Analyse comparative des cellules souches putative chez des espèces de Tuniciers aux capacités régénératives variables

Comparative analyses of stem cell candidates among tunicate species with different regenerative capacities

• Auteur / Autrice : Marie Lebel
• Direction : Stefano Tiozzo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement de Villefranche-sur-Mer (Alpes-Maritimes ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Regeneration and pluripotency

Mots clés

Mots clés libres

Evo-Devo

Cellule souche

Développement non embryonnaire

Hémocytes

Développement embryonnaire

Evo-Devo

Stem cell

Non-embryonic development

Hemocytes

Embryonic development

Résumé

Les Tuniciers forment un grand groupe de Chordés marins aux capacités régénératives très variables, même entre des espèces relativement proches. Les espèces dites ''solitaires'' se reproduisent uniquement sexuellement, et leurs capacités de régénération sont généralement limitées à certains tissus ou certaines structures, par exemple les siphons ou le système nerveux central. Chez les espèces solitaires, des cellules souches uni- ou multipotentes, localisées dans des niches spécifiques, sont nécessaires pour le processus de régénération. Les espèces dites ''coloniales'' peuvent régénérer l'intégralité de le corps via diverses formes de bourgeonnement. Le bourgeonnement est une part intégrante du cycle de reproduction asexuée, mais peut également être déclenché chez certaines espèces suite à une blessure. Chez les Tuniciers, la régénération d'un corps entier par bourgeonnement implique divers niveaux d'interaction entre des épithéliums et de probables cellules souches circulant dans la vasculature. La répartition de la capacité à bourgeonner au sein de l'arbre phylogénétique des Tuniciers suggère une évolution très plastique de ce trait, gagné et perdu de multiples fois. Cette idée est d'autant plus renforcée que les mécanismes de bourgeonnement peuvent être très différents d'une espèce à l'autre : impliquant diverses partie du corps de l'animal voire même des épithéliums non-homologues, mais convergeant vers des stades de développement similaires qui résultent dans le plan d'organisation classique des Tuniciers. Au sein des Tuniciers, la famille de Styélidés représente bien la plasticité de la capacité de régénération, puisqu'elle inclut aussi bien des espèces solitaires que des coloniales avec divers modes de bourgeonnement. Des analyses phylogénétiques récentes sur la répartition des espèces solitaires et coloniales au sein de la famille suggèrent au moins trois acquisitions indépendantes de la capacité à bourgeonner, menant à trois modes de bourgeonnement différents : péri-branchial et vasculaire chez les Botryllidés, et vasal chez Polyandrocarpa zorritensis. Les études sur le bourgeonnement vasculaire chez diverses espèces de Botryllidés montrent le rôle de cellules souches circulantes -les hémoblastes- dans le déclenchement du processus de régénération. Des études histologiques et anatomiques récentes suggèrent un rôle clé des hémoblastes comme possibles cellules souches circulantes lors du bourgeonnement vasal de P.zorritensis (Scelzo et al., en préparation). Il est également intéressant de souligner que la présence de cellules souches circulantes aux caractéristiques similaires à celles des hémoblastes (c-à-d. l'absence de granules cytoplasmiques, une morphologie arrondie avec un fort ratio nucléo-cytoplasmique, un nucléole imposant, une forte activité ALDH, ainsi que la présence de ''marqueurs de cellules souches'') a été rapportée également chez la Styélidée solitaire Styela plicata. Chez S.plicata, le rôle des hémoblastes dans la régénération du système nerveux central est actuellement en cours d'étude. Des modifications clé des caractéristiques des cellules souches adultes on pu permettre l'évolution des processus développementaux nécessaires à la régénération, résultants de nouveaux types d'interaction entre les lignées cellulaires. Ainsi, ce projet part de l'hypothèse que des modifications de la capacité de différenciation des cellules souches adultes, et/ou de l'interaction avec leurs niches potentielles sont à la base de la plasticité régénérative chez les Styélidés. Dans cette étude, nous proposons de caractériser et de comparer le rôle des hémoblastes durant: a) le bourgeonnement vasal de Polyandrocarpa zorritensis, b) le bourgeonnement vasculaire de Botryllus schlosseri, c) la régénération du système nerveux central chez Styela plicata. Le but final est d'identifier les mécanismes régulant le comportement des hémoblastes et ainsi de pouvoir comprendre leur évolution chez les Styélidés.

Tunicates encompass a large group of marine chordates in which the ability to regenerate vary hugely, even between relatively closely related species. The so-called solitary species reproduce exclusively sexually, and their regenerative abilities are generally limited to some tissue or anatomical structure, for instance, the siphons or the central nervous system (CNS). In solitary species, uni- or multipotent stem cells located in specific “niches” are required for the partial regeneration to unfold. Conversely, colonial species can regenerate their entire body through different forms of budding. The capacity of budding is part of the asexual life cycle, but in some species budding can be also triggered by injury. In tunicates, whole-body regeneration by budding involves different levels of interaction between epithelia and putative stem cells circulating in the vascular system. The phylogeny of tunicates suggests that the whole-body regeneration via budding has a very plastic evolution, with multiple gains and losses. A view that is further reinforced by the fact that budding mechanisms are very diverse from one colonial species to another, starting from different parts of the body, involving non-homologous epithelia, and yet converging to common ontogenetic stages and eventually leading to similar adult body plans. Among tunicates, the family of Styelidae embodies the regenerative plasticity of the whole sub-phylum, since it includes both solitary species and colonial species with different forms of budding. Recent phylogenomic analyses showed that the scattered distribution of solitary and colonial Styelidae implies that budding arose from a solitary ancestor at least three times independently, leading to three different modes of budding: peribranchial budding and vascular budding in the group of botryllids, and vasal budding in the species Polyandrocarpa zorritensis. Studies on vascular budding in different species of botryllids show the role of circulating stem cells, named hemoblasts, in the triggering of regeneration. Recent histological and anatomical studies suggest a key role of hemoblasts as circulating putative stem cells also in P. zorritensis vasal budding (Scelzo et al. in preparation). Interestingly, the presence of circulating putative stem cells with similar characteristics of hemoblasts (i.e., lack of cytoplasmic granules, round morphology with a high nucleo-cytoplasmic ratio and a prominent nucleus, high ALDH activity, presence of “stemness markers”) has been reported also in the solitary styelidae Styela plicata. In S. plicata, the role of hemoblasts in the regeneration of the central nervous system is currently under investigation. Key modifications in adult stem cell characteristics may have allowed the developmental processes underlying regeneration to evolve as a result of novel selective interplays between cellular lineages. Hence, the driving hypothesis of this project is that modifications in adult stem cell potency, and/or the interactions with their putative niches, may be at the bases of Styelidae regenerative plasticity. In this study, we propose to characterize and compare the role of hemoblasts during: a) vascular budding in B. schlosseri; b) vasal budding P. zorritensis and c) during the regeneration of the central nervous system regeneration in the solitary species S. plicata. The final aim is to highlight mechanisms that regulate the behavior of hemoblasts and infer their evolution in Styelidae.