Soutenance de thèse de Corentin PORADA

Les cellules progénitrices du second champ cardiaque (SHF) permettent l'élongation rapide du tube cardiaque embryonnaire. Le contrôle précis de la prolifération/différenciation du SHF est une condition préalable à l'élongation correcte du tube cardiaque et toute altération entraîne des malformations cardiaques congénitales. Une population de cellules extracardiaques, la crête neurale cardiaque (CNC), joue un rôle essentiel dans la morphogenèse du cœur. Nous avons précédemment identifié le répresseur transcriptionnel Hes1 comme un régulateur essentiel du déploiement de la CNC. Nos résultats préliminaires suggèrent que l'expression régionalisée de la sous-unité régulatrice RIα de la protéine kinase dépendante de l'AMPc (PKA) peut contrôler l'expression de Hes1 dans le SHF. La PKA constitue l'un des principaux régulateurs de la contraction cardiaque chez l'adulte, mais son rôle au cours du développement cardiaque reste inconnu. Chez l'homme, des mutations de RIα entraînent le syndrome du complexe de Carney, une maladie rare associée à des myxomes cardiaques et à des défauts cardiaques congénitaux. Ce projet a émis l'hypothèse que RIα contrôle le déploiement précoce des cellules progénitrices cardiaques et que des défauts d’expression de RIα dans les CNC résiduelles sont responsables des myxomes cardiaques. Des lignées de souris transgéniques uniques ont été générées et utilisées pour effectuer une délétion conditionnelle de RIα dans diverses populations de progéniteurs, y compris le SHF et les CNC. La délétion de RIα dans les progéniteurs du SHF entraîne une altération de la prolifération du SHF, associée à une létalité embryonnaire précoce, ce qui démontre le rôle clé de RIα dans le contrôle du SHF. L’augmentation de l’expression de Hes1 détectée dans les mutants RIα et la sévérité accrue du phénotype observé dans les doubles mutants RIα/Hes1 confirment l'interaction génétique entre RIα et Hes1. Un séquençage ARN en cellule unique a été réalisé et l'analyse bioinformatique dévoilera le mécanisme précis qui sous-tend le contrôle de RIα sur le déploiement des progéniteurs cardiaques. La délétion conditionnelle de RIα dans les CNC entraîne une altération de la prolifération des progéniteurs des CNC provoquant des coussins cardiaques hypocellulaires à l’origine de défauts cardiaques congénitaux sévères. Il est intéressant de noter que la délétion conditionnelle hétérozygote de RIα dans les CNC entraîne une létalité à l'âge de 5 semaines associée à une hyperplasie cardiaque. Le traçage de la lignée cellulaire des CNC révèle l'existence de progéniteurs sous-endocardiques des CNC dans le cœur adulte, ce qui pourrait suggérer un rôle potentiel des dérivés des CNC dans le développement des myxomes cardiaques. Pour aborder ce point, la délétion conditionnelle de RIα dans les cellules des CNC adultes résiduelles a été réalisée et la fonction cardiaque évaluée mensuellement à l'aide de l'échocardiographie révèle un rôle clé pour RIα dans la fonction cardiaque. Dans l'ensemble, cette étude révèle un rôle critique pour RIα dans le déploiement des cellules progénitrices cardiaques et extracardiaques et dévoile sa nécessité pour une morphogenèse cardiaque correcte.

Second heart field (SHF) progenitor cells allow the rapid elongation of the embryonic heart tube. The precise control of SHF proliferation/differentiation is a prerequisite for correct heart tube elongation and any alteration results in congenital heart defects (CHD). An extracardiac cell population, the cardiac neural crest cells (NCC), plays a critical role in heart morphogenesis. We previously identified the transcriptional repressor Hes1 as a critical regulator of SHF deployment. Indeed, Hes1 deletion leads to CHD including overriding aorta and ventricular septal defects. Our preliminary results suggest that regionalized SHF expression of the cAMP-dependent protein kinase (PKA) regulatory subunit RIα may control Hes1 expression in the SHF. The PKA constitutes one of the master regulators of adult heart contraction nevertheless its role during heart development remains unknown. In human, mutations in RIα result in Carney Complex syndrome, a rare disease associated with cardiac myxomas and CHD. This project thus hypothesized that RIα controls early cardiac progenitor cell deployment and that RIα defects in resident cardiac NCC is responsible for cardiac myxoma. Unique transgenic mouse lines have been developed in order to preform conditional RIα deletion in diverse cardiac and extracardiac progenitor populations including SHF and CNC. RIα deletion in SHF progenitors results in impaired SHF proliferation, associated with early embryonic lethality demonstrating a key role for RIα in controlling SHF. Upregulated Hes1 expression was detected in RIα mutants and increased phenotype severity observed in RIα/Hes1 compound mutants support RIα and Hes1 genetic interaction. Single cell RNAseq was performed and bioinformatic analysis will unveil the precise molecular mechanism underlying RIα control of cardiac progenitor deployment. Conditional deletion of RIα in cardiac NCC leads to impaired proliferation of CNC progenitors, resulting in hypocellular heart cushions and severe congenital heart defects. Interestingly, heterozygous RIα conditional deletion in cardiac NCC leads to a 5 weeks-old lethality associated with cardiac hyperplasia. Cardiac NCC lineage tracing reveals the existence of subendocardial cardiac NCC progenitors in the adult heart which may suggest a potential role for cardiac NCC derivatives in the development of cardiac myxomas. To address this point, conditional RIα deletion in resident adult cardiac NCC cells has been achieved and cardiac function evaluated monthly using echocardiography may reveal a key role for RIα in cardiac function.