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Publication du programme PAUSE – ANR Ukraine pour l’accueil de scientifiques ukrainiens et ukrainiennes dans des laboratoires français
CE13 - Biologie cellulaire, biologie du développement et de l’évolution

Évolution et Développement des types cellulaires musculaires – MYODEVO

Évolution et développement des types cellulaires musculaires

Des systèmes neuromusculaires complexes sont retrouvés chez presque tous les animaux. Ces systèmes permettent une grande diversité de mouvements et comportements, et sont des constituants essentiels des organes respiratoires, digestifs et reproducteurs. Une des grandes questions non élucidées de l'évolution animale est de savoir si ces différents systèmes neuromusculaires sont hérités d’un ancêtre commun ou s’ils sont apparus plusieurs fois indépendamment par convergence.

Enjeux et objectif général

L'objectif de ce projet est de caractériser les muscles chez deux espèces de méduses stratégiquement choisies, afin de reconstruire l'évolution précoce des gènes et types cellulaires musculaires. Les deux espèces de cnidaire, Clytia hemisphaerica et Pelagia noctiluca, produisent des méduses possédant des muscles striés aux contractions rapides permettant la nage, en plus d’autres types musculaires épithéliaux. Clytia et Pelagia font partie respectivement des hydrozoaires et des scyphozoaires, aux caractéristiques anatomiques et développementales distinctes.

Ce projet est structuré en 4 tâches complémentaires: (i) développer le scyphozoaire Pelagia noctiluca comme modèle d’étude fonctionnel en générant des lignées de méduse maintenues au laboratoire, des données transcriptomiques et en mettant au point des méthodes efficaces d’analyse de fonction de gènes, (ii) caractériser les types musculaires chez Clytia et Pelagia via des analyses transcriptomiques de cellules uniques, des hybridations in situ, des analyses cytologiques et ultrastructurelles ainsi que des analyses de contractilité, (iii) caractériser la fonction d’une sélection de gènes codants pour des protéines musculaires structurelles et de facteurs de transcription impliqués dans la myogenèse chez Clytia et Pelagia, et enfin (iv) effectuer des analyses comparatives afin de reconstruire l'évolution des types cellulaires musculaires.

Nous avons mis en place un système d’élevage de méduse Pelagia noctiluca en laboratoire, permettant de boucler le cycle de vie et d’obtenir des embryons à la demande.
Nous avons caractérisé les types de cellules musculaires de la méduse Clytia hemisphaerica à l’aide de séquençage de cellules uniques, validé par hybridation in situ. Ces données ont contribué à la création d’un atlas des différents types cellulaires de la méduse, en collaboration avec des chercheurs du California Institute of Technology (USA).
Nous avons mis en évidence un rôle clef des fibres musculaires de la méduse dans l’initiation de la régénération de la bouche si celle-ci, en raison d’une blessure, a été perdue. Ces données contribuent à renforcer les premières observations obtenues chez divers animaux sur le rôle inattendu des muscles dans l’initiation des processus de régénération.

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Sinigaglia C, Peron S, Eichelbrenner J, Chevalier S, Steger J, Barreau C, Houliston E, Leclère L. 2020. Pattern regulation in a regenerating jellyfish. eLife 9:e54868.
elifesciences.org/articles/54868

Chari T, Weissbourd B, Gehring J, Ferraioli A, Leclère L, Herl M, Gao F, Chevalier C, Copley RR, Houliston E, Anderson DJ, Pachter L. 2021. Whole animal multiplexed single-cell RNA-Seq reveals plasticity of Clytia medusa cell types. BioRxiv 01.22.427844.
www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.01.22.427844v1

Des systèmes neuromusculaires complexes sont retrouvés chez presque tous les animaux, aussi bien chez les bilatériens (incluant les animaux de laboratoire classiques, tels drosophile, poisson zèbre et souris) que chez les cnidaires (coraux, méduses et anémones de mer). Ces systèmes permettent une grande diversité de mouvements et comportements, et sont des constituants essentiels des organes respiratoires, digestifs et reproducteurs. Une des grandes questions non élucidées de l'évolution animale est de savoir si ces différents systèmes neuromusculaires sont hérités d’un ancêtre commun ou s’ils sont apparus plusieurs fois indépendamment par convergence. Si l'origine du système nerveux attire actuellement une attention considérable, l'évolution des muscles est relativement peu explorée. Ceci est notamment dû au faible nombre de modèles génétiques permettant d’étudier le développement des différents types de muscles chez les cnidaires.

L'objectif de ce projet est de caractériser les muscles chez deux espèces de méduses stratégiquement choisies, afin de reconstruire l'évolution précoce des gènes et types cellulaires musculaires. Les deux espèces de cnidaire, Clytia hemisphaerica et Pelagia noctiluca, produisent des méduses possédant des muscles striés aux contractions rapides permettant la nage, en plus d’autres types musculaires épithéliaux. Clytia et Pelagia font partie respectivement des hydrozoaires et des scyphozoaires, aux caractéristiques anatomiques et développementales distinctes. Clytia est une espèce de laboratoire bien établie sur laquelle une gamme d’outils moléculaires et de techniques d'analyse de gènes ont été mis au point. La méduse méditerranéenne Pelagia est un modèle de laboratoire prometteur, fournissant un exemple rare de méduse se développant directement à partir d’une larve et non à partir d’un polype, facilitant l'étude de son développement.

Ce projet est structuré en 4 tâches complémentaires: (i) développer le scyphozoaire Pelagia noctiluca comme modèle d’étude fonctionnel en générant des lignées de méduse maintenues au laboratoire, des données transcriptomiques et en mettant au point des méthodes efficaces d’analyse de fonction de gènes, (ii) caractériser les types musculaires chez Clytia et Pelagia via des analyses transcriptomiques de cellules uniques, des hybridations in situ, des analyses cytologiques et ultrastructurelles ainsi que des analyses de contractilité, (iii) caractériser la fonction d’une sélection de gènes codants pour des protéines musculaires structurelles et de facteurs de transcription impliqués dans la myogenèse chez Clytia et Pelagia, et enfin (iv) effectuer des analyses comparatives afin de reconstruire l'évolution des types cellulaires musculaires.

Ce projet posera les bases d'études futures sur le développement, la biologie et l'écologie des méduses par l'utilisation d’une nouvelle espèce à fort potentiel, Pelagia noctiluca. Les muscles fournissent un paradigme fascinant pour l'évolution des types cellulaires. La compréhension de ses origines aura de larges répercussions pour notre compréhension de l’évolution des animaux.

Coordinateur du projet

Monsieur Lucas Leclère (Laboratoire de Biologie du développement de Villefranche-sur-Mer)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Lomonosov Moscow State University / Department of Evolutionary Biology
LBDV Laboratoire de Biologie du développement de Villefranche-sur-Mer

Aide de l'ANR 291 810 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 48 Mois

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