Rôle des régulateurs de l'actine dans la mise en place de l'asymétrie gauche-droite chez la Drosophile : la formine DAAM est essentielle pour l’asymétrie gauche-droite
Institution:
Université Côte d'Azur (ComUE)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Besides their external bilateral symmetry, most of the animals display left-right (LR) asymmetry of their internal organs. The asymmetric shapes and positions of the visceral organs are regulated by LR asymmetry signaling pathways and their disturbance results in severe congenital disorders. LR patterning in vertebrates and in invertebrates is regulated by different cytoskeletal elements: vertebrates employ microtubules and cilia, while in invertebrates, including Drosophila, the actin cytoskeleton has a prominent role. The actin system has long been proposed to play important role in animal LR asymmetry. To date, the proteins that are directly involved in the regulation of actin dynamics in establishing LR asymmetry have not been identified. In Drosophila, dextral anatomical handedness is determined by a single gene, the conserved type 1D myosin (Myo1D), discovered by the Noselli laboratory. myo1D is a unique situs inversus gene and a key LR determinant. Loss of myo1D function leads to a totally inverted LR organ asymmetry in flies (Sinistral). The genetic and developmental basis of sinistral asymmetry is unknown. Studies in zebrafish and Xenopus have shown that the myo1D orthologs control LR asymmetry indicating its evolutionarily conserved function in LR patterning in Drosophila and vertebrates. Further recent work by the Noselli laboratory has discovered that Myo1D is not only necessary for establishing LR asymmetry in Drosophila but also sufficient to generate de novo LR asymmetries at multiscale levels. This de novo asymmetry is assumed to result from a chiral interaction of Myo1D and actin filaments based on noncell-based assays. Defining this mechanism in vivo is critical to understanding the role of actin and its regulators as a reinforcing link between Myo1D and the actin cytoskeleton in animal LR asymmetry. To characterize the role of actin cytoskeleton in LR asymmetric development, I performed an RNA interference-based genetic screen down-regulating the functions of cytoskeletal genes in both Dextral and Sinistral genetic backgrounds. My study identifies the main actin nucleator formin DAAM as an essential component for LR asymmetry determination in Drosophila. Flies lacking DAAM show symmetrical morphogenesis of LR organs indicating the loss of LR asymmetry. Notably, DAAM is required for both dextral and sinistral development in Drosophila. In addition, genetic analysis revealed that dextral development requires the F-actin network constructed by coordinated activities of the formins Diaphanous and DAAM. Moreover, DAAM is also required for de novo formation of LR asymmetry, suggesting that the DAAM nucleated F-actin network acts as an essential structural component required for chirality determination involving Myo1D activity. DAAM overexpression enhances these asymmetries further adding an extra chiral twist, reflecting that a pool of DAAM decorated actin filaments acts as limiting factor for organ looping in LR asymmetry. In this setting, DAAM molecularly interacts with the Drosophila homolog of Profilin, chickadee (chic) and silencing chic mimics the DAAM loss-of-function phenotype. I also uncovered roles for a subset of actin regulators fli, Lg(2)l, Tec29, Dizzy, βPS mys, rhea and Rap1 in LR asymmetry, indicating they functionally act in the same actin regulatory pathway. Altogether, these original findings clearly demonstrated the fundamental role of actin and its regulation by formins in LR asymmetry and provide insight into the molecular basis underlying animal asymmetry.
Abstract FR:
Quoiqu’apparemment symétriques vus de l’extérieur, la plupart des animaux montrent des asymétries droite-gauche (DG) au niveau de leurs organes internes. L’asymétrie des organes viscéraux est contrôlée par des voies de signalisation dont la dérégulation entraine des désordres congénitaux sévères. L’asymétrie DG chez les vertébrés et les invertébrés est régulée par différents éléments du cytosquelette : les vertébrés utilisent les microtubules et des cils motiles, alors que les invertébrés, dont la Drosophile, emploient le cytosquelette d’actine. Quoique le cytosquelette d’actine soit considéré comme important pour l’asymétrie DG, à ce jour, les régulateurs de l’actine impliqués dans ce processus n’ont pas été identifiés. Chez la Drosophile, l’asymétrie dextrale est déterminée par un seul gène, codant pour la myosine conservée Myosin1D (Myo1D), découverte par l’équipe de S. Noselli. myo1Dest un gène situs inversus et déterminant DG unique. La perte de fonction de myo1Dentraine une inversion totale de l’asymétrie DG, aboutissant à un phénotype sinistral. Les bases génétiques du développement sinistral sont inconnues. Des études chez le zebrafish et le xénope ont montré que l’orthologue de myo1D contrôle aussi l’asymétrie chez les vertébrés, la fonction de myo1D étant ainsi conservée évolutivement. Des travaux récents du laboratoire ont montré que myo1D est non seulement nécessaire mais aussi suffisant pour induire l’asymétrie DG de novo à toutes les échelles biologiques. Cette activité nait d’une interaction chirale entre Myo1D et l’actine filamenteuse, comme montré in vitro dans un modèle non cellulaire. Afin de définir le mécanisme d’action de Myo1D in vivo, il est donc essentiel de comprendre le rôle de l’actine et de ses régulateurs dans l’asymétrie DG. Dans ce but, j’ai réalisé un crible RNAi afin de tester le rôle du cytosquelette dans les voies dextrale et sinistrale. Mon travail a permis d’identifier le gène DAAM, codant pour un nucléateur d’actine de la famille des formines, comme un facteur essentiel pour l’asymétrie DG chez la Drosophile. Des mouches mutantes pour DAAM deviennent symétriques. De façon intéressante, j’ai pu montrer que DAAM est nécessaire aux deux voies dextrale et sinistrale. L’analyse génétique révèle que le développement dextral requiert un réseau de F-actine assemblé par l’activité coordonnée des formines Diaphanous et DAAM. De plus, DAAM est requis pour l’asymétrie DG de novo, suggérant que le réseau d’actine assemblé par DAAM est essentiel à la chiralité induite par Myo1D. La surexpression de DAAM amplifie la chiralité induite par Myo1D, suggérant que DAAM est un facteur limitant pour l’asymétrie DG. Les résultats montrent aussi que DAAM interagit avec l’homologue Drosophile de la Profiline, Chickadee (Chic), et que la réduction de l’activité de chic mime celle de DAAM. Par ailleurs, le crible a permis de mettre en évidence le rôle de nouveaux facteurs de régulation de l’actine dans l’asymétrie DG, à savoir fli, Lg(2)l, Tec29, Dizzy, βPS mys, rheaetRap1, agissant dans un réseau régulant l’asymétrie. Dans leur ensemble, ces résultats originaux montrent le rôle fondamental de l’actine et de la formine DAAM dans le contrôle de l’asymétrie DG, révélant ainsi de nouveaux mécanismes de régulation contrôlant l’asymétrie chez les animaux.