Etude du contrôle génétique de la morphogenèse du tube cardiaque chez la Drosophile

AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF

Contribution to the analysis of the regulation of cardiac activity in the Drosophila melanogaster heart

L objectif général de ma thèse concerne l étude de la régulation de l activité cardiaque chez Drosophila melanogaster. Différentes questions ont été abordées : i) la régulation par le pH de l activité cardiaque à travers l étude d un Transporteur du Bicarbonate dépendant du Na+, NDAE1 ; ii) l implication du canal TRP Painless dans la mécanosensibilité du cœur ; iii) l élaboration de tests quantitatifs permettant de mesurer le vieillissement cardiaque chez la mouche adulte. Le Na+-Driven Anion Exchanger (NDAE1) constitue l unique transporteur chez la Drosophile capable de transporter le Bicarbonate dépendant du Na+, alors que l on trouve dans le génome des mammifères 7 de ces transporteurs appartenant à la famille SLC4. NDAE1 permet l échange de protons et de Cl- avec le Na+ et HCO3- et agit de manière réversible. Etant donné l importance potentielle et reconnue de ce type d échangeur durant certaines pathologies cardiaques intervenant par exemple lors d épisodes d ischémie-reperfusion, j ai analysé sa fonction dans l activité cardiaque. De manière surprenante, l inactivation du gène spécifiquement dans le tube cardiaque par interférence à l ARN n a aucun effet sur les paramètres mesurables de l activité cardiaque dans des conditions basales d élevage, ni sur la viabilité. En revanche, la fonction de NDAE1 peut être révélée dans des conditions de stress où l on déséquilibre l homéostasie des ions transportées dans l échange dépendant de nDAE1. Ainsi, une acidose provoquée dans les individus privés de la fonction de NDAE1 génère de très fortes arythmies, qui sont moins présentes dans les animaux de type sauvage, et conduisent à des arrêts cardiaques définitifs. En outre, arythmies et arrêts cardiaques sont irréversibles quand le pH physiologique est restoré, contrairement aux contrôles qui retrouvent complètement leur activité cardiaque normale. De même l activité de NDAE1 est requise pour mieux résister aux stress provoqués par l absence de Na+, de Cl- et de HCO3- dans le milieu extracellulaire et d adapter à un choc osmotique. En outre, j ai mis en évidence une forte interaction génétique de ndae1 avec ncx, qui code pour l échangeur Sodium-Calcium, et dont la fonction est de réguler l homéostasie calcique et sodique. Cette étude constitue la première démonstration in vivo de la fonction cardiaque des Transporteurs du Bicarbonate dépendant du Na+. J ai d autre part contribué à l étude de la réponse des cardiomyocytes aux stress mécaniques et participé à la démonstration que Painless, un canal TRPA de la Drosophile, était requis pour cette réponse. Finalement, dans le cadre du programme Identification of genetic markers of cardiac aging in Drosophila , j ai cherché à proposer des tests capables de mesurer le déclin des performances cardiaques avec l âge. Parmi ceux-ci, le plus prometteur consiste en une quantification des arythmies mesurée par l analyse in vivo détaillée des battements cardiaquesMechanotransduction modulates cellular functions as diverse as migration, proliferation, differentiation and apoptosis. It is crucial for organ development and homeostasis and leads to pathologies when defective. However, despite considerable efforts made in the past, the molecular basis of mechanotransduction remains poorly understood.Here, we have investigated the genetic basis of mechanotransduction in Drosophila. We show that the fly heart senses and responds to mechanical forces by regulating cardiac activity. In particular, pauses in heart activity are observed under acute mechanical constraints in vivo. We further confirm by a variety of in situ tests that these cardiac arrests constitute the biological force-induced response.In order to identify molecular components of the mechanotransduction pathway, we carried out a genetic screen, based on the dependence of cardiac activity upon mechanical constraints and identified Painless, a TRPA channel. We observe a clear absence of in vivo cardiac arrest following inactivation of painless and further demonstrate that painless is autonomously required in the heart to mediate the response to mechanical stress. Furthermore, direct activation of Painless is sufficient to produce pauses in heartbeat, mimicking the pressure-induced response. Painless thus constitutes part of a mechanosensitive pathway that adjusts cardiac muscle activity to mechanical constraints.This constitutes the first in vivo demonstration that a TRPA channel can mediate cardiac mechanotransduction. Furthermore, by establishing a high-throughput system to identify the molecular players involved in mechanotransduction in the cardiovascular system our study paves the way for understanding the mechanisms underlying a mechanotransduction pathway.AIX-MARSEILLE2-Bib.electronique (130559901) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'étude du contrôle de la cardiogenèse par les gènes homéotiques chez la Drosophile

Durant ma thèse, j ai étudié les bases génétiques de la cardiogenèse fonctionnelle en utilisant le cœur de la drosophile comme modèle. J ai d abord montré que la diversité cellulaire cardiaque dépend de l activité des gènes homéotiques Ubx et abdA qui orientent notamment le choix du lignage cellulaire cardiaque. Les gènes Hox sont ensuite requis pour orchestrer la différenciation terminale du cœur de la mouche. J ai identifié cinq cibles d abdA, dont le canal ionique Ork1. J ai notamment montré que Ork1 est un pur régulateur du rythme cardiaque. Enfin, j ai montré que le système cardiaque larvaire est remodelé pour former le cœur de la mouche adulte. Ce processus dépend d une modification de l activité des gènes Hox induite par l hormone stéroïde ecdysone. Ainsi, mes résultats présentent les gènes Hox comme des régulateurs majeurs des étapes majeures de la cardiogenèse chez la drosophile et établissent un nouveau système modèle pour l analyser leur fonction.During my PhD, I have addressed the genetic basis of functional cardiogenesis, using the Drosophila heart as a model system. I have first shown that cardiac cell diversity is autonomously insured by the activity of the Hox genes Ubx and abdA, which notably direct the choice between specific cardiac cell lineages. Hox genes are then required to orchestrate terminal differentiation in the fly heart. I have identified five abdA targets, including the ion channel Ork1. Notably, I have shown that Ork1 is a pure regulator of heart rhythm. In a third work, I have shown that the larval heart is remodeled to form the adult one. This process is driven by an ecdysone-dependent modification of Hox activity. Together, my results identify Hox genes as master regulators controlling main steps of cardiogenesis in Drosophila, and establish a new model system to analyse their function.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF

Contribution of drosophila model to the study of a regulatory mecanisms of cardiac excitation/ contraction coupling

Pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la genèse et la régulation de l'activité rythmique cardiaque, une bonne connaissance des gènes impliqués dans ces mécanismes et de leur fonction est nécessaire.J'ai mis au point les conditions expérimentales d'un crible génétique et identifié deux gènes régulateur du rythme cardiaque : ork1, code pour un canal potassique à deux pores, pur régulateur du rythme cardiaque ; painless, code pour un canal TRPA, régulateur du rythme cardiaque et acteur essentiel de la réponse cardiaque au stress mécanique. Du fait de l'importance de la régulation de l'activité cardiaque par le stress acide, le rôle de NDAE, échangeur Cl/HCO3, a été recherché. Il est requis pour une meilleure récupération après un stress acide et couplé à l'échangeur Na/Ca.Ces travaux ont permis de valider le modèle Drosophile pour identifier de nouveaux gènes et pour étudier le rôle des gènes encore mal connu dans l'activité cardiaque.A good knowledge of genes implicated in genesis of cardiac activity and in its regulation is crucial for a better understanding of arrhythmia.In this study, I have developed experimental conditions to perform a genetic screen and identified two gens implicated in cardiac activity : ork1, encoding a two-pore potassium channel is a pure regulator of cardiac rhythm ; painless, encoding a TRPA channel, regulates cardiac frequency and mediates the cardiac response to mechanical stress. We know that cardiac activity is particulary sensitive to acidic stress and the study of NDAE, the unique Drosophila Cl/HCO3 exchanger, has shown that NDAE is required for cardiac activity recovery after acidic stress and displayed the genetic link with the Na/Ca exchanger.This work validates Drosophila as a good system to found new genes implicates in cardiac activity, particularly in genetic screen, and to precise the role of genes still unknown in cardiac activity.AIX-MARSEILLE2-Bib.electronique (130559901) / SudocSudocFranceF

Downstream of Homeotic Genes: In the Heart of Hox function

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