Origine et diversification des asymétries cérébrales chez les vertébrés – AsymmetricBrain

Un objectif majeur de la biologie évolutive du développement est de comprendre comment les mécanismes de développement évoluent, en relation avec les adaptations morphologiques. A l'échelle de la macroévolution, ces dernières impliquent des changements d'architecture des réseaux génétiques contrôlant le développement embryonnaire, dont les règles restent mal connues. L'émergence d'approches génomiques et post-génomiques innovantes et applicables à des spectres d'espèces larges ouvre de nouvelles perspectives pour aborder cette question, en exploitant à la fois la diversité biologique et la puissance des outils disponibles chez les organismes modèles établis. Le but général du projet est d'élucider les liens entre la diversification morphologique et celle des mécanismes du développement, en centrant l'analyse sur le système modèle des asymétries épithalamiques chez les vertébrés et en s'appuyant sur la complémentarité de ces deux approches.
L’épithalamus, structure dérivée du diencéphale dorsal et composée du complexe pinéal et des noyaux habénulaires, présente des asymétries droite-gauche (DG) retrouvées dans tous les grands groupes de vertébrés, mais avec des variations considérables selon l’espèce considérée. Les efforts de plusieurs groupes aux Etats-Unis, au Japon et en Europe ont conduit à une compréhension approfondie, quoique encore incomplète, des mécanismes moléculaires et cellulaires contrôlant la formation de cette asymétrie chez le poisson-zèbre. Deux processus distincts ont été décrits chez cette espèce. Le premier implique la parapinéale, un petit groupe de neurones situés sur le côté gauche de l’épithalamus qui joue un rôle clé dans l’acquisition de l’identité gauche de l’habénula. Le second, mis en évidence par le groupe de P. Blader, implique une asymétrie de la neurogenèse précoce dans les habenulae. A la différence du premier, ce dernier requiert la signalisation Nodal mais n’est pas essentiel à l’élaboration des asymétries habénulaires. Récemment, l’équipe de S. Mazan a analysé les mécanismes d’établissement des asymétries épithalamiques chez deux modèles vertébrés non conventionnels, la lamproie et la roussette. Les résultats ne fournissent aucune indication de conservation d’un mécanisme dépendant de la parapinéale. Ils démontrent en revanche un rôle essentiel de la signalisation Nodal dans la formation des asymétries épithalamiques, la perte d’activité de la voie conduisant chez les deux espèces à un isomérisme droit, tel qu’observé chez le poisson-zèbre après ablation de la parapinéale. Ces espèces utilisent donc des stratégies différentes pour l’établissement des asymétries épithalamiques.

Notre projet vise à deux objectifs principaux:
(1) caractériser les mécanismes ancestraux impliqués dans la formation des asymétries épithalamiques chez les vertébrés
(2) comprendre l'origine de la diversification intervenue au cours de l’évolution des téléostéens.

Pour répondre à ces questions, notre stratégie reposera sur une combinaison d' analyses transcriptomiques, utilisant notamment la tomographie ARN, et d'analyses fonctionnelles via des modifications génomiques à l’aide du système CRISPR/Cas9, et cela chez trois modèles de référence, la lamproie, la roussette et le poisson-zèbre. Ces approches permettront de décrypter les réseaux de régulation génique impliqués dans la formation des asymétries épithalamiques chez les trois espèces. Leur comparaison permettra de préciser les mécanismes ancestraux impliqués dans ce processus et les modalités moléculaires et cellulaires des diversifications observées. De par leur expertise et leur réseau de collaborations internationales, les partenaires sont dans une excellente position pour ce projet. Les résultats devraient jeter un jour nouveau sur les mécanismes évolutifs et développementaux à l’origine de la diversification d’une structure cérébrale qui contrôle des comportements adaptatifs importants.