Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Head mesoderm“

Le mésoderme cardiopharyngé (CPM) est localisé au niveau crânial de l’embryon de souris, et contribue aux muscles de la tête et du cou, dérivés des arcs pharyngés, et aux cellules progénitrices du second champ cardiaque qui donne naissance au muscle cardiaque. L’étude du CPM permet de comprendre les malformations congénitales cardiaques et crâniofaciales, comme celles observées chez les patients atteints du syndrome de microdélétion 22q11.2. Chez la souris, une analyse de clonale rétrospective a établi qu’il existe une relation clonale entre certaines parties du cœur, dérivant du second champ cardiaque et certains muscles branchiomériques. Bien que, chez le protochordé Ciona, une cellule progénitrice du CPM a été identifiée, capable de contribuer au cœur et aux muscles squelettiques pharyngés, les cellules progénitrices communes entre le cœur et les muscles de la tête n’ont pas été localisées dans l’embryon de souris. L’objectif de ma thèse consiste à étudier le destin du cœur contre celui des muscles de la tête dans le CPM. Le premier chapitre des résultats adresse la localisation spatiotemporelle des potentielles cellules progénitrices bipotentes du cœur et des muscles de la tête dans le CPM murin et comment elles sont régulées. Les résultats démontrent que bien que les composants conservés soient présents, leur régulation diffère entre la souris et Ciona. Le second et le troisième chapitres de résultats présentent une analyse de l’hétérogénéité à l’intérieur du CPM et entre les arcs pharyngés. Des domains ont été déterminés dans les arcs, et le destin cellulaire reste à explorer<br>Cardiopharyngeal mesoderm is localized at the cranial level of the mouse embryo, and contributes to head and neck muscles, derived from pharyngeal arches, and cardiac muscle. Study cardiopharyngeal mesoderm allows to understand some congenital abnormalities, which have cardiac and craniofacial defects, like DiGeorge syndrome. In mouse, retrospective clonal analysis allows to determinate a relationship between second heart field and specific branchiomeric muscles. Each pharyngeal arch gives rise to a specific branchiomeric muscles group which is linked to a part of the heart. Indeed, it has been showed in Chordates, a progenitor cell which is able to contribute to the heart and head muscles. My thesis objective is to investigate heart versus head muscles fate in cardiopharyngeal mesoderm. I wanted to understand the mechanism underlying heart and head muscles specification. The first part of the thesis will undercover the localization and the timeline of the potential bipotent myogenic progenitor cells present in cardiopharyngeal mesoderm and how they are regulated. The results showed that the conserved components are present but the regulation between each component seemed to be different in the mouse compared to Ciona. The second part and the three part of the thesis will undercover the heterogeneity intra- and inter-pharyngeal arches. Domains through the core of the arches could be observed and the fate of each domain needs to be explored

The vertebrate head is a complex structure derived from all three embryonic germ layers. Cranial mesoderm forms most of the neurocranium, cardiovascular tissues and voluntary muscles required for intake of food and oxygenated fluid. Despite its essential role in shaping cranial and neck anatomy, long-term fate maps of cranial mesoderm are known only from the mouse and chicken, as effective labeling techniques for use in other species have been developed only recently. Data from additional species are needed to determine the embryonic origin of features absent in amniotes but present in other vertebrates and to evaluate the extent of conservation in the development of homologous structures. This dissertation examines the role of cranial mesoderm as well as its interactions with neural crest in shaping the tetrapod craniofacial and neck region, focusing on the skull and head muscles in the axolotl, Ambystoma mexicanum. I demonstrate a dual embryonic origin of the pharyngeal skeleton, including derivation of basibranchial 2 from mesoderm closely associated with the second heart field. Additionally, heterotopic transplantation experiments reveal lineage restriction of mesodermal cells that contribute to pharyngeal cartilage. The entire parietal bone is derived from mesoderm. Several structures arise from both mesoderm and cranial neural crest, including the squamosal, parasphenoid and stapes. The mesodermal contribution to the dorsal portion of the squamosal bone supports the homology of the corresponding dorsal ossification center, which fuses to the ventral center early in development, to the supratemporal, a bone lost repeatedly in tetrapods. I locate the posterior limit of myogenic cranial mesoderm, extending the head-trunk boundary to the axial level of the third somite. Using fate mapping, gene expression and comparative anatomy, I provide evidence that the cucullaris muscle, a homologue of the mammalian trapezius, is a cranial muscle allied with the gill levators of anamniotes. Finally, I generate two novel transgenic lines of Xenopus tropicalis that will be used to fate map neural crest and mesoderm. Taken together, these results add to our understanding of cranial homologies and point to a larger role for cranial mesoderm in the evolution of a mobile neck.<br>Biology, Organismic and Evolutionary

Une question centrale dans l'histoire de l'évolution des vertébrés est de comprendre l'origine de leur tête complexe. L'apparition de nouvelles structures de la tête, telles que les cellules de la crête neurale, a déjà été longuement étudiée. Cependant, comment le mésoderme non segmenté de la tête chez les vertébrés a émergé à partir d’un mésoderme entièrement segmenté reste une question non résolue. En raison de leur position phylogénétique, de leurs caractéristiques morphologiques, développementales et génomiques, les céphalochordés (c'est-à-dire les amphioxus) représentent le meilleur proxy existant de l'ancêtre des chordés. De plus, l'amphioxus possède un mésoderme paraxial entièrement segmenté tout le long du corps, caractéristique proposée comme ancestrale. Comparer la somitogenèse entre amphioxus et vertébrés pourrait résoudre la question de savoir comment le mésoderme non segmenté de la tête des vertébrés a évolué. Les travaux réalisés dans notre laboratoire ont montré le rôle central du signal FGF, via la voie MAPK, dans la formation des somites les plus antérieurs chez l'amphioxus. L'inhibition de cette voie de signalisation au cours de la gastrulation induit une perte spécifique de ces structures. Afin de comprendre le destin du mésoderme paraxial antérieur présomptif après inhibition de la signalisation FGF, j’ai analysé l’expression de différents gènes marqueurs, j’ai réalisé un traçage des cellules de ce territoire et, enfin, j’ai mis en œuvre des analyses morphologiques. Nous avons conclu que ce territoire acquiert un destin axial dorsal antérieur au cours de la gastrulation lorsque le signal FGF est inhibé et que les cellules correspondantes intègrent ensuite la notochorde. L'étude morphologique de la notochorde chez ces embryons traités nous permet de proposer une hypothèse quant à l'apparition de la plaque préchordale. Pour la deuxième partie de mon doctorat, des études avaient préalablement montré que la formation des somites antérieurs et postérieurs repose sur la fonction de facteurs de transcription (Six1/2 et Pax3/7) orthologues d’acteurs majeurs de la formation des muscles du tronc chez les vertébrés. De plus, les gènes principalement impliqués dans la formation du mésoderme de la tête et du mésoderme latéral chez les vertébrés sont exprimés dans la partie ventrale des somites d'amphioxus. A partir de ces données, il a été proposé l'hypothèse que le mésoderme de la tête des vertébrés soit homologue à la partie ventrale des somites d’amphioxus. D’une part, j’ai analysé chez l'amphioxus l’expression de gènes connus comme jouant un rôle dans le développement des dérivés du mésoderme latéral chez les vertébrés. D’autre part, j’ai montré que les séquences cis-régulatrices de certains gènes d'amphioxus exprimés dans les somites ventraux dirigent l’expression dans les dérivés du mésoderme de la tête et latéral chez le poisson zèbre, un vertébré. En conclusion, ces résultats permettent d'améliorer la robustesse de notre hypothèse proposant l'homologie entre le mésoderme latéral/de la tête des vertébrés et la partie ventrale des somites d’amphioxus<br>A central question in the evolutionary history of vertebrates is to understand the origin of their complex head. The emergence of new head structures, such as neural crest cells, has already been extensively studied. However, how the unsegmented mesoderm of the head in vertebrates emerged from a fully segmented mesoderm remains an unresolved question. Because of their phylogenetic position, morphological, developmental, and genomic characteristics, cephalochordates (i.e., amphioxus) represent the best existing proxy for the ancestor of chordates. Furthermore, amphioxus has a fully segmented paraxial mesoderm, a feature proposed as ancestral. Comparing somitogenesis between amphioxus and vertebrates could resolve the question of how the unsegmented mesoderm of the vertebrate head evolved. Work in our laboratory has shown the central role of FGF signaling, via the MAPK pathway, in the formation of the most anterior somites in amphioxus. Inhibition of this signaling pathway during gastrulation induces a specific loss of these structures. In order to understand the fate of the presumptive anterior paraxial mesoderm after inhibition of FGF signaling, I analyzed the expression of different marker genes, performed cell tracing of this territory, and finally implemented morphological analyses. We concluded that this territory acquires an anterior dorsal axial fate during gastrulation when the FGF signal is inhibited and that the corresponding cells subsequently integrate the notochord. The morphological study of the notochord in these treated embryos allows us to propose a hypothesis for the appearance of the prechordal plate. For the second part of my PhD, studies had previously shown that the formation of the anterior and posterior somites relies on the function of transcription factors (Six1/2 and Pax3/7) orthologous to major players in the formation of trunk muscles in vertebrates. In addition, genes primarily involved in the formation of head mesoderm and lateral mesoderm in vertebrates are expressed in the ventral part of amphioxus somites. Based on these data, it was proposed that the vertebrate head mesoderm is homologous to the ventral part of amphioxus somites. On the one hand, I analyzed in amphioxus the expression of genes known to play a role in the development of lateral mesoderm derivatives in vertebrates. On the other hand, I showed that cis-regulatory sequences of some amphioxus genes expressed in ventral somites direct the expression of a reporter gene in the head and in lateral mesoderm derivatives in the vertebrate zebrafish. In conclusion, these results improve the robustness of our hypothesis proposing homology between vertebrate lateral/head mesoderm and the ventral region of amphioxus somites

Les muscles squelettiques sont présents dans tout le corps et présentent un niveau surprenant d'hétérogénéité, dans leur susceptibilité aux maladies, potentiel de régénération ou capacités métaboliques. Cette diversité est également retrouvée au cours du développement embryonnaire où les cellules myogéniques et non myogéniques établissent le système musculo-squelettique. La tête et le cou sont constitués d'une grande variété de muscles qui remplissent des fonctions essentielles, mais nous en savons peu sur la biologie des muscles craniofaciaux. Ces structures sont associées à l'émergence de cellules de la crête neurale (CCN) qui donnent naissance à la plupart des tissus non myogéniques crâniens et qui sont cruciales à la formation des muscles. Cependant, certains muscles crâniens sont privés de CCN, et nous ignorons comment les cellules myogéniques et non myogéniques contribuent à ces domaines. Cette thèse fournit des preuves démontrant que les progéniteurs en amont du muscle se détournent du programme myogénique pour donner naissance au tissu conjonctif. Nous avons utilisé une approche de single-cell RNAseq non biaisée et restreinte avec différentes lignées transgéniques de souris à des stades embryonnaires distincts, des marquages in situ et de nouvelles méthodes analytiques, et avons montré que les progéniteurs bipotents issus du mésoderme exprimant le gène de détermination musculaire Myf5 donnent naissance au muscle squelettique et au tissu conjonctif anatomiquement associé dans les muscles partiellement privés de CCN. Cette transition est caractérisée par une complémentarité de signalisation de récepteurs tyrosine kinase entre les cellules musculaires et non musculaires, ainsi que par des modules régulateurs distincts. Les muscles crâniens proviennent également de différentes lignées qui impliquent l'activité de cascades de régulation génique spécifiques. Ici, nous avons utilisé une approche non biaisée et large pour découvrir des modules de régulation spécifiques qui sous-tendent différentes populations de cellules myogéniques dans la tête et à travers plusieurs stades de développement. Certaines de ces « tâches de naissance génétiques » uniques sont des facteurs de transcription spécifiques et sont conservées dans les cellules souches musculaires adultes, ce qui indique que leur importance potentielle est de fournir les propriétés uniques qui ont été signalées pour différentes populations de cellules souches musculaires. Enfin, ces études utilisent des méthodes analytiques inédites qui bénéficient des dernières avancées algorithmiques et offrent de nouvelles perspectives pour la découverte de processus biologiques à partir de données à haut débit<br>Skeletal muscles are found throughout the body and they display a surprising level of heterogeneity in properties and function. For example, some muscles are specifically susceptible to diseases, and some have better regenerative potential or different metabolic capacities. Diversity is also found during embryonic development where myogenic and non-myogenic cells establish the musculoskeletal system. The head and neck are comprised of a wide variety of muscles that perform essential functions such as feeding, breathing and vocalising, yet little is known about craniofacial muscle biology. Novel structures are associated with the emergence of neural crest cells (NCC) which give rise to most craniofacial connective tissue, cartilage and bone and are crucial for muscle morphogenesis. However, some cranial muscles are deprived of NCC, and it is unclear how myogenic and non-myogenic cells contribute to those domains. This thesis provides evidence demonstrating that upstream progenitors redirect from the myogenic program to give rise to the muscle-associated connective tissue that supports the formation of muscular structures. We employed unbiased and lineage-restricted single-cell RNAseq using different mouse transgenic lines at distinct embryonic stages, in situ labelling, and new analytical methods, and show that bipotent progenitors expressing the muscle determination gene Myf5 give rise to skeletal muscle and anatomically associated connective tissue in distinct muscle groups spatiotemporally. Notably, this property was restricted to muscles with only partial contribution from NCCs suggesting that in their absence, the balance of myogenic and connective tissue cells is undertaken by somite-derived or cranial-derived mesoderm. This transition is characterised by a complementarity of tyrosine kinase receptor signalling between muscle and non-muscle cells, as well as distinct regulatory modules. Cranial muscles also originate from different lineages that involve the activity of specific gene regulatory cascades. Here, we used an all-inclusive unbiased approach to uncover specific regulatory modules that underlie different myogenic cell populations in the head and across multiple developmental stages. Some of these unique “genetic birthmarks” are specific transcription factors, and are retained in adult muscle stem cells pointing to their potential importance is delivering the unique properties that have been reported for different muscle stem cell populations. Finally, these studies employ novel computational methods that benefit from the latest algorithmic advancements and they provide prospects for the discovery of new biological processes from high throughput data