Soutenance de thèse de Fanny CHAZAL

Au cours du développement les cellules souches (CS) prolifèrent puis acquièrent une identité cellulaire garantissant leur fonction. Ce processus est issu d’une régulation temporelle stéréotypée de l’expression des gènes (programmes génétiques) par des mécanismes temporels regroupés sous l’appellation : patterning temporel. Durant les stades embryonnaires et fétaux, la balance prolifération/différenciation des CSs doit être précisément régulée dans le temps afin de prévenir, par exemple, la formation d’organes anormalement petits ou bien le développement de cancers. Cependant, bien qu’activement étudiés, les mécanismes qui déterminent quand une CS doit cesser de proliférer pour se différencier restent encore mal connus. Grâce au modèle de la drosophile, notre laboratoire a identifié au cours des dernières années, divers programmes génétiques temporels contrôlant la prolifération des CSs puis favorisant leur différenciation au sein de différents tissus. Malgré leurs différences, ces programmes partagent en leur cœur deux facteurs de transcription antagonistes : Chinmo et Broad. Chinmo est exprimé durant les premier stades du développement et promeut la croissance cellulaire et la prolifération tout en réprimant la différenciation. Au contraire, broad est exprimé pendant les stades tardifs et est requis pour initier les programmes de différenciation. La transition Chinmo>Broad est induite au sein de divers tissus épithéliaux par une hormone stéroïdienne, l’ecdysone, dont les pics de production rythment la progression développementale. En revanche, dans le système nerveux central (SNC), c’est entre autres l’induction progressive d’une protéine de régulation de l’ARN, Syp, qui induit cette transition. Singulièrement, nous et d’autres équipes avons également montré que chinmo favorisait la régénération et était surexprimé dans un large panel de modèles de cancer d’origine développementale chez la drosophile. Son rôle moléculaire reste cependant peu clair. L’objectif de mon projet de thèse a été d’affiner nos connaissances quant à la nature et au mode d’action des mécanismes composant le patterning temporel au cours des premiers stades du développement. Mon travail, sur le modèle de l’épithélium du disque imaginal d’aile, a permis de montrer que Syp, contrairement à son rôle dans le SNC, n’induit pas la transition Chinmo>Broad et n’est pas nécessaire au déploiement des programmes génétiques de différentiation. Au contraire, Syp est induit par cette même transition et est nécessaire à l’établissement de la physiologie des cellules et de la morphologie du tissu. Plus particulièrement, en réaction à l’inactivation de Syp, les cellules lésées et environnantes activent la voie JAK/STAT qui a son tour maintient / réactive l’expression de chinmo, bloquant temporairement la transition et maintenant ainsi les capacités prolifératives des progéniteurs épithéliaux. Ainsi, ce travail met en lumière, l’existence de boucles de rétro-contrôle entre le patterning temporel, la physiologie et/ou les processus morphogénétiques opérant dans les tissus en développement. Ce mécanisme pourrait permettre de vérifier l’intégrité des tissus en fabrication, et de corriger les erreurs en maintenant temporairement l’état indifférencié et prolifératif conféré par Chinmo dans le but d’induire une régénération du tissu lésé. Mes résultats ont également permis d’avancer quant à la compréhension du mode d’action de Chinmo et Broad et suggèrent que ces facteurs de transcription développementaux majeurs contraignent le déploiement des programmes génétiques de différenciation grâce à un remodelage progressif des paysages chromatiniens guidant l’activité de régulateur de la transcription du récepteur à l’ecdysone. Ceci suggère un rôle majeur du remodelage de la chromatine dans la coordination de la croissance et de la spécification des tissus avec la progression développementale induite par la voie de signalisation de l’ecdysone.

During development, stem cells (SCs) proliferate and acquire a cellular identity that guarantees their function. This process is the result of the stereotyped temporal regulation of gene expression (genetic programs) by temporal mechanisms grouped under the term: temporal patterning. During the embryonic and fetal stages, the proliferation/differentiation balance of SCs must be precisely regulated over time in order to prevent, for example, the formation of abnormally small organs or the development of cancers. However, although actively studied, the mechanisms that determine when a SC must stop proliferating to differentiate are still poorly understood Using the Drosophila model, our laboratory has identified in recent years various temporal genetic programs that control the proliferation of SCs and then promote their differentiation in different tissues. Despite their differences, these programs share at their core two antagonistic transcription factors: Chinmo and Broad. Chinmo is expressed during the early stages of development and promotes cell growth and proliferation while repressing differentiation. In contrast, Broad is expressed during late stages and is required to initiate differentiation programs. The Chinmo>Broad transition is induced in various epithelial tissues by a steroid hormone called ecdysone, whose pulses regulate developmental progression. In the central nervous system (CNS), however, it is the progressive induction of an RNA binding protein, Syp, that induces this transition. Importantly, we and other teams have also shown that chinmo promotes regeneration and is overexpressed in a wide range of Drosophila developmental cancer models. However, its molecular role remains unclear. The aim of my thesis project was to refine our knowledge of the nature and mode of action of the mechanisms involved in temporal patterning during the early stages of development. My work, using the wing imaginal disc epithelium as a model, has shown that Syp, unlike its role in the CNS, does not induce the Chinmo>Broad transition and is not required for the unfolding of genetic differentiation programs. Instead, Syp is induced by this same transition and is necessary for the establishment of cell physiology and tissue morphology. In particular, Syp inactivation leads to the cell-autonomous and non-cell autonomous activation of the JAK/STAT pathway in the tissue. This leads to the maintenance/reactivation of chinmo expression, temporarily blocking the transition and thus maintaining the proliferative capacities of epithelial progenitors. Thus, this work highlights the existence of feedback loops between temporal patterning, physiology and/or morphogenetic processes operating in developing tissues. This system could provide a mechanism to check the integrity of the tissues being built, and to correct errors by temporarily maintaining the undifferentiated and proliferative state conferred by Chinmo in order to induce regeneration of the unhealthy tissue. My results also advance our understanding of the mode of action of Chinmo and Broad and suggest that these major developmental transcription factors constrain the unfolding of differentiation programs through a progressive remodeling of the chromatin landscapes guiding the transcriptional regulatory activity of the ecdysone receptor. This suggests a major role for chromatin remodeling in the coordination of growth and tissue specification with developmental progression induced by the ecdysone signaling pathway.