ai pu montrer qu’en absence de Ssdp zygotique le programme initial d'identité musculaire se déroule normalement pour la plupart. Pourtant les muscles ne parviennent pas à acquérir leur identité finale à cause de la dérégulation des iTFs ainsi que des processus d'identité tels que la morphologie musculaire spécifique, l'innervation et l'attachement. Une analyse comparative a révélé qu’un sous-ensemble de phénotypes des mutants Ssdp chevauchent des phénotypes spécifiques observés dans le contexte de perte de fonction de Wg ou de dTCF, un effecteur de la voie canonique Wnt, suggérant des interactions spécifiques entre ces facteurs. Des interactions génétiques potentielles entre l’iTF des muscles LT, Ap (un orthologue de Lhx2) avec Mid (un orthologue de Tbx20) ainsi qu'entre Ap et le partenaire Ssdp conservé, Chi (un orthologue de LDB1 et composant d’enhanceosome Wnt) a été dévoilée.
De plus, mon analyse in silico a identifié d'autres candidats potentiels impliqués dans l'identité musculaire tels que les TFs D, Sox14 et Sox21b dans les muscles LT et Stat92E dans les muscles Slou+, qui sont potentiellement régulés par Nf-YB. Des enrichissements spécifiques des motifs riches en CT dans les muscles LT et des motifs GATA dans les muscles Slou+ ont également été identifié.
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