Transcriptional control of cell-fate specification in the vertebrate hindbrain
Contrôle transcriptionnel de la spécification cellulaire dans le cerveau postérieur des Vertébrés
Résumé
During embryonic development, the cell fates are specified by the expression of lineage factors whose expression must be finely regulated to ensure proper organ formation. To get insight into the control of lineage factors expression, we used the vertebrate hindbrain (rhombencephalon) as a system model. During development, the hindbrain is subdivided into seven segments, termed rhombomeres and noted from r1 to r7. Each segment corresponds to a coherent cell lineage. In particular, specification of r3 and r5 lineages is controlled by the zinc-finger transcription factor Krox20. When Krox20 function is abolished, r3 and r5 cells are not properly specified, hence modified neuronal fate. In the present PhD work, we aimed at deciphering the processes that control the number of Krox20-expressing cells, i.e. the size of r3 and r5. We focused in particular on the transcriptional control of Krox20 expression by studying the activity of Krox20 cis-regulatory elements. Two elements, termed B and C, are responsible for the initiation of Krox20 expression; a third one, noted A, amplifies and prolongs it through an autoregulatory activity. We showed (i) that cells commit to the r3/r5 fate only if they activate the element A, (ii) that the element A functions as a bistable switch, determined by the level of Krox20 initiation. These results were obtained by the analysis of a computational model, constrained by quantitative data derived from experiments on zebrafish embryos. Our model is built at the cell level and implement molecular events occuring at the level of element A. It thus establishes the relationship between enhancer activity and tissue-scale patterning
Au cours du développement embryonnaire, le destin d'une cellule est spécifié par l'expression de gènes dits de lignage. Le contrôle de l'expression de ces gènes est essentiel à la cohérence du développement embryonnaire. Pour savoir comment s'effectue ce contrôle, nous avons choisi un modèle de spécification dans le cerveau postérieur des vertébrés, le rhombencéphale. Au cours de son développement, cet organe comprend sept groupes de cellules homogènes, appelés rhombomères (r) et notés de r1 à r7, qui subissent des processus de spécification distincts. La voie de spécification de r3 et r5 est la mieux connue car elle est contrôlée par un facteur unique, Krox20. En l'absence de ce facteur, les cellules de r3 et r5 ne sont pas correctement spécifiées et voient leur destin neuronal modifié. Dans ce travail de thèse, nous dévoilons les mécanismes qui permettent de contrôler le nombre de cellules exprimant le gène Krox20, donc la taille de r3 et r5. Ces mécanismes contrôlent la dynamique de transcription de Krox20, en régulant l'activité de ses éléments régulateurs. Deux éléments, B et C, sont responsables de l'initiation de l'expression de Krox20 ; un troisième, noté A, l'amplifie et la prolonge grâce à une activité autorégulatrice. Nous montrons (i) que les cellules n'acquièrent l'identité r3/r5 que si elles activent l'élément A, (ii) que l'activation de l'élément A suit un mode tout-ou-rien, selon le niveau d'initiation de Krox20. Ces conclusions ont été obtenues par l'analyse d'un modèle mathématique, contraint par des données expérimentales obtenues chez le poisson-zèbre, et suffisamment résolutif pour décrire l'activation de A à l'échelle moléculaire.
Domaines
Biologie cellulaire
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