Soutenance de thèse de Estelle JULLIAN

Le mésoderme cardiopharyngé (CPM) est localisé au niveau crânial de l’embryon de souris, et contribue aux muscles de la tête et du cou, dérivés des arcs pharyngés, et aux cellules progénitrices du second champ cardiaque qui donne naissance au muscle cardiaque. L’étude du CPM permet de comprendre les malformations congénitales cardiaques et crâniofaciales, comme celles observées chez les patients atteints du syndrome de microdélétion 22q11.2. Chez la souris, une analyse de clonale rétrospective a établi qu’il existe une relation clonale entre certaines parties du cœur, dérivant du second champ cardiaque et certains muscles branchiomériques. Bien que, chez le protochordé Ciona, une cellule progénitrice du CPM a été identifiée, capable de contribuer au cœur et aux muscles squelettiques pharyngés, les cellules progénitrices communes entre le cœur et les muscles de la tête n’ont pas été localisées dans l’embryon de souris. L’objectif de ma thèse consiste à étudier le destin du cœur contre celui des muscles de la tête dans le CPM. Le premier chapitre des résultats adresse la localisation spatiotemporelle des potentielles cellules progénitrices bipotentes du cœur et des muscles de la tête dans le CPM murin et comment elles sont régulées. Chez Ciona, les cellules bipotentes sont déterminées par un antagonisme mutuel entre deux facteurs de transcription, Nk4 et Tbx1/10, qui déterminent le destin du cœur et des muscles de la tête respectivement. J’ai étudié la co-expression et le potentiel antagonisme entre Nkx2-5 et Tbx1 murin, homologues de Nk4 et de Tbx1/10, pour explorer les destins cardiaque et musculaire. J’ai trouvé que les facteurs sont coexprimés à l’interface entre les domaines des cellules progénitrices du cœur et des cellules progénitrices des muscles de la tête entre E7.5 et E9.5 mais pas à E10.5, quand les deux domaines pour les muscles de la tête et le cœur sont séparés. Dans le mutant Tbx1 homozygote, j’ai observé que l’expression de Nkx2-5 s’étendait à l’intérieur du core de l’arc mandibulaire. Cependant, dans les mutants conditionnels Nkx2-5, l’expression de Tbx1 ne s’étendait pas dans le domaine des progéniteurs cardiaques. Les résultats démontrent que bien que les composants conservés soient présents, leur régulation diffère entre la souris et Ciona. Le second et le troisième chapitres de résultats présentent une analyse de l’hétérogénéité à l’intérieur du CPM et entre les arcs pharyngés. Utilisant différents marqueurs du CPM, les différents domaines sont déterminés dans le core et à l’intérieur des arcs, et le destin de chacun reste à être exploré. J’ai étudié le lien entre la formation du muscle du trapèze, dérivé des arcs trois à six et la voie de signalisation de l’acide rétinoïque. Ensemble, mes résultats permettent de comprendre les rôles complexes et divergents des composants conservés du module ontogénétique, contrôlant l’acquisition du destin myogénique dans le CPM.

Cardiopharyngeal mesoderm (CPM) is localized at the cranial level of the mouse embryo, and contributes to head and neck muscles, derived from pharyngeal arches, and second heart field progenitor cells that give rise to cardiac muscle. Study of CPM provides insights into the origins of cardiac and craniofacial congenital abnormalities, such as those observed in 22q11.2 deletion syndrome patients. In the mouse, retrospective clonal analysis has established that there is a clonal relationship between particular second heart field derived parts of the heart and specific branchiomeric muscles. While in the protochordate Ciona, a CPM progenitor cell has been identified which is able to contribute to the heart and pharyngeal skeletal muscles, common heart and head muscle progenitor cells have not been localized in the mouse embryo. My thesis objective was to investigate heart versus head muscles fate in CPM. The first results chapter addresses the spatiotemporal localization of potential bipotent heart and head muscle progenitor cells in murine CPM and how they are regulated. In Ciona, bipotent cells are defined by mutual antagonism between two transcription factors, Nk4 and Tbx1/10, that determinate heart and head muscle fate respectively. I investigated the coexpression and the potential antagonism between murine Nkx2-5 and Tbx1, homologues of Nk4 and Tbx1/10, to explore cardiac versus branchiomeric myogenic fate. I found that these factors are coexpressed at the interface between heart and head muscle progenitor cell domains between E7.5 to E9.5 but not at E10.5, when the two domains for head muscles and heart are separated. In Tbx1 null mutant, I observed that Nkx2-5 expression extended within the core of the mandibular arch. However, in Nkx2-5 conditional mutants, Tbx1 expression did not expand in the cardiac progenitor domain. The results demonstrate that while conserved components are present their regulation differs between the mouse and Ciona. The second and third results chapters present an analysis of the heterogeneity in CPM within and between pharyngeal arches. Using divers CPM markers, different domains were determined in the core of and between arches, the fate of which remains to be explored. I investigated the link between the formation of the trapezius muscle, derived from the third to six arches and the retinoic acid pathway. Together my results provide insights into the complex and divergent roles of conserved components of the ontogenetic module controlling myogenic fate acquisition in CPM.