Graded signal inputs to binary cell fate decisions : a quantitative approach based on ascidian neural induction - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Graded signal inputs to binary cell fate decisions : a quantitative approach based on ascidian neural induction

Interprétation d’un signal graduel en une décision cellulaire binaire : une approche quantitative basée sur l’induction neurale de l’ascidie

Résumé

To address how a cell interprets a graded signal to generate a threshold response, I studied the initial step of ascidian neural induction. During this process, four ectoderm cells among sixteen are selected as neural precursors. FGF9/16/20, derived from mesendoderm cells, acts as a neural inducer and activates Otx expression through the ERK pathway. Quantitative measurement of cell surface contacts (CSC) between ectoderm cells and FGF-expressing cells has revealed that each ectoderm cell is exposed to FGF, with neural precursors having the largest area of CSC with FGF-expressing cells. Using quantitative measurements of endogenous ERK activation and Otx expression, we have revealed that each ectoderm cell exhibits a level of ERK activation corresponding to its area of CSC with FGF-expressing mesendoderm cells while Otx expression is restricted to only the four neural precursors. An ephrin ligand is expressed in the ectoderm cells and act antagonistically to FGF signals. In embryos inhibited for ephrin/Eph signals, ERK levels are increased in all ectoderm cells, proportionally to their CSC with the FGF-expressing cells. Under these conditions, the spatial precision of Otx expression is lost with additional ectoderm cells exhibiting Otx expression suggesting that ephrin/Eph signals act to reduce the overall levels of ERK activation, such that the non-neural ectoderm cells remain below the threshold required for Otx activation. We tested this hypothesis by treating embryos, in which ephrin signals were blocked, with low doses of the MEK inhibitor U0126. This treatment was sufficient to re-establish the normal Otx expression profile in the four neural precursors.
Afin de comprendre comment les cellules interprètent un signal graduel en une réponse binaire, j’ai étudié l’induction neurale de l’ascidie. Lors de ce processus, quatre cellules ectodermiques parmi les seize vont adopter un destin neural. FGF9/16/20, exprimé par les cellules mésendodermiques, est l’inducteur neural et active l’expression du gène Otx via ERK. Les surfaces de contact (SC) quantifiées entre les cellules ectodermiques et les cellules mésendodermiques exprimant FGF montrent que chaque cellule ectodermique est exposée à FGF et que les précurseurs neuraux ont les plus grandes SC avec les cellules mésendodermiques. En quantifiant l’activation d’ERK et de l’expression d’Otx, nous avons montré que chaque cellule ectodermique montre un niveau d’activation d’ERK proportionnel à sa SC avec les cellules exprimant FGF alors que l’expression d’Otx est restreinte aux quatre précurseurs neuraux. Un ligand ephrine est exprimé par les cellules ectodermiques et joue un rôle antagoniste à FGF. Dans les embryons où le signal ephrine a été bloqué, le niveau d’ERK augmente dans toutes les cellules ectodermiques proportionnellement aux SC avec les cellules exprimant FGF. Dans ces conditions, d’autres cellules ectodermiques montrent une expression ectopique d’Otx. Cela suggère que le signal ephrine réduit le niveau d’activation total d’ERK pour maintenir les cellules ectodermiques non neural sous le seuil requis pour l’expression d’Otx. Nous avons testé cette hypothèse en traitant des embryons, où la voie ephrine était inhibée, avec de faibles doses d’UO126 (inhibiteur de MEK). Ce traitement a suffi à rétablir l’expression normale d’Otx dans les quatre précurseurs neuraux.
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Dates et versions

tel-03784316 , version 1 (23-09-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03784316 , version 1

Citer

Géraldine Williaume. Graded signal inputs to binary cell fate decisions : a quantitative approach based on ascidian neural induction. Development Biology. Sorbonne Université, 2020. English. ⟨NNT : 2020SORUS426⟩. ⟨tel-03784316⟩
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