Comprendre la différenciation terminale des tissus embryonnaires : le cas de l'épiderme des drosophiles

Si l'étude de la morphologie des êtres vivants a permis la formulation de concepts importants, les mécanismes moléculaires sous tendant le développement et l'évolution d'un caractère morphologique restent mal compris. Nous abordons ces questions par l'étude de la différentiation morphologique de l'épiderme des insectes, produisant un profil de trichomes caractéristique de chaque espèce. L'équipe a montré le rôle clef d'un facteur de transcription, Shavenbaby (Svb), dont l'expression intègre de nombreux signaux développementaux (e.g., voies de signalisation Wingless et EGF-r) et définit le patron des trichomes. Des résultats récents montrent que cinq régions cis-régulatrices dirigent la transcription de shavenbaby, et que leur modification est responsable de la diversification évolutive des trichomes de drosophile. Alors que la compréhension des éléments cis-régulateurs est relativement bien aboutie, l'identification des complexes protéiques régulateurs s'y fixant reste un enjeu. L'équipe a entrepris la caractérisation fonctionnelle de ces régions cis-régulatrices et l'identification des régulateurs s'y fixant pour comprendre: i/ comment sont intégrées les cascades développementales ii/ leur activité au cours du développement iii/ leur modification au cours de l'évolution. Au cours de ma thèse, J'ai étudié deux de ces régions responsables de l'expression ventrale de svb. Mes objectifs ont été d'une part de délimiter les régions génomiques minimales capables de diriger cette expression, d'autre part de rechercher les facteurs agissants en trans sur ces séquences. La définition fonctionnelle, in vivo, de la région minimale requise pour définir le patron d'expression a permis d'identifier les protéines Hox Ubx et AbdA comme facteurs de transcription se fixant sur certaines de ces régions et contribuant à l'expression de svb. De façon complémentaire et plus exhaustive, j'ai développé un crible génétique systématique qui, par l'inactivation ciblée in vivo de chacun des facteurs de transcription codés chez la Drosophile, a permis d'identifier d'autres facteurs de transcription exprimés dans l'épiderme comme régulateurs. De façon complémentaire, un crible génétique chez la levure a été réalisé dans le but de trouver les interacteurs directs. Enfin, de façon a hiérarchiser les régulateurs identifiés, j'ai étendu ces approches a l'analyse d'un élément cis-régulateur cible de Svb. J'ai ainsi pu identifier les facteurs de transcription SoxN et D comme acteurs importants de l'expression ventrale de l'expression de svb. Ces travaux, identifiant les premiers facteurs de transcription contrôlant svb, contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes de régulation transcriptionnelle à la base de la morphogenèse épidermique. Plus largement, ils apportent de nouvelles perspectives sur les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les réseaux de régulation des gènes contrôlant la différenciation morphologique au cours du développement.While morphological studies of living organisms have led to important concepts like the theory of evolution, the molecular mechanisms of development and evolution of morphological traits remain poorly understood. We address these questions by studying the morphological differentiation of the insect epidermis, which produces a profile of specialized cuticle extensions, termed trichomes, which characterise different species. Our group has demonstrated the pivotal role of the transcription factor shavenbaby (svb) whose expression integrates many developmental signals and defines the pattern of trichomes. Recent results indicate that five cis-regulatory regions direct the transcription of shavenbaby and that their modifications is responsible for the evolutionary diversification of trichomes patterns in insects. Our team has undertaken a functional characterization of these cis-regulatory regions and the identification of transcriptional regulators involved to understand: i/ how are integrated the developmental cascades ii/ their importance during development iii /their modifications during evolution. During my PhD, I focused onto two regions responsible for the ventral expression of svb. My objectives were, on one hand, to define the smallest genomic regions capable of directing svb ventral specific expression, on the other hand, to search the transcriptional factors. The in vivo functional characterization of the motifs regions required for the ventral pattern led to the identification of the Hox Ubx and AbdA transcription. In a complementary and more exhaustive approach, I developed a systematic genetic screen, which, by the in vivo targeted inactivation of each of the transcription factors encoded by the Drosophila genome, led to the identification of additional players. In a complementary approach, a yeast one-hybrid screen was performed to find the direct interactors. Finally, in order to prioritize the regulators identified, I extended these approaches to the analysis of a cis-regulatory element of a svb downstream target. I identified the transcription factors SoxN and D as direct regulators of svb ventral expression, defining them as key players of D/V patterning. This work contributes to a better understanding of transcriptional regulatory mechanisms directing epidermal morphogenesis. More broadly, this bring novel light on the molecular mechanisms underlying Gene Regulatory networks that controls morphological differentiation during development and their diversification throughout evolution