Subcellular mechanisms governing the spatiotemporal regulation of simultaneous morphogenetic processes
Mécanismes subcellulaires gouvernant la régulation spatiotemporelle d'événements morphogénétiques simultanés
Résumé
Morphogenesis is the fundamental process by which an organism acquires its shape, establishing the structural and functional foundations for proper development. During embryogenesis, tissue morphogenesis arises from genetic patterning that drives both local and organismal forces to shape epithelial sheets into mature structures. We now broadly understand the genetic regulation involved in the remodelling of cytoskeletal elements to generate these forces and drive simple morphogenetic processes. However, these events have typically been studied individually, despite occurring simultaneously during development. To explore how a single tissue undergoes multiple simultaneous shape changes, we use the Drosophila embryo as a model system, focusing on the simultaneous folding and extension of the presumptive mesoderm tissue. This complex tissue transformation relies on the timely reorganization of the cortical actomyosin network in two subcellular tiers. The first tier, at the apex of mesoderm cells, mediates apical constriction for tissue folding, while the second tier, at the lateral cortex, drives polarized cell intercalation for tissue convergence-extension. We now investigate how mesoderm cells segregate actomyosin into distinct subcellular tiers to achieve simultaneous shape and topology changes. Previous work highlighted the basal displacement of nuclei during mesoderm folding, a feature conserved across species. While much research has focused on nuclear positioning regulation, the effect of nuclear position on tissue morphogenesis remains unclear. In this study, I demonstrate that the nucleus controls the establishment of the two-tier actomyosin network. Within the geometric constraints of mesoderm columnar epithelial cells, the nucleus acts as a barrier, shielding the lateral cortex from the microtubule network and regulating the distribution of the signalling molecule RhoGEF2. The relocation of the nucleus, driven by the contraction of the first actomyosin tier and the resulting cytoplasmic flow, unshields the lateral cortex for RhoGEF2 delivery to direct the stereotypic formation of the second actomyosin tier. This work identifies a new role for the nucleus as a spatiotemporal cytoskeleton compartmentalizer, establishing a modular scaffold that powers multiple simultaneous morphogenetic processes.
La morphogenèse est le processus fondamental par lequel un organisme acquiert sa forme, établissant les fondations structurelles et fonctionnelles nécessaires à son développement correct. Pendant l'embryogenèse, la morphogenèse tissulaire découle du contrôle génétique des forces locales et globales pour façonner les feuillets épithéliaux en structures matures. Nous avons désormais une compréhension de la régulation génétique impliquée dans le remodelage du cytosquelette pour générer ces forces et réaliser des processus morphogénétiques simples. Cependant, ces événements ont été étudiés individuellement, alors qu'ils surviennent simultanément durant le développement. Pour explorer comment un même tissu subit plusieurs changements de forme simultanés, nous utilisons l'embryon de Drosophile comme modèle, en nous concentrant sur le repliement et l'extension simultanés du mésoderme présomptif. Cette transformation tissulaire complexe repose sur la réorganisation du réseau cortical d'actomyosine en deux niveaux subcellulaires. Le premier niveau, situé à l'apex des cellules mésodermiques, médie la constriction apicale pour le repliement du mésoderme, tandis que le second niveau, situé au cortex latéral, entraîne l'intercalation cellulaire polarisée pour la convergence-extension du tissu. Nous étudions maintenant comment les cellules mésodermiques parviennent à contrôler spatio-temporellement la distribution d'actomyosine en niveaux subcellulaires distincts pour réaliser des changements simultanés de forme et de topologie. Des travaux antérieurs ont mis en évidence le déplacement basal des noyaux pendant le repliement du mésoderme, un phénomène conservé durant l'embryogénèse de nombreuses espèces. Bien que de nombreuses recherches aient pu élucider la régulation du positionnement nucléaire, l'effet de la position du noyau sur la morphogenèse tissulaire reste inconnu. Dans cette étude, je démontre que le noyau contrôle la distribution subcellulaire du réseau d'actomyosine. En raison des contraintes géométriques imposées par la forme columnaire des cellules épithéliales du mésoderme, le noyau agit comme une barrière, protégeant le cortex latéral du réseau de microtubules et régulant la distribution de la molécule de signalisation RhoGEF2. Le repositionnement basal du noyau, entraîné par la contraction du premier niveau d'actomyosine et le flux cytoplasmique résultant, permet de libérer le cortex latéral pour que RhoGEF2 s'y accumule, dirigeant ainsi la formation stéréotypée du second niveau d'actomyosine. Ce travail identifie donc un nouveau rôle du noyau permettant la compartimentation spatio-temporelle du cytosquelette, générant ainsi une structure modulaire qui alimente plusieurs processus morphogénétiques simultanés.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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