Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Coeur – Morphogenèse“

Depuis les débuts de la sédentarisation des communautés inuites du Québec, au coeur du xxe siècle, une pluralité et une diversité d’acteurs sont intervenus en matière d’aménagement et d’habitation. Au fil du temps, la coexistence des référentiels étatique et inuit a généré des singularités spatiales et organisationnelles sur le territoire. Cet article expose, selon trois périodes clés, le dialogue entre les deux référentiels qui fait montre du rapport mouvant entre l’État et les Inuits. Le partage des responsabilités en matière de planification relatif à ces trois périodes distinctes amène une réflexion quant à l’intégration de la culture inuite dans les plus récents aménagements territoriaux. La planification urbaine, la morphogenèse et les pratiques citoyennes explorées dans la municipalité de Kuujjuaq permettent de saisir le dialogue entre le cadre institutionnel et les pratiques locales. L’évolution du décalage entre les référentiels sous forme de compromis attenant à la partialité de la prise en charge locale est constatée.

Les cardiopathies congénitales sont la première cause de malformations chez l'Homme et une meilleure compréhension de la morphogenèse cardiaque est essentielle pour en aborder les causes. La voie efférente du cœur est constituée majoritairement par les cellules mésodermiques du second champ cardiaque (SCC). Les cellules de la crête neurale cardiaque (CCNC) interviennent ensuite dans la septation de la voie efférente pour former l'aorte et l'artère pulmonaire. J'ai d'abord montré que l'expression du gène Fgfr-2-IIIb caractérise les CCNC en cours de migration chez l'embryon de poulet. J'ai ensuite montré que le gène FGF10 est une cible directe du facteur de transcription ISL1 dans le cœur embryonnaire humain aux stades Carnegie 14-15. D'autre part, j'ai mis en évidence la présence d'un site consensus reconnu par les facteurs GATA à proximité du site ISL1 définissant un module régulateur du gène FGF10. J'ai également identifié des sites ISL1 dans d'autres gènes codant des effecteurs et ligands des familles FGF, BMP et WNT non canonique et j'ai retrouvé le module ISL1-GATA dans certains d'entre eux. Ces observations suggèrent que le module ISL1-GATA participe à la régulation concertée des gènes de la morphogenèse cardiaque chez l'Homme. Après l'exclusion de FGF10 et FGFR2, j'ai identifié des mutations dans le gène STRA6, récepteur de la vitamine A, dans ce syndrome à transmission autosomique récessive
The congenital cardiopathies are the most common malformations in Humans. Fgfr2b is expressed by cardiac neural crest cells which are essential during maturation of the outflow tract segment of the heart into aorta and pulmonary artery. The LIM homeodomain-containing transcription factor Islet-1 (Is11) is critical for cardiogenesis in animal models. We demonstrate that ISL1 directly activates FGF 10 transcription in human heart primordia via a novel intronic regulatory element containing ISL1- and GATA-binding sites. ISL1 also binds elements of human cardiac chromatin near other genes transcribed between 31 and 38 days' development, some of which are also predicted to contain GATA-binding motifs. ISL1 and GATA4 are expressed in situ by the developing human heart during this period. In demarcating the human second heart field, ISL1 may directly coordinate FGF, BMP and cell polarity signalling pathways. Finally, we show that STRA6, a gene involved in retinoic acid pathway, is responsible for Matthew-Wood syndrome

La compréhension de la morphogenèse du cœur est primordiale pour appréhender les cardiopathies congénitales humaines. La découverte du second champ cardiaque et de sa participation au développement de la voie efférente a changé notre vision de la cardiogenèse. Le profil d’expression de souris transgéniques marquant le second champ cardiaque, couplé à un lignage de cardiomyocytes, suggèrent que le myocarde à la base des gros vaisseaux est préfiguré au sein des progéniteurs de ce champ. L’analyse des transgènes montre aussi que le myocarde subit une rotation et que celle-ci est perturbée chez certains mutants avec des malformations de la voie efférente. La voie efférente des embryons mutants Fgf10 est normale alors que celle des embryons mutants FgfR2-IIIb est anormale. Les marqueurs du second champ cardiaque ne sont plus réprimés dans les cellules différenciées du myocarde des mutants Nkx2. 5. En conclusion, ces données ont un impact majeur sur la compréhension des cardiopathies congénitales
Knowledge about the morphogenesis of the heart is crucial to understanding congenital heart disease. The discovery of the second heart field and its contribution to the outflow tract has changed our view of how the heart forms. The expression profiles of two transgenic mouse lines expressed in subdomains of the second heart field, together with lineage analysis of cardiomyocytes, suggest that the myocardium at the base of the great arteries is prefigured in subdomains of the second heart field. Outflow tract myocardium rotates prior to the positioning of the great arteries and this rotation is disturbed in mutants with outflow tract defects. In Fgf10 mutant embryos, the outflow tract is normal when FgfR2IIIb mutant embryos have malformations of the outflow tract. Analysis of Nkx2. 5 mutant embryos has shown that second heart field markers fail to be repressed in differentiated myocardial cells. In conclusion, data from animal models give new insights into congenital heart disease

Afin de mettre en évidence les propriétés et les comportements cellulaires qui sous-tendent la morphogenèse du cœur, nous avons adopté une approche clonale de marquage cellulaire chez la souris. Le gène rapporteur nlaacZ est activé spontanément, à faible fréquence, par recombinaison mitotique et des clones de cellules sont générés de façon aléatoire, à différents stades de développement. Nous avons intégré le gène rapporteur au locus de l'α-actine cardiaque, pour observer la taille et la distribution des clones produits dans le myocarde. Plusieurs milliers d'embryons à E8,5 et E1O,5, ainsi que des fœtus à E14,5 et des nouveaux-nés à P7, ont été disséqués. Nous montrons que les cellules du myocarde sont produites selon un mode prolifératif. Deux phases de croissance se succèdent avant et après la formation du tube cardiaque, au cours desquelles l'intercalation et le positionnement des cellules-filles sont régulés différemment. L'orientation de la croissance clonale préfigure l'architecture fine du myocarde et contribue à la morphogenèse différentielle des unités fonctionnelles du cœur. Nous montrons enfin que la régionalisation des cellules du myocarde, c'est-à-dire la restriction de leurs potentialités à ne participer qu'à l'une ou l'autre des unités fonctionnelles du cœur, se produit en plusieurs étapes. Nous mettons en évidence deux lignages, correspondant aux champs cardiaques primaire et secondaire. Ils ségrègent séquentiellement à partir d'un précurseur commun précoce et participent au cœur de façon chevauchante. Les cellules des unités adjacentes, sur l'axe artéro-veineux, sont ségrégées progressivement, probablement par restriction de la dispersion cellulaire. Ce n'est qu'au moment de la formation du septum interventriculaire qu'une frontière clonale est détectée, entre les ventricules. Nous discutons l'éclairage nouveau qu'apportent ces résultats sur les mécanismes de la morphogenèse du cœur, sur leur déterminisme génétique, ainsi que sur leur évolution
To investigate the cellular properties and behaviour, which underlie heart morphogenesis, we have adopted a retrospective clonal approach to cell labelling in the mouse. The nlaacZ reporter gene is spontaneously activated, at low frequency, by mitotic recombination and clones of cells are generated randomly, at different stages of development. We have integrated the reporter gene into the α-cardiac actin locus, which permits observation of the size and the distribution of clones produced in the myocardium. Several thousands of embryos at E8. 5 and El0. 5, as well as foetuses at E14. 5, and neonates at P7, have been dissected. We show that myocardial cells are produced by a proliferative mode of growth. This takes place in two phases, before and after the formation of the cardiac tube, during which intercalation and positioning of daughter cells are regulated differently. Orientation of clonal cell growth prefigures the fine architecture of the myocardium and contributes to the differential morphogenesis of the functional units of the heart. We also show that regionalisation of myocardial cells, i. E. The restriction of their potential to participate in a given functional unit of the adult heart, proceeds in several steps. We distinguish two cell lineages, corresponding to the primary and secondary heart fields, which segregate sequentially from an early common precursor. Their contributions to cardiac units are overlapping, except in the left ventricle and the outflow tract respectively. Regionalisation of cells in adjacent units along the arterial-venous axis, is progressive, suggesting that it occurs by the restriction of cell dispersion. It is only at the time of the formation of the interventricular septum that a clonal boundary is detected, between the right and left ventricles. We discuss how these results shed new light on the mechanisms of heart morphogenesis, on their genetic determinism and on their evolution

Enseignement de l'embryologie cardiaque est une tâche indispensable pour la formation des futurs médecins mais représente une réelle difficulté en raison de problèmes de représentation spatiale et temporelle de formes multiples et complexes. L'objectif du travail décrit dans ce mémoire concerne : élaboration d'un outil d'apprentissage sous forme d'une animation tridimensionnelle 3D réalisée en images de synthèse 1) une description médicale du développement cardiaque humain permettant l'écriture du scénario de l'animation, 2) le modelage par un infographiste, sous contrôle du médecin, des formes 3D définies dans l'étape de conceptualisation, et 3) la réalisation d'une séquence dynamique d'objets par morphing 3D permettant de représenter les variations anatomiques observées durant le développement cardiaque. L'outil autonome d'apprentissage définitif, présenté sous forme de cédérom, comporte aussi un outil de manipulation de formes 3D, un texte exhaustif, des références bibliographiques et des séquences d'échocardiographie fætale. La validation de la séquence nous a orienté vers une nouvelle étude, sur la reconstruction 3D de coeurs d'embryons humains de 8 à 12 semaines de grossesse à partir d'images de coupes sériées obtenues par microscopie optique. Cette reconstruction apparaît comme un nouvel outil diagnostique anatomo-pathologique. Les outils multimédias apparaissent ainsi comme une nécessité pour l'enseignement en raison de leur potentialité et interactivité.

L’asymétrie droite-gauche du cœur est essentielle à l’établissement de la double circulation sanguine : des anomalies dans l’information de position droite-gauche dans l’embryon entraînent des malformations cardiaques congénitales dans le syndrome d’hétérotaxie. Alors que le cœur se forme initialement comme un tube droit, il acquiert une forme hélicoïdale asymétrique au cours du processus de la boucle cardiaque. Il s’agit d’une étape clé de la morphogenèse cardiaque, au cours de laquelle les cavités cardiaques sont alignées, condition préalable à la bonne plomberie de la circulation sanguine. Bien que le déterminant gauche NODAL soit un régulateur important de la boucle cardiaque, des travaux antérieurs en laboratoire ont montré qu'il n'est pas le seul facteur d'asymétrie, de sorte que NODAL biaise et amplifie des asymétries préexistantes. Pourtant, les asymétries autres que la signalisation NODAL sont restées floues. Afin d'étudier l’information de position droite-gauche des précurseurs cardiaques, nous avons conçu une approche transcriptomique pour mettre en évidence l'expression différentielle des gènes dans les champs cardiaques droit et gauche de l'embryon de souris. Le crible transcriptionnel a été réalisé sur des embryons individuels, à sept stades séquentiels de la boucle cardiaque. À partir d'un crible pilote initial, nous avons identifié Notch3 comme un nouveau gène asymétrique. La cartographie spatio-temporelle de pointe, quantitative et en 3D, de l'expression de Notch3 a révélé une expression transitoire dans le mésoderme de la plaque latérale gauche, contenant des cellules précurseurs cardiaques, précédent le stade de la boucle cardiaque. Nous avons montré que Notch3 était co-exprimé avec Nodal au sein de cette population et que l'asymétrie de Notch3 était amplifiée par la signalisation NODAL, fournissant la première preuve moléculaire que NODAL agit comme un amplificateur d'asymétrie. Étant donné que la souris possède quatre récepteurs Notch paralogues, nous avons étudié la redondance potentielle entre eux. À partir de données publiées de séquençage d'ARN en cellules uniques et de nouvelles cartographies quantitatives, nous avons observé des profils d'expression spécifiques : l'expression de Notch4 est négligeable, celle de Notch1 est limitée à l'endocarde et à l'aorte dorsale, tandis que Notch2 est exprimé dans les progéniteurs cardiaques et enrichi dans le champ juxta-cardiaque, où le niveau de Notch3 est bas. Nous n'avons pas détecté d’asymétrie évidente des autres Notch. Dans les champs cardiaques des mutants Notch3, Notch1 et Notch2 ont été trouvés surexprimés, indiquant ainsi une compensation potentielle. Pour élucider la contribution de Notch3 à la boucle cardiaque, nous avons adopté trois approches. Nous avons généré des mutants Notch3 à E9.5 pour quantifier les anomalies de la boucle cardiaque. Nous avons croisé les mutants Notch3 avec les mutants Nodal, pour évaluer l'interaction entre ces deux gènes asymétriques. Enfin, pour surmonter la compensation par d'autres paralogues de Notch, nous traiterons les mutants Notch3 avec une dose sub-phénotypique d'inhibiteurs de la gamma-sécrétase et évaluerons si cela aggrave les défauts de la boucle cardiaque. Ces expériences fonctionnelles sont en cours de réalisation. Durant ce projet, nous avons développé de nouveaux outils pour cribler et quantifier l'expression asymétrique des gènes dans les précurseurs cardiaques. Nous discuterons de la découverte de Notch3 dans le contexte de l'asymétrie droite-gauche et du développement cardiaque. Par analogie avec le rôle de Notch3 dans d'autres tissus, nous aborderons les mécanismes cellulaires régulés par Notch3. Dans l’ensemble, ce travail fournit un nouvel éclairage sur les mécanismes de l'organogenèse asymétrique droite-gauche
Left-right asymmetry of the heart is essential for establishing the double blood circulation : abnormal left-right patterning of the embryo leads to congenital heart defects in the heterotaxy syndrome. Whereas the heart initially forms as a straight tube, it acquires an asymmetric helical shape during the process of heart looping. This is a key step of heart morphogenesis, during which cardiac chambers are aligned, as a prerequisite for the correct plumbing of the blood circulation. Although the left determinant NODAL is an important regulator of heart looping, previous work in the lab has shown that it is not the only asymmetry factor, but that NODAL plays a key role in biasing and amplifing pre-existing asymmetries. Yet, asymmetries other than NODAL signaling have remained unclear. In order to investigate the left-right patterning of cardiac precursors, we designed a transcriptomic approach to screen for differential gene expression in the left and right heart fields of the mouse embryo. The transcriptional screen has been performed in individual embryos, at seven sequential stages of heart looping. From an initial pilot screen, we have identified Notch3 as a novel asymmetric gene. State-of-the-art 3D spatio-temporal quantitative mapping of Notch3 expression revealed that it was transiently expressed in the left lateral plate mesoderm, containing heart precursor cells, before heart looping. We found that Notch3 was co-expressed with Nodal within this population and that Notch3 asymmetry was amplified by NODAL signaling, providing the first molecular evidence that NODAL acts as an amplifier of asymmetry. Given that the mouse has four paralogue Notch receptors, we have investigated potential redundancy between them. From published single cell RNA sequencing and new quantitative mapping, we observed specific expression patterns : Notch4 expression was negligible, that of Notch1 was restricted to the endocardium and dorsal aortae, whereas Notch2 was expressed in heart progenitors and enriched in the juxta-cardiac field, where Notch3 is low. We have not detected any obvious asymmetry of other Notch. In Notch3 mutant heart fields, Notch1 and Notch2 were found upregulated, thus indicating potential compensation. To elucidate the contribution of Notch3 to heart looping, we have adopted three approaches. We have generated Notch3 mutants at E9.5 to quantify anomalies in heart looping. We have crossed Notch3 mutants with Nodal mutants, to assess interaction between these two asymmetric genes. Finally, to overcome compensation by other Notch paralogues, we will treat Notch3 mutants with a subphenotypic dose of gamma-secretase inhibitors and assess whether it worsens heart looping defects. These functional experiments are ongoing. During this project, we have developed novel tools to screen and quantify asymmetric gene expression in cardiac precursors. We will discuss the discovery of Notch3 in the context of left-right asymmetry and heart development. By analogy with the role of Notch3 in other tissues, we will discuss cellular mechanisms regulated by Notch3. Altogether, this work provides novel insight into the mechanisms of left-right asymmetric organogenesis

La voie d’éjection cardiaque (VEC) est initialement un tube unique, qui se divise ensuite en artère aorte (Ao) et pulmonaire (Pa) au cours du développement embryonnaire. Cette morphogenèse est régulée par les cellules de crête neurale (CCN) qui colonisent la VEC et se condensent le long de l’endocarde, entraînant sa rupture et la formation des Ao et Pa. Des recherches ont montré que les Bone Morphogenetic Proteins (BMP) contrôlent le comportement des CCN durant ce processus. Cependant, les cascades moléculaires impliquées sont méconnues. Afin de mieux comprendre ces cascades moléculaires nous avons étudié le rôle de Dullard, une phosphatase identifiée comme inhibiteur intracellulaire de la voie BMP, au cours de la morphogenèse de la VEC. Nos résultats montrent que la délétion de Dullard dans les CCN augmente la signalisation BMP dans ces cellules, induit une septation asymétrique et prématurée de la VEC, l’obstruction de Pa et la mort embryonnaire. Cette suractivation de la voie BMP dans les CCN entraîne la diminution de leurs marqueurs mésenchymateux et augmente l’expression d’une cytokine appelée Sema3c, qui elle-même induit une compaction prématurée des CCN à l’endocarde. En parallèle, la différentiation asymétrique du myocarde sous-pulmonaire entraîne la rupture asymétrique de l’endocarde et l’obstruction de Pa. Enfin, nos résultats montrent qu’un gradient d’activation de la voie BMP et d’expression de Sema3c dans les CCN le long de l’axe de la VEC régule sa septation disto-proximale. Ainsi, nous mettons en évidence que la régulation des BMP dans les CCN orchestre spatiotemporellement la septation de la VEC
The heart outflow tract (OFT) is originally a solitary tube, which is septated into the aortic and pulmonary artery (Pa) during embryonic development. This morphogenesis is regulated by the cardiac neural crest cells (cNCC), which colonize the OFT and condense towards the endocardium, triggering its rupture and the fromation of the two arteries. Investigations to identify the molecular cues controlling cNCC behaviour in the OFT mesenchyme have established the importance of the Bone Morphogenic Proteins (BMP). However, little is known on the molecular cascades triggered by BMP signaling responsible for the cNCC mediated OFT septation. To get insights into these molecular cascades, we decided to dissect the role of Dullard, a perinuclear phosphatase uncovered as a BMP intracellular signaling inhibitor, during OFT morphogenesis. Our results show that deletion of Dullard in the cNCC increases BMP intracellular signaling, leading to premature and asymmetric septation of the OFT, Pa obstruction and embryonic death. This BMP overactivation in the cNCC triggers the downregulation of mesenchymal markers and the upregulation of a cytokine called Sema3c, which in turn results in premature cNCC compaction at the endocardium. In addition, asymmetric differentiation of the distal subpulmonary myocardium contributes to asymmetrical rupture of the endocardium and Pa obstruction. Finally, our data converge to a model whereby graded BMP activity and Sema3c expression in the cNCC along the OFT axis set the tempo of OFT septation from its distal to its proximal regions. Hence, our findings reveal that fine tuning of BMP signaling levels in cNCC orchestrate OFT septation in time and space

La morphogenèse est un processus qui nécessite une régulation à plusieurs niveaux à la fois physique et génétique. Les perturbations de ce programme dans le contexte du cœur ont souvent des conséquences importantes sur l'organe, comme le prouve l’incidence de 1% des cardiopathies congénitales à la naissance. Les cardiopathies congénitales telles que les cardiomyopathies, affectent l’architecture du muscle cardiaque essentielle à sa fonction contractile. Les parois ventriculaires sont particulièrement importantes, à la fois pour définir la taille des lumières ventriculaires et pour établir une architecture de myofibre orientée, renforçant l’efficacité de la contraction. Des travaux antérieurs dans le laboratoire ont permis de mettre en évidence l’émergence de l’orientation du myocarde. L'analyse clonale a révélé que la croissance tissulaire orientée corrélait avec l'expansion des ventricules (Sigolène M. Meilhac et al., 2004) et préfigurait l’architecture des myofibres du cœur nouveau-né (Meilhac et al., 2003). L'analyse de l’architecture cellulaire a révélé une coordination locale des divisions cellulaires indiquant une orientation des divisions cellulaires (Le Garrec et al., 2013). Ces études suggèrent que la division cellulaire orientée joue un rôle important dans la formation du cœur. Cependant, les mécanismes par lesquels cela est régulé doivent encore être identifiés dans les ventricules embryonnaires. Dans ce projet, nous utilisons une combinaison d'approches transcriptomique, segmentation cellulaire 3D, traitements chimiques en culture d'embryons et interférence moléculaire pour, étudier un mécanisme de division cellulaire orientée. Par séquençage ARN des ventricules, nous avons identifié l’expression de composants de l’appareil NuMA: GPSM, de la voie de la polarité cellulaire planaire et de la voie de mécano-détection des intégrines, qui sont des voies candidates pour réguler l’orientation de la division cellulaire. En parallèle, nous avons voulu déterminer si les cellules des ventricules en expansion se comportaient conformément à la règle de Hertwig. Pour ce faire, nous avons mis en place une méthode d’imagerie de l’architecture cellulaire dans le cœur entier par transparisation CUBIC et microscopie tridimensionnelle à feuille de lumière. Nous avons également amorcé le développement d’une méthode automatique de segmentation pour quantifier les axes de division cellulaire dans les ventricules. En comparant l’axe d'élongation des cellules aux axes de division les outils et les approches décrite ci-dessus permettront de conclure s'il existe une coordination entre les deux. Pour analyser l'importance des contractions cardiaques sur la croissance orientée des ventricules, nous avons établi des conditions de culture d'embryons traités avec des perturbateurs pharmaceutiques de la contraction cardiaque. Les résultats préliminaires indiquent qu'une augmentation et une diminution du taux de contraction affectent la forme du cœur. Enfin, nous avons conçu des vecteurs pour cibler les trois voies mentionnées ci-dessus avec des protéines dominant négatives. Les résultats de cette recherche pourraient avoir des applications en ingénierie tissulaire pour la réparation du cœur
The development of the heart is an intricate process both physically and genetically which requires regulation on many levels. Perturbations of this cardiogenic programme often has potent consequence on the organ and this is evident from the 1% incidence in births which are affected by a congenital heart disease (CHD). CHDs, such as cardiomyopathies, affect the architecture of the cardiac muscle, which is vital to the heartsfunction. The shape of the ventricular walls is particularly important to their function in terms of both defining the shape of the ventricular chambers and in establishing an appropriate myofiber architecture for efficient contractions (Meilhac et al., 2003). Previous work in the lab has provided insight into how this is achieved in the ventricles. It was found, through clonal analysis, that oriented tissue growth underlies cardiac chamber expansion (Meilhac et al., 2004). Analysis of earlier stages of the embryonic heart found regional coordination of cell divisions which preconfigured the myofiber architecture of the adult heart (Le Garrec et al., 2013). These studies suggest that oriented cell division plays an important role in sculpting the heart. However a mechanism by which this is regulated has yet to be established in the expanding ventricular chambers. In this project we use a combination of transcriptomic analysis, 3D cell segmentation, embryo culture experiments and molecular interference to investigate a mechanism for oriented cell division. Using bulk RNAseq we identified the NuMA:GPSM apparatus, the Planar Cell Polarity pathway and the integrin mechano-sensing pathway as candidates for further analysis. In combination with the transcriptomic analysis we wanted to identify if cells in the expanding ventricles were behaving according to Hertwig’s rule. To do this we have established CUBIC clearing and three dimensional lightsheet microscopy along with an automatic cell segmentation method to quantify cell elongations in the cardiac chambers. By comparing the elongation ratio of the cell to the detected axes of division the tools and approaches described above will enable us to identify if coordination existed between the two and if this was regionally specific. To analyse the impact of cardiac contractions on oriented cell division we established embryo culture experiment conditions paired with pharmaceutical interference of contractions. Preliminary results indicate that both an increase and decrease of contraction rate affects the shape of the heart. Finally, we will target the three pathways mentioned above with dominant negative proteins in chimeric hearts to dissect the molecular pathways. The outcome of this research will have potential applications in tissue engineering therapies targeting the heart