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Sophie Ramas

• In conclusion, I described for the first time the in vivo functions of PAK2 during cardiac development and its requirement for heart contractility AIM1 – Characterization of Pak2a and Pak2b functions during cardiovascular system development: description of the phenotype triggered by the loss of expression of pak2b in the pak2a mutant Firstly, in addition to the confirmation of the published data regarding the pak2a mutant and morphant phenotype, I showed that pak2bbns159 mutant does not exhibit morphological defects, neither in the ISV formation nor in the brain vascular patterning. More importantly, I analyzed in more details the phenotypic consequences of pak2a and pak2b loss of expression in the trunk and brain vasculatures. Indeed, the lack of blood flow in the embryos, was associated with central arteries migration defects and reduced lumen in these central arteries and the ISVs. Moreover, pak2a and pak2b loss of expression resulted in cardiac failure. AIM2 – Role of Pak2 on cardiac contractility From 40 -46 hpf, I found a weaker heart contractility in the pak2ami149/mi149;pak2bbns159/bns159. Although, the PAK proteins have been shown to impact the actin cytoskeleton organization, the heart morphological defects associated with the altered contractility, were not associated with acto-myosin filament reorganization. However, by analyzing in more details the structure of the sarcomeres, I was able to demonstrate that the proteins constituting the sarcomeres were strongly affected and showed an altered spatial organization. Then, I also described the effects of the loss of expression of both paralogs on the junctional protein localization. I demonstrated the loss of Pak2 function resulted in junction protein rearrangement in the cardiomyocytes in the pak2ami149/mi149;pak2bbns159/bns159 mutants at 40 and 46 hpf. Thus, I was able for the first time to demonstrate in vivo PAK2 functions during cardiac development and its requirement for proper cardiac contractility activity. AIM3 – Decipher mechanism of Pak2 signaling cascade involved during cardiac development Both pak2a and pak2b WT mRNAs were able to rescue the pak2ami149/mi149;pak2bbns159/bns159 mutant heart defects and the results indicated that these paralogs share overlapping function during cardiac development. Moreover, although I was not able to examine the control transgenic lines, myocardial and endothelial specific pak2a overexpression did not ameliorate the mutant cardiac deficiency. Thus,the absence of rescue by reactivating pak2a in cardiomyocytes indicates a non-cell autonomous function of Pak2a on cardiomyocytes. For the first time, this study allowed to follow PAK2 in vivo functions during cardiovascular development. More importantly, its role on heart contractility regulation would enable further investigations to generate new tools for the treatment of cardiomyopathies.
• Das kardiovaskuläre System wird als System definiert, dass die Bewegung von Flüssigkeiten zum Transport von Nährstoffen, Gasen und Metaboliten ermöglicht. Dadurch versorgt es unsere Organe mit allen notwendigen Substanzen, die für Aktivitäten benötigt werden. Das kardiovaskuläre System besteht aus Blutgefäßen, die mit dem Herzen verbunden sind und einen geschlossen Kreislauf bilden (Gair, 2013). Schon seit dem goldenen Zeitalter im antiken Griechenland (400 vor Christus) wurde das kardiovaskuläre System umfangreich erforscht (Aird, 2011) und viele Tiermodelle wurden genutzt um die Entwicklung eines solchen Systems zu untersuchen. Das Zebrafischmodell ist heutzutage ein leistungsfähiges Tiermodell der Entwicklungsbiologie und wurde ausgiebig genutzt um die kardiovaskuläre Entwicklung zu begutachten. Die Entwicklung des vaskulären Systems umfasst zwei Hauptmechanismen: i) Vaskulogenese einschließlich de novo Bildung neuer Blutgefäße wie der dorsalen Aorta und der hinteren Kardinalvene (Adams and Alitalo 2007) und ii) Angiogenese, die die de novo Bildung neuer vaskulärer Strukturen aus bestehenden Gefäßen wie beispielsweise den intersegmentalen Gefäßen im Rumpfgefäßsystem des Zebrafisches. Das Herz ist das erste Organ, das sich in Vertebraten ausbildet und funktionsfähig wird. Menschliche und Zebrafisch-Herzen haben viele Gemeinsamkeiten (Genge, Lin et al. 2016), wie etwa die Genetik, Entwicklungsprozesse und auch die Morphologie des kontraktilen Systems, was den Zebrafisch zu einem leistungsfähigen Modell für die Untersuchung der Herzentwicklung und -physiologie macht. Während das Säugerherz aus vier Kammern aufgebaut ist (zwei Atrien und zwei Ventrikel), besteht das Zebrafischherz aus zwei Kammern (ein Atrium und ein Ventrikel). Trotzdem benötigt die Herzmorphogenese ähnliche Entwicklungsabläufe: Herzschlauchentwicklung und dessen Verlängerung, Herzschlauchkrümmung und die Ausbildung von Herzkammern (Bakkers 2011, Miquerol and Kelly 2013). Im Zebrafisch beginnen die ersten Kontraktionen des Herzens nach der Ausbildung des linearen Herzschlauches, etwa 24 Stunden nach Befruchtung (hpf, hours post fertilization) was dem Blut ermöglicht die verschiedenen Gewebe mit Nährstoffen zu versorgen. Um eine angemessene Herzschlagfrequenz zu gewährleisten beinhaltet das Herz ein spezialisiertes Netzwerk von Kardiomyozyten, auch Erregungsleitungssystem genannt, das elektrische Impulse weiterleitet, die zur Erzeugung der Kontraktionsbewegung benötigt werden (Burkhard, van Eif et al. 2017)...