Rôles du Perlécane de la membrane basale dans la morphogénèse épithéliale chez Drosophila melanogaster - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Roles of the Perlecan of the basement membrane in epithelial morphogenesis in Drosophila melanogaster

Rôles du Perlécane de la membrane basale dans la morphogénèse épithéliale chez Drosophila melanogaster

Résumé

The Basement Membrane (BM) is a specialised extracellular matrix which surrounds organs and provides them with a mechanical support. During development, the BM has to adapt to the morphogenesis of the tissues to which it is associated, i.e. to the changes of their volume and shape. This implies a modulation of the BM’s biogenesis in terms of the amount that is deposited and of its composition. Morphogenesis being controlled by the morphogens, these latter could directly govern this biogenesis. Nevertheless, the link between these molecules and the regulation of BM’s components synthesis remains poorly characterized. In addition, the BM is also a signalling platform for the cells which it coats. Thus, some of its components could interact with morphogens and control their activity, ensuring a coupling between these two processes. Perlecan (Pcan), the major heparan sulfate (HS) chains proteoglycan of the BM, has several putative isoforms in all species. It binds in vitro to the other components of the BM and to the morphogens through its HS chains or its core protein. Yet, the roles of Pcan and its isoforms in vivo (i) for the biogenesis and the mechanical properties of the BM and (ii) for the morphogens’ signalling are not fully understood. I therefore developed two projects. Using the epithelia of the wing imaginal disc in Drosophila, we showed that Pcan participate to BM biogenesis. Indeed, without Pcan, the incorporation of Collagen IV (Col IV), another core BM component, is altered. Moreover, the squamous epithelial cells of the wing disc change their shape, becoming cuboidal, and wing formation is compromised. I proved that a reduction in the Col IV amount allows to largely restore this phenotype. In addition, I demonstrated that the compression of the squamous epithelium increases in absence of Pcan. Thus, Pcan provides elasticity to the BM, counteracting the Col IV which gives it rigidity. My data also indicate that the microtubule cytoskeleton could relay intracellularly the mechanical variations due to the BM modification. Our results suggest for the first time that interaction between Pcan and Col IV controls the network organisation of the latter, allowing to modulate its action. For the second project, I first demonstrated the existence of two types of isoforms in Drosophila: one with a domain I, required for the HS chains addition, and a second without domain I, theoretically devoid of HS chains. My results suggest that the Pcan deposited in the BM of the wing disc comes from three different sources, synthesizing different isoforms. I showed that the wing disc mainly produces a form without domain I which is likely to be directly incorporated in its BM. Next, I found that the expression of this isoform in the disc is positively controlled by the Dpp-BMP2/4 signalling pathway, while the expression of the isoform with domain I is repressed by the same pathway. Finally, I uncovered that Pcan acts generaly as an inhibitor of the Dpp pathway by potentially affecting the level of the ligand in the extracellular space, but that the two isoforms act in an opposite manner on the Dpp pathway in the wing disc. In conclusion, my data show the existence of a feedback loop between morphogens, which orchestrate morphogenesis, and the BM, one of the keystone of the tissulare architecture.
La Membrane Basale (MB) est une matrice extracellulaire spécialisée entourant les organes et procurant à ces derniers un support mécanique. Pendant le développement, la MB doit s’adapter à la morphogenèse des tissus auxquels elle est associée, c’est-à-dire à leurs changements de volume et de forme. Ceci implique une modulation de la biogenèse de la MB (quantité déposée et composition). Le processus de morphogénèse étant contrôlée par les morphogènes, ces derniers pourraient directement contrôler cette biogenèse. Cependant le lien entre ces molécules et la régulation de la synthèse des composants de la MB reste peu étudiée. D’autre part, la MB sert aussi de plateforme de signalisation aux cellules qu’elle borde. Ainsi, certains de ces composants pourraient interagir avec les morphogènes et réguler leur activité assurant ainsi un couplage entre ces deux processus.Le Perlécane (Pcan), protéoglycane à chaines de sulfate d’héparane (SH) principal de la MB, possède plusieurs isoformes putatives chez toutes les espèces. In vitro, il interagit avec les autres composants de la MB et avec les morphogènes via ses chaines SH ou sa partie protéique. Cependant les rôles in vivo du Pcan et de ses isoformes (i) dans la biogenèse et les propriétés mécaniques de la MB, ainsi que (ii) dans la signalisation liée aux morphogènes, restent peu connus. J’ai donc développé deux projets. En utilisant l’épithélium du disque imaginal d’aile de la drosophile, l’équipe a d’abord montré que Pcan participe à la biogenèse de la MB. En effet, sans Pcan, l’incorporation du Collagène IV (Col IV), autre composant majeur de la MB, est modifiée. De plus, les cellules épithéliales squameuses du disque d’ailes changent de formes en devenant cuboïdales, et la formation de l’aile est compromise. J’ai montré que la réduction de la quantité de Col IV permet de restaurer en grande partie tous les aspects de ce phénotype. Par la suite, j’ai prouvé qu’en absence de Pcan la compression de l’épithélium augmente. Pcan confère donc de l’élasticité à la MB, contrebalançant le rôle du Col IV qui rigidifie cette dernière. Mes données indiquent aussi que les microtubules seraient le relais intracellulaire des variations mécaniques dues aux modifications de la MB. Nos résultats suggèrent donc pour la première fois que l’interaction du Pcan avec le Col IV contrôle l’organisation du réseau de Col IV, permettant ainsi de moduler l’action de ce dernier. Pour le second projet, j’ai d’abord démontré l’existence de deux familles d’isoformes du Pcan chez la drosophile : une Avec Domaine I, nécessaire à l’addition des chaines SH, et une autre Sans Domaine I, théoriquement dépourvue de chaines SH. Mes données suggèrent que le Pcan déposé dans la MB du disque provient de trois sources différentes produisant des isoformes différentes. D’une part, la source non-autonome secréterait des formes Avec Domaine I qui seraient déposées au niveau du disque. D’autre part, le disque produirait principalement des formes Sans Domaine I qui seraient directement incorporées dans sa MB. J’ai ensuite prouvé que le niveau d’ARN de ces isoformes dans le disque était contrôlée par la voie de signalisation Dpp (Orthologue BMP 2/4). En effet, en condition normale, Dpp augmente la quantité d’ARN de l’isoforme Sans Domaine I dans le disque et diminue la quantité d’ARN de l’isoforme Avec Domaine I. Finalement, j’ai découvert que Pcan pouvait agir comme un inhibiteur de la voie Dpp en affectant la quantité de ligand dans le milieu extracellulaire. Mes résultats montrent que les deux isoformes agissent de manière opposée sur la voie Dpp dans le disque. Ainsi, mes résultats montrent qu’il existe une boucle de régulation entre les morphogènes, orchestrant la morphogenèse, et la membrane basale, une des clés de voute de l’architecture tissulaire.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03473745 , version 1 (10-12-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03473745 , version 1

Citer

Raphaël Bonche. Rôles du Perlécane de la membrane basale dans la morphogénèse épithéliale chez Drosophila melanogaster. Morphogenèse. COMUE Université Côte d'Azur (2015 - 2019), 2019. Français. ⟨NNT : 2019AZUR6018⟩. ⟨tel-03473745⟩
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