Characterizing the role of Ephrin Eph signaling on tissue separation in Xenopus Laevis

As they acquire distinct fates, embryonic cell populations become separated bysharp boundaries. Several theories have been proposed to explain this astonishingphenomenon, which remains very poorly understood. This study investigatestissue separation at the cellular and molecular level, using the gastrulatingXenopus embryo as a model. At this developmental stage, boundaries divide theembryo into its basic body structures, starting with separation of the germ layers,followed by the separation of presomitic mesoderm from notochord. Live cellmicroscopy at these boundaries revealed a contact-mediated repulsion mechanismthat is controlled by a combination of several Eph receptors and their ephrinligands. Loss and gain of function approaches suggest that ephrin-Ephs interactselectively and not promiscuously. They are expressed in a partiallycomplementary pattern on both sides of the boundary. Integration of signals fromthose pairs reaches maximum intensity at the tissue interface. This phenomenonwas simulated computationally based on relative ephrin and Eph concentrations aswell as binding affinities. Despite differences in the expression profile of ephrinsand Ephs at various boundaries, our model holds true. The underlying cytoskeletalmechanism downstream of ephrin-Eph-mediated cell contraction was investigatedfurther. We found that repulsive events and membrane contraction made the cellmembranes less permissive to form stable adhesive bonds, resulting in a state ofloose adhesion – as indicated by the smooth appearance of Cadherins at theboundary. This thesis provides a novel understanding of ephrin-Eph control oftissue boundaries. It also has a direct impact on deciphering their intricate role intumor cell metastasis and invasion.Au cours du développement embryonnaire, la différenciation cellulaire entraîne lamise en place de frontières nettes afin de séparer les différentes populations decellules qui se dessinent. Plusieurs théories ont tenté d'expliquer ce phénomènefascinant, qui demeure mal compris. La présente étude s'appuie sur la gastrula deXénope afin d'examiner le processus de séparation des tissus aux niveauxcellulaire et moléculaire. A ce stade du développement, des frontières divisentd'abord l'embryon en trois couches de feuillets embryonnaires, puis séparent lanotocorde du mésoderme présomitique. L'imagerie de ces frontières sur descellules vivantes a révélé un mécanisme de répulsion cellulaire, qui serait contrôlépar une combinaison de plusieurs types de récepteurs Eph et de leurs ligands, leséphrines. Nous montrons à la fois par perte et par gain de fonction que leséphrines interagissent avec les récepteurs Eph de manière sélective, et non pasaléatoire. L'expression de ces protéines de part et d'autre des frontières suit unschéma de complémentarité partielle. L'intégration des signaux générés par lespaires d'éphrine-Eph produit une réaction d'amplitude maximale aux interfacesentre les tissus. Nous proposons une simulation numérique de ce phénomène designalisation intégrée, sur la base des concentrations relatives d'éphrines etd'Ephs, ainsi que de leurs affinités de liaison. Cette simulation semble valide pourmodéliser de nombreuses frontières embryonnaires, et ce malgré la variabilité desprofils d'expression des éphrines et Ephs à ces différentes frontières. Nous avonségalement étudié les modifications du cytosquelette en aval de la voie designalisation éphrine-Eph, qui entraîne la contraction cellulaire. Nos résultatsindiquent que les instances de répulsions cellulaires, en conjonction avec lacontraction membrannaire, entravent la formation de liaisons adhésives stablesentre les cellules. Ceci engendre un état d'adhérance faible, se traduisant parl'apparance lisse des Cadhérines le long des frontières embryonnaires. Laprésente thèse apporte une compréhension nouvelle du rôle de la voie designalisation éphrine-Eph dans la régulation des frontières entre différents tissus.Ces trouvailles promettent également d'éclairer l'étude du rôle de ces moléculesdans l'invasion et la métastase de tumeurs