Étude des mécanismes physiologiques et moléculaires qui sous-tendent la réponse au stress environnemental chez l'anémone de mer Nematostella vectensis.

Deciphering the physiological and molecular mechanisms underlying environmental-stress response, in the sea anemone Nematostella vectensis.

• Auteur / Autrice : Adrien Poquet
• Direction : Éric Röttinger, Paola Furla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche sur le cancer et le vieillissement (Nice)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Duranton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Duranton, Michael Layden, Jehan-Hervé Lignot, Christine Ferrier-Pagès
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michael Layden, Jehan-Hervé Lignot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cnidaires

Génétique moléculaire

Résistance au stress

Mots clés libres

Résistance au stress

Génétique moléculaire

Cnidaires

Stress resistance

Molecular genetics

Cnidarian

Résumé

Les organismes vivants ont toujours dû faire face à des conditions environnementales difficiles, ce qui a conduit au développement de mécanismes biologiques complexes pour éviter ou limiter les dérégulations fonctionnelles. Les organismes estuariens sont confrontés quotidiennement à un environnement instable qui nécessite de profondes adaptations physiologiques. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans le processus d'acclimatation aux variations environnementales aiguës chez les organismes estuariens tolérants sont mal connus. Dans ce travail de thèse, j'ai exploré les limites de résistance et les ajustements physiologiques nécessaires à l'acclimatation à des changements environnementaux aigus (température, famine, condition pro-oxydante, amputation) chez Nematostella vectensis, une anémone de mer estuarienne tolérante. Mes résultats confirment que N. vectensis est un modèle de thermorésistance et soulignent davantage la tolérance à la privation de nourriture jusqu'à 8 ½ mois. En appliquant une approche de biomarqueurs ciblant l'accumulation de dommages et l'activation des défenses, j'ai identifié que l'acclimatation aux variations de l'environnement (température, condition pro-oxydante) était associée à l'activation des défenses (antioxydantes, apoptose) tandis que l'acclimatation aux variations d'énergie (privation de nourriture) nécessitait un ajustement physiologique (réduction de la taille) et une réduction du métabolisme. Pour mieux comprendre les acteurs moléculaires qui sous-tendent cette plasticité physiologique, j'ai exploré le rôle potentiel d'un gène conservé chez les métazoaires, le facteur de transcription FoxO, et un gène corallien polymorphe associé à la résistance au stress thermique, vps36, impliqué dans le trafic de protéines dirigé vers les endosomes. L'inactivation de ces gènes par CRISPR/Cas9 est toujours en cours, mais la transmission germinale de mutations induisant un décalage de cadre a été détecté, ouvrant la voie à l'établissement de lignées KO et à l'étude du rôle de ces gènes dans la réponse au stress des cnidaires. Dans l'ensemble, ma thèse a adopté une approche de biomarqueurs multi-stress novatrice pour le modèle, a initié le développement de nouveaux outils génétiques et a mis en place un nouveau pipeline d'analyse pour les cnidaires afin de déchiffrer la fonction des gènes et l'influence de leurs variants polymorphes spécifiques à l'environnement sur la résilience aux variations climatiques futures. Pour ce faire, j'ai adapté une approche analytique conceptuelle proche de la médecine personnalisée et je l'ai appliquée à la compréhension des mécanismes adaptatifs chez les cnidaires et, finalement, à la plasticité environnementale, à la régénération extrême et à la longévité étendue des cnidaires.

Living organisms have always had to cope with harsh environmental conditions, which led to the development of complex biological mechanisms to avoid or limit functional dysregulation. Estuarine organisms are facing a daily unstable environment that requires profound physiological adaptations, however, the molecular mechanisms involved in the process of acclimatization to acute environmental variations in tolerant estuarine organisms is poorly understood. In this thesis work, I explored resistance limits and physiological adjustments required for acclimation to acute environmental changes (temperature, starvation, pro-oxidant condition, amputation) in Nematostella vectensis, a tolerant estuarine sea anemone. My results confirm N. vectensis as a thermoresistance model and further emphasizes the tolerance to food deprivation up to 8 ½month. Applying a biomarker approach targeting damages accumulation and defenses activation, I identified that the environmentally-driven acclimation (temperature, pro-oxidant condition) was associated with defenses activation (antioxidant, apoptosis) while energy-based acclimation (starvation) required physiological adjustment (size reduction) and metabolic lowering. To gain further insight into the molecular player underlying this physiological plasticity, I explored the potential role of a conserved gene across metazoan, the transcription factor foxo and a polymorphic coral gene associated with thermal stress resistance, the endosomal-directed protein trafficking gene vps36. The CRISPR/Cas9-mediated inactivation of these genes is still under process, but germline transmission of frame-shift inducing mutations has been reported, opening the road for the establishment of KO lines and investigating the role of these genes in cnidarian stress-response. Taken together, my thesis adopted a multi-stress biomarker approach, initiated the development of new genetic tools and set-up a new analysis pipeline for cnidarians to decipher the function of genes and the influence of their environment-specific polymorphic variants on the resilience to future climate variations. To do so, I adapted a conceptual analytical approach close to personalized medicine and applied it to the understanding of adaptive mechanisms in cnidarian and ultimately, environmental plasticity, extreme regeneration, and prolonged lifespan of cnidarian.