Evolution of the craniate brain: patterning and regionalisation of the lamprey developing forebrain

• Auteur / Autrice : Joana Vaz Pato Osorio
• Direction : Sylvie Rétaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agnathes

Petromyzontiformes

Plexus coeliaque

Mots clés libres

Neuromère

Gnathostome

Lhx

Résumé

Ce travail porte sur l’étude des mécanismes de spécification et d’organisation génétique du cerveau chez la lamproie. Les résultats principaux sont les suivants : (1) l’expression des gènes Lhx et Pax chez l’embryon de lamproie révèle un grand degré de conservation des mécanismes de « patterning » du cerveau entre cyclostomes et gnathostomes. Néanmoins, quelques différences importantes ont été observées, particulièrement au niveau du télencéphale. Ces différences sont probablement corrélées avec les changements majeurs subis par cette région au moment de la transition cyclostome/gnathostome ; (2) l'analyse de l’expression des gènes Lhx et son interprétation montrent que le cerveau antérieur de lamproie présente une organisation prosomérique évidente. Cette organisation est ainsi un caractère propre aux vertébrés ; (3) l'analyse de l'expression du gène LfHh met en évidence une possible origine moléculaire de cette organisation neuromérique du cerveau ; (4) en outre, l'expression d’au moins un de ces gènes Lhx persiste tout au long de la période larvaire (non-embryonnaire), ce qui montre l’utilité de ces gènes comme marqueurs pour suivre le développement et la morphogénèse du cerveau au cours du temps. Nous avons ensuite criblé une librairie d'ADN génomique de lamproie, visant à identifier des cosmides contenant le gène Hh. Les résultats mettent en évidence la possibilité de l'existence de deux gènes Hedgehog chez la lamproie. Ces résultats ouvrent une nouvelle vision sur l'évolution de cette famille de gènes chez les chordés.

This work was focused on the study of the genetic specification and organisation of the developing lamprey brain. By RT-PCR cloning and in situ hybridisation we were able to isolate and study the expression pattern of genes from the LIM-homeobox (Lhx), Pax and Hedgehog families in the embryonic lamprey brain. The main results are as follows: (1) Lhx and Pax genes reveal strikingly similar forebrain and hindbrain patterning between agnathans and gnathostomes. Some important differences are nevertheless observed, especially at the level of the telencephalon, a region where major changes took place at the cyclostome/gnathostome transition; (2) Expression analysis of Lhx genes and its interpretation shows that the lamprey forebrain presents a clear prosomeric organisation, which is thus a truly vertebrate character; (3) Analysis of the LfHh gene expression reveals the possible molecular origin of this neuromeric brain pattern; (4) Finally, Lhx gene expression persists through the larval (non-embryonic) period, making these genes useful markers to follow brain development and morphogenesis. We have screened a cosmid genomic DNA library aiming at identifying cosmids containing the Hh gene. The results raise the possibility of the existence of two Hedgehog genes in lamprey. A preliminary phylogenetic analysis suggests an independent duplication of the lamprey Hedgehog genes within the Sonic/Indian group. These findings open a new vision on the evolution of this gene family within chordates. Keywords Brain; Evolution; Agnathan; Gnathostome; Lamprey; Dogfish; Gene expression; Patterning; Neuromere; Forebrain; LIM-homeobox; Pax; Hedgehog; Gene duplication; Enhancer