Soutenance de thèse de Camille DUMAS

Les muscles squelettiques de la tête et du tronc émergent de lignées distinctes, avec différents programmes de régulation en amont convergeant vers l'activation de facteurs de détermination myogénique de la famille MyoD. Il a été montré par analyse clonale que les muscles branchiomériques de la tête et du cou ont une origine commune avec les cellules progénitrices cardiaques du deuxième champ cardiaque dans le mésoderme cardiopharyngé (CPM) associé aux arcs pharyngés de l'embryon précoce. Ainsi, les premiers arcs pharyngés donnent naissance aux muscles de la mastication et au myocarde du ventricule droit, les seconds arcs pharyngés forment les muscles de l'expression faciale ainsi que le myocarde de la voie efférente du cœur et les arcs pharyngés postérieurs donnent naissance aux muscles du cou, y compris le trapèze, ainsi qu'au myocarde des oreillettes et d'une partie de la voie efférente du cœur. Bien que le trapèze soit originaire du CPM, il s'étend profondément dans le territoire du tronc pour coordonner les mouvements de la tête et du tronc ainsi que la mobilité de l'épaule. La voie de signalisation de l'acide rétinoïque (AR) est nécessaire au déploiement normal des cellules progénitrices cardiaques du CPM postérieur et le blocage de la signalisation de l’AR au cours d'une fenêtre temporelle précoce définie entraîne des défauts de conotruncal et de septation auriculaire. Ici, j'ai étudié le rôle de la signalisation de l’AR pendant le développement du muscle du cou du trapèze dérivé du CPM postérieur. Le blocage de la voie de signalisation de l’AR avec un rétinoïque synthétique antagoniste des récepteurs de l’AR pendant une fenêtre temporelle précoce du développement autour de E8 entraîne une perte sélective frappante du trapèze, sans affecter d'autres muscles branchiomériques ou somitiques. Cela révèle des différences dans le programme de régulation du développement musculaire dans les arcs pharyngés postérieurs et antérieurs. La signalisation de l’AR agit en aval des régulateurs du CPM tels que Tbx1, mais en amont du facteur de détermination myogénique MyoD. Bien qu'elle soit dérivée du CPM, la réception de la signalisation de l’AR n'est pas nécessaire dans la lignée du CPM pour le développement du muscle du trapèze. Tout d'abord, les cellules répondant à la signalisation de l'AR vers E8 donnent naissance à des cellules non myogéniques intercalées entre les fibres musculaires du trapèze, y compris le tissu conjonctif et les cellules endothéliales. La distribution de ces cellules ressemble à celle de la lignée génétique Pax3. Deuxièmement, une approche génétique, utilisant le récepteur à l’AR négatif dominant tronqué RARα403, a révélé que le développement du trapèze nécessite la réception de la signalisation de l’AR non pas dans le CPM mais dans le lignage Pax3, qui comprend les cellules somitiques et les cellules de la crête neurale. Cependant, l'activation du récepteur RA dominant négatif dans les cellules de la crête neurale à l'aide de Wnt1-Cre n'entraîne pas de défauts du trapèze, ce qui suggère que la signalisation RA est requise dans la lignée somitique pour le développement du trapèze. Les embryons Pax3-Cre;RARα403 présentent également des somites occipitaux défectueux, et l'hybridation in situ RNAscope révèle que les somites occipitaux les plus antérieurs et le CPM postérieur sont juxtaposés au moment de la sensibilité du trapèze à l'AR. En outre, j'ai montré que Hoxa1 et Hoxb1 ne sont pas individuellement requis pour le développement du muscle du trapèze et que les gènes remodeleurs de chromatine Chd7, associé au syndrome CHARGE, et Chd8, jouent un rôle dans la myogenèse des arcs pharyngés postérieurs. Ce travail permet de découvrir comment le dialogue entre différentes populations de cellules mésodermiques à l'interface de la tête et du tronc orchestre le développement du trapèze, muscle du cou, avec des implications pour la pathologie musculaire et l'évolution du cou des vertébrés.

Skeletal muscles of the head and trunk arise from distinct lineages with different upstream regulatory programs converging on activation of myogenic determination factors of the MyoD family. Clonal analysis has shown that branchiomeric head and neck muscles share a common origin with second heart field cardiac progenitor cells in cardiopharyngeal mesoderm (CPM) associated with the branchial arches of the early embryo. Thus, the first pharyngeal arches give rise to mastication muscles and right ventricle myocardium, the second pharyngeal arches form facial expression muscles as well as outflow tract myocardium and the posterior pharyngeal arches give rise to neck muscles including the trapezius muscle as well as myocardium of the atria and part of the outflow tract. While the trapezius muscle originates in CPM it extends deep into the trunk territory to coordinate head and trunk movements as well as shoulder mobility. The retinoic acid (RA) signalling pathway is required for normal deployment of cardiac progenitor cells from posterior CPM and blocking RA signalling during a defined early time window leads to conotruncal and atrial septation defects. Here I investigated the role of RA signalling during development of the trapezius neck muscle derived from posterior CPM. Blocking RA signalling pathway with a pan-RA receptor synthetic retinoic antagonist during an early developmental time-window around E8 results in strikingly selective loss of the trapezius muscle, without affecting other branchiomeric or somitic muscles. This reveals differences in the regulatory program driving muscle development in posterior and anterior pharyngeal arches. RA signalling acts downstream of CPM regulators such as Tbx1 but upstream of the myogenic determination factor MyoD. Despite being derived from CPM, RA signal reception is not required in the CPM lineage for trapezius muscle development. Firstly, cells responding to RA signalling around E8 give rise to non-myogenic cells intercalated between trapezius muscle fibres, including connective tissue and endothelial cells. The distribution of these cells resembles that of the Pax3 genetic lineage. Secondly, a genetic approach, using the truncated dominant negative RA receptor RARα403, revealed that trapezius muscle development requires RA signal reception not in CPM but in the Pax3 lineage, that includes somitic and neural crest cells. However, activation of the dominant negative RA receptor in neural crest cells using Wnt1-Cre does not lead to trapezius muscle defects, suggesting that RA signalling is required in the somitic lineage for trapezius muscle development. Pax3-Cre;RARα403 embryos also display defective occipital somites, and RNAscope in situ hybridisation reveals that anteriormost occipital somites and posterior CPM are juxtaposed at the time of trapezius muscle RA-sensitivity. In addition, I showed that Hoxa1 and Hoxb1 are not individually required for trapezius muscle development and that chromatin remodeller genes Chd7, associated with CHARGE syndrome, and Chd8, play a role in posterior pharyngeal arches myogenesis. This work uncovers how cross talk between different mesodermal cell populations at the head trunk interface orchestrates development of the trapezius neck muscle, with implications for muscle pathology and evolution of the vertebrate neck.