Analysis of cell movement coordination mechanisms in the axial mesoderm during gastrulation of the zebafish Danio rerio.
Analyse des mécanismes de coordination des mouvements cellulaires dans le mésoderme axial lors de la gastrulation du poisson zèbre Danio rerio.
Résumé
Embryonic development, wound healing and some cancer metastases involve migration of groups of cells in which guidance of each cell depends on interactions with its neighbours, a process deemed collective cell migration. In addition, migration of these groups of cells often needs to be coordinated with other cell movements taking place concomitantly. This PhD studied how cell-cell interactions can guide migration and how different cell populations can coordinate their movement during early embryonic development of the Teleost fish Danio rerio, also known as zebrafish. During zebrafish gastrulation takes place the extension of the axial mesoderm, a dorsal structure composed of a dense population of mesodermal cell. This extension is led by the polster that migrates towards the animal pole of the embryo, followed by the posterior axial mesoderm that is undergoing convergence and extension. We used polster and its interaction with posterior axial mesoderm to study collective cell migration and coordination of tissue movement respectively. In order to investigate how polster cells are guided towards the animal pole, we developed precise deep laser ablations, advanced transplantation techniques, and used functional genetic approaches as well as numerical simulations. This work established that the directional information guiding polster cells is provided by the anteriorward migration of the following cells. Polster cells detect, through cell-cell contact, a mechanical signal applied by migrating following cells via the E-Cadherin/α-Catenin/Vinculin mechanotransduction pathway. This signal ensures proper alignment of cell migration with followers and propagates from cell to cell over the whole tissue. Such guidance of migrating cells by followers allows long-range coordination of cell movements without the need for external chemoattraction. Furthermore, this behaviour ensures developmental robustness as it guarantees continuous contact between polster and posterior axial mesoderm during gastrulation. This PhD thus contributes to better understand how gastrulation movements are coordinated in zebrafish and identify a new mechanism by which collective cell migration is achieved.
Le développement embryonnaire, la cicatrisation et certains processus métastatiques impliquent la migration de groupes de cellules au sein desquels l’orientation de chaque cellule dépends d’interactions avec ses voisines, un processus appelé migration cellulaire collective. De plus, le mouvement de ces groupes de cellules doit souvent être coordonné avec d’autres mouvements cellulaires ayant lieu simultanément. Ce doctorat a pour visée d’étudier comment les interactions cellule-cellule peuvent diriger leur migration et de comprendre comment différentes populations de cellules coordonnent leur mouvement durant le développement embryonnaire précoce du poisson téléostéen Danio rerio, aussi appelé poisson-zèbre. Durant la gastrulation du poisson-zèbre a lieu l’extension du mésoderme axial, une structure dorsale composée d’une population dense de cellules mésodermales. Cette extension est menée par le polster, qui migre vers le pôle animal de l’embryon suivi par le mésoderme axial postérieur, qui exécute un mouvement de convergence et extension. Nous avons utilisé le polster ainsi que son interaction avec le mésoderme axial postérieur afin d’étudier respectivement la migration cellulaire collective et la coordination de mouvement entre tissus. A cet effet, nous avons développé des techniques d’ablation laser profonde et résolue spatialement ainsi que de transplantation cellulaire avancée, que nous avons combiné à des approches de génétique fonctionnelle et de simulation numérique. Dans ce travail, nous montrons que l’information de direction qui guide le polster provient du mouvement antérieur des cellules suiveuses. Les cellules du polster détectent des signaux mécaniques exercés par la migration des cellules suiveuses. Ce signal est perçu à travers les contacts cellule-cellule et la voie de signalisation de mécanotransduction passant par E-Cadhérine, α-Caténine et Vinculine. Les cellules détectant un tel signal s’alignent avec leur suiveuses et celui-ci se propage à travers tout le tissu. Ce guidage de la migration par les suiveuses permet la coordination des mouvements sur de longues distances sans avoir besoin de gradient de chemoattractant préétabli. De plus, ce comportement assure la robustesse du développement car il permet de maintenir un contact continu entre le polster et le mésoderme axial postérieur durant la gastrulation. Cette thèse contribue à une meilleure compréhension de la régulation des mouvements gastruléens dans le poisson-zèbre et a permis d’identifier un nouveau mécanisme par lequel la migration collective peut s’établir.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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