Dose et cofacteurs des protéines Hox lors du développement des organes de vol chez les insectes

During evolution, animais have developed an astonishing morphological diversity, allowing them to adapt to a wide variety of environments. One of the most striking examples is the radiation of flight appendages in insects, starting from ancestors with two similar pairs of wings. Severa! studies showed the implication of a particular Hox gene, Ultrabithorax ( Ubx), in the formation of posterior flight organs. These organs correspond to the "halteres" in Diptera. Conversely, the formation of anterior flight organs is considered to be Hox independent.During my Ph.D work, we have questioned this mode!. We showed that the Hox protein Antennapedia (Antp) is produced in the wing primordium of the fruit fly Drosophi/a melanogaster and is required for the formation of forewings. Surprisingly, the express ion level of Antp is much lower than the level of Ubx in the haltere primordium, and the artificial increase of Antp level can transform the wing into a haltere. Conversely, the artificial decrease of the Ubx level can induce a haltere to wing transformation. These results show that this is not the type of the Hox protein, here Antp or Ubx, but the specific dose, which is important for the formation of a wing or a haltere in Drosophi/a. We also identified the transcription factor Homothorax (Hth) as an upstream regulator of Antp and Ubx in the wing and haltere primordia respectively. The observation of a correlation between Hox dose variation and wing morphology in other insect lineages supports a new mode! in which morphological diversification of flight organs during insect evolution could arise from changes in the Antp and Ubx expression level. How the Ubx protein could specify the haltere developmenta l program at the molecular level remains elusive. lt is expected that the dose-specific activity of Ubx in the haltere could rely on the interaction with other transcr iptiona l partners. 1 present two complementary approaches that 1 developed ta capture such cofactors. While one approach is still ongoing, the other led ta the identification of interesting putative Ubx-partners. This work also revea led a surpr ising robustness in the Ubx transcr iptional program that may expia in why halteres diverged very little during insect evolution.Au cours de l'évolution, les êtres vivants ont développé une étonnante diversité morphologique leur permettant de s'adapter à des environnements très variés. L'un des exemples les plus frappants est la radiation des appendices de vol chez les insectes à partir d'ancêtres possédant deux paires d'ailes très similaires. Plusieurs travaux montrent l'importance d'un gène Hox particulier, Ultrabithorax ( Ubx), pour la formation des organes de vol postérieurs. Ceux-ci correspondent à des organes balanciers appelés « haltères » chez les diptères. A l'inverse, la formation des organes de vol antérieurs est considérée comme indépendante des gènes Hox. Au cours de mes travaux de thèse, nous avons remis en question ce modèle, et montré que la protéine Hox Antennapedia (Antp) est non seulement produite da ns le primordium de l'a ile mais éga lement nécessaire à la formation des ailes antér ieures chez la mouche des fruits Drosophila melanogaster. De manière surprenante, la dose de Antp est bien en deçà de celle observée pour Ubx dans le primordium d'haltère, et l'augmentat ion artificielle de cette dose suffit à transformer l'aile en haltère. À l'inverse, la diminution contrôlée de la dose de Ubx induit une transformation de l'haltère en aile. Ces résultats montrent ainsi que ce n'est pas le type de protéine Hox, ici Antp ou Ubx, mais leur dose, qui contrôle le programme développemental de type a ile ou haltère chez la drosophile. L'analyse du rôle du facteur de transcription Homothorax (Hth) montre également que celui-ci est nécessaire respectivement à l'activation de Antp et à la répression de Ubx dans les primordia d'aile et d'haltère, permettant de mettre en place un profil d'expression spécifique. L'observation d'une corrélation entre variation de dose Hox et formation d'ailes identiques ou différentes dans d'autres lignages d'insectes permet de proposer un nouveau modèle dans lequel les modifications du niveau d'expression des gènes Antp et Ubx pourraient être plus largement responsables de la diversification morphologique des organes de vol au cours de l'évolution des insectes. Comment la protéine Ubx parvient à spécifier le programme développemental des haltères chez la drosophile reste encore mal compris au niveau moléculaire. En particulier, il est attendu que son activité dose-dépendante puisse reposer sur l'interaction avec d'autres partenaires transcriptionnels. J'ai donc initié deux approches complémentaires originales pour identifier de nouveaux cofacteurs de Ubx. Si l'une des approches n'a pu aboutir à son terme, l'autre a permis d'identifier un certain nombre de nouveaux partenaires et de révéler une stabilité surprenante du programme développemental de l'haltère