Soutenance de thèse de Aude NOMMICK

Notre corps et nos organes internes sont recouverts d'une couche protectrice de cellules épithéliales créant des frontières biologiques. Dans cette étude, je me suis concentrée sur l'épithélium icilié. Il est composé de cellules multiciliées (CMC) qui développent à leur surface de nombreux cils motiles (petites protubérances membranaires). Chaque cil se forme à partir d'un centriole modifié, le corps basal. Les cils battent de manière coordonnée et synchronisée pour générer des flux directionnels de fluides, essentiels pour une variété de mécanismes développementaux et physiologiques. Chez l'homme, les CMCs favorisent la circulation du liquide céphalo-rachidien, l'élimination des agents pathogènes des voies respiratoires et le transport des gamètes dans les voies génitales. Des mutations de gènes nécessaires à la formation de cils multiples ou à l'activité de battement sont responsables de syndromes familiaux caractérisés par des infections chroniques des voies respiratoires et un risque élevé de stérilité. Au cours de la première partie de ma thèse, j'aborde le rôle multi-échelle de trois protéines centriolaires conservées (Lrrcc1, Ccdc61 et Odf2) dans l'épiderme cilié embryonnaire du Xénope, un modèle puissant pour étudier les principes de la multiciliogenèse. Mes travaux ont montré que Lrrcc1, Ccdc61 et Odf2 codent des composants centriolaires essentiels pour l’ancrage des corps basaux à la membrane apicale, leur espacement, leur polarisation coordonnée et l'organisation du cytosquelette apical. De plus, tous ces défauts entraînent un battement ciliaire plus lent et un écoulement liquidien inefficace qui mène à une survie embryonnaire réduite en présence d’agents pathogènes. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'aborde le rôle de Odf2/Cenexin dans le contexte de l’établissement du patron d’espacement des CMCs. Dans la peau des embryons de Xénope, avant de s'intercaler dans la couche externe, les CMCs sont distribuées irrégulièrement dans la couche mésenchymateuse interne et se dispersent progressivement par répulsion mutuelle. À la fin, elles adoptent un schéma d'espacement régulier, probablement important pour la production d'un flux homogène. La microscopie confocale a montré qu'Odf2, vraisemblablement en tant que composant centrosomal important pour l’organisation des microtubules, est nécessaire à l’espacement régulier des CMCs. Ces résultats démontrent l'importance d'étudier les composants subcellulaires dans un contexte intégré et physiologique.

Our body and internal organs are covered by a protective layer of epithelial cells creating biological boundaries. In my study, I focused on the highly specialized ciliated epithelium. It is composed of multiciliated cells (MCCs) harbouring numerous motile cilia (small hair-like membrane protuberances) at their surface. Each cilium grows from a modified centriole named basal body (BB). Cilia beat in a coordinated and synchronised fashion to generate directed fluid flows essential for a variety of developmental and physiological mechanisms. In humans, MCCs help circulation of the cerebrospinal fluid (CSF), mucociliary clearance of pathogens from airways, and transportation of gametes in genital tracts. Mutations in genes necessary for multiple cilia formation or beating activity are responsible for familial syndromes characterized by severe chronic airway infections, and an elevated risk of infertility. During the first part of my thesis, I address the multi-scale role of three conserved centriolar proteins (Lrrcc1, Ccdc61 and Odf2) in the Xenopus embryonic ciliated epidermis, a powerful model to uncover conserved principles of multiciliogenesis. My work has shown that Lrrcc1, Ccdc61 and Odf2 encode centriolar components essential for BB docking at the apical membrane, BB spacing, BB coordinated polarization and apical cytoskeleton organization. Moreover, all these defects lead to a slower ciliary beating and an inefficient flow production that, at large scale, reduce embryo survival against pathogens. During the second part of my thesis, I address the role of Odf2/Cenexin in the mechanism of MCC spacing pattern establishment. In the Xenopus larval skin, before intercalating, MCCs are distributed irregularly within the internal mesenchymal layer and gradually disperse through mutual repulsion. At the end, MCCs adopt a regular spacing pattern, that is transferred at the surface by radial intercalation. Presumably, this regular pattern, is important for homogeneous fluid flow production. Confocal-microscopy on fixed embryos have shown that Odf2 is a centrosomal component involved in MT organization and necessary for MCC spacing pattern establishment. These results demonstrate the importance of studying sub-cellular components in an integrated and physiological context.