Novel dynamics and functions of Fibronectin in early vertebrate development

The metameric body plan of vertebrates is established during somitogenesis, one of the most complex morphogenetic events during development. Somites epithelialize periodically from the anterior-most presomitic mesoderm, and this rhythmicity is thought to be controlled by cyclic traveling waves of gene expression that sweep the tissue anteriorly. Although the spatial and temporal regulation of somitogenesis has been extensively studied, how the periodicity of genetic oscillations is translated into periodic somite epithelialization remains elusive. Furthermore, while knockout experiments have implicated the extracellular matrix component fibronectin in somite formation, much of the roles of its qualitative features deriving from its assembly state are still unknown. The aim of this thesis is to re-address the role of fibronectin during paraxial mesoderm development, particularly during somite morphogenesis. In Chapter 2, we describe fibronectin production and assembly dynamics during early embryogenesis and found that it is highly dynamic throughout paraxial mesoderm development, as different forms of fibronectin assembly (autocrine vs paracrine) correlate with exquisite morphogenetic events. In Chapter 3 we re-address the role of fibronectin during somite formation in vivo. We show that an intact fibronectin matrix and downstream mechanotransduction signaling are required for correct segmentation clock dynamics and somite morphogenesis. Our results suggest that the fibronectin matrix and its downstream chemical and mechanical cues couple genetic oscillations with timely somite morphogenesis. In Chapter 4 we investigate the role of fibronectin in somite maturation. We demonstrate that normal fibronectin assembly is required for correct Sonic hedgehog signaling in the somite, which in turn controls fibronectin production in this tissue, suggesting that fibronectin and Sonic cooperate to orchestrate somite patterning and differentiation. This thesis demonstrates that fibronectin is a dynamic pivotal player regulating paraxial mesoderm development. It also highlights the previously unappreciated importance of the extracellular matrix and its derived mechanical cues during embryonic development.O padrão metamérico do plano corporal dos vertebrados é estabelecido na somitogénese, um dos mais complexos eventos morfogenéticos do desenvolvimento. Os sómitos epitelizam a partir da parte anterior da mesoderme pré-somítica de forma periódica, num processo controlado por ondas cíclicas de expressão génica que percorrem este tecido numa direcção posterior-anterior. Embora muitos estudos se tenham focado no controlo temporal e espacial da somitogénese, os mecanismos pelas quais estas oscilações genéticas se traduzem na morfogénese periódica dos sómitos são em grande parte desconhecidos. Por outro lado, foi demonstrado que a matriz extracelular de fibronectina é crucial à formação dos sómitos, mas o impacto das suas características qualitatitvas neste processo é também desconhecido. Esta tese tem como objectivo reavaliar o papel da fibronectina durante o desenvolvimento da mesoderme paraxial, em particular na morfogénese dos sómitos. No Capítulo 2, analisamos a dinâmica de produção e montagem da fibronectina durante o desenvolvimento precoce, demonstrando que a montagem da matriz de fibronectina é extremamente dinâmica durante as várias fases de desenvolvimento da mesoderme paraxial, correlacionando com o seu rearranjo e maturação. No Capítulo 3 analisamos o papel da matriz de fibronectina na formação de sómitos in vivo, mostrando que esta matriz e respectiva mecanotransdução são cruciais para a dinâmica do relógio de segmentação e morfogénese do sómito. Estes resultados apontam a matriz de fibronectina como o agente responsável à coordenação das oscilações genéticas com a formação periódica do sómito. No Capítulo 4, mostramos que a matriz de fibronectina é necessária à sinalização Sonic hedgehog nos sómitos, que por sua vez controla a produção de fibronectina neste tecido, sugerindo que ambos colaboram na padronização e diferenciação do sómito. Os resultados desta tese demonstram que a fibronectina tem um papel fundamental na regulação do desenvolvimento da mesoderme paraxial, e evidencia a importância da matriz extracelular no desenvolvimento