Origine et évolution de la métamérie chez les animaux : croissance postérieure, cellules souches et polarité segmentaire chez l'annélide Platynereis – METAMERE

Entre les insectes et les vertébrés existent un grand nombre de similitudes au niveau des réseaux génétiques qui régulent des étapes-clés de l’embryogenèse précoce ainsi que de l’organogenèse. Pour expliquer ces similitudes, il est proposé que les structures et organes concernés étaient déjà présents chez le dernier ancêtre commun des bilatériens (Urbilateria), un animal coelomate segmenté, ressemblant à un annélide. Nous travaillons sur cette théorie encore controversée en étudiant le développement de l’annélide marin Platynereis dumerilii. Nous cherchons particulièrement à comprendre les mécanismes génétiques de la segmentation métamérique de l'annélide dans le but de les comparer avec les réseaux analogues des vertébrés et des insectes. Nous pensons que ce projet va fournir des éléments cruciaux pour comprendre l’origine des vertébrés puisque la théorie de l’ Urbilateria complexe stipule que les vertébrés ont évolué à partir d’animaux actifs ressemblant à des annélides.
Nous proposons d’approfondir deux aspects cruciaux de l'ontogenèse des segments:
1°) Comment est régulé le profil axial de chaque segment ? Des données d'expression suggèrent l'implication de la signalisation Wnt. Nous allons tester cette hypothèse par l'utilisation de moyens d'interférence avec les différentes voies de signalisation régulées par les proteines sécrétées Wnt. A l’aide de drogues, nous allons également tester l’implication de la voie Notch dans une éventuelle implication au niveau de la polarité segmentaire des segments mésodermiques, comparable aux vertébrés.
Parallèlement à cette approche gène-candidat, nous allons développer une approche non biaisée transcriptomique pour découvrir les gènes régulés par la voie Wnt/beta-catenin au cours de l’établissement de la polarité segmentaire. Cette approche va reposer sur le séquençage massif d’échantillons multiples d’ADNc (RNASeq) de larves traitées ainsi que de zones d’addition postérieure de vers juvéniles avec des drogues pro- et anti-beta-catenin. Combinées avec des séries temporelles, nous identifierons les cibles directes de la voie beta-catenin.
2°) Comment fonctionne l’addition postérieure chez l’annélide ? Nous allons caractériser les cellules souches qui sont responsables de la mise en place des nouveaux segments. Nos travaux précédents montrent que l’activité mitotique synchronisée d’un anneau ectodermique postérieur produit au minimum l’ectoderme des nouveaux segments. A l’aide de marquage de lignages cellulaires (diI), nous allons déterminer s’il existe une autre niche de cellules souches responsables de la croissance de cellules mésodermiques ainsi que le suggère certains marqueurs. Nous allons ensuite tester systématiquement l’action des voies de signalisation hedgehog, Wnt, Notch et FGF sur le maintien de ces niches de cellules souches et sur leur activité mitotique à l’aide de drogues.
Platynereis, comme la plupart des annélides, est capable de régénération caudale. Les cellules souches postérieures peuvent être régénérées à partir des segments différenciés. Nous allons explorer à l’aide de marquages de l’activité mitotique, de marqueurs spécifiques des cellules souches et de marquages clonaux, l’origine des cellules qui forment le blastème de régénération. Nous allons notamment déterminer si ce blastème se forme par dédifférenciation ou par différenciation de stocks de cellules souches segmentaires. Nous allons analyser l’action des voies de signalisation sur la formation du blastème, notamment si elles influencent les capacités migratoires de cellules en prolifération. Nous espérons ainsi mettre en évidence d’éventuelles similitudes avec les cellules souches adultes humaines et ainsi tester l’hypothèse qu’elles descendent des cellules souches pluripotentes ancestrales des métazoaires.