Etude comparative de la formation du système nerveux périphérique des ascidies : état ancestral et dérives

Comparative study of the peripheral nervous system formation in ascidians : ancestral state and drift

• Auteur / Autrice : Cécile Leblond
• Direction : Sébastien Darras
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie intégrative des organismes marins
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Développement et évolution des ascidies

Mots clés

Mots clés libres

Ascidie

Système nerveux périphérique

Réseau de gene

Evolution

Neurones

Ascidians

Peripheral nervous sytem

Gene regulatory networks

Evolution

Neurons

Résumé

Chez les vertébrés, le système nerveux périphérique (SNP) est issu de structures embryonnaires transitoires, la crête neurale et les placodes. Étant donné que ces populations cellulaires donnent également naissance à divers types de cellules et de structures qui rendent les vertébrés uniques, la compréhension de leur formation et l'identification de leurs origines évolutives ont fait l'objet d'études intensives. Les ascidies, invertébrés marins appartenant au groupe frère des vertébrés, n'ont pas de crête neurale ni de placodes à proprement parler. Mais leur SNP simple, composé d'un petit nombre de neurones sensoriels épidermiques, présente un certain nombre de similitudes avec le SNP des vertébrés : organisation topologique, mécanismes de spécification et profils d'expression génique. Cependant, une comparaison correcte entre les ascidies et les vertébrés est entravée par les niveaux élevés de dérive du système de développement chez les ascidies, une lignée qui évolue rapidement. Il est donc crucial de définir l'état ancestral du SNP des ascidies et les mécanismes de développement sous-jacents pour comprendre l'émergence du SNP des vertébrés. Pour atteindre cet objectif, nous proposons une approche comparative fonctionnelle de la formation du SNP chez différentes espèces d'ascidies. Nous caractériserons le SNP et déterminerons comment les réseaux de régulation génique décryptés chez l'espèce de référence Ciona intestinalis sont déployés. Nous nous concentrerons sur l'expression génique et sa régulation en examinant la fonction des voies de signalisation, ainsi que l'activité et l'évolution des éléments cis-régulateurs. Nous devrions être en mesure de proposer un réseau PNS ancestral et de décrire les changements qui ont eu lieu au cours de la diversification des ascidies. De plus, nous nous concentrerons sur deux parties du SNP : les palpes antérieures qui ont un nombre fixe de neurones dans différentes espèces, et le SNP de la queue avec un nombre variable entre les individus d'une espèce donnée, et entre les espèces. Ceci permettra de tester l'hypothèse selon laquelle la variabilité d'un trait est liée à son évolutivité et à la divergence/dérive de ses mécanismes de régulation.

In vertebrates, the peripheral nervous system (PNS) originates from transient embryonic structures, the neural crest and the placodes. Since these cell populations also give rise to a variety of cell types and structures that make vertebrates unique, understanding their formation and identifying their evolutionary origins has been the focus of intense study. Ascidians, marine invertebrates that belong to the vertebrate sister group, do not have bona fide neural crest or placodes. But their simple PNS made of a small number of epidermal sensory neurons display a number of similarities with the vertebrate PNS: topological organization, specification mechanisms and gene expression profiles. However, a proper comparison between ascidians and vertebrates is impaired by high levels of developmental system drift in ascidians, a fast evolving lineage. Aiming at defining the ancestral state of the ascidian PNS and the underlying developmental mechanisms is thus crucial for understanding the emergence of the vertebrate PNS. To achieve this goal, we propose a close functional comparative approach of PNS formation in different ascidian species. We will characterize the PNS and determine how the gene regulatory networks deciphered in the reference species Ciona intestinalis are deployed. We will focus on gene expression and its regulation by examining the function of inputs from signaling pathways, and the activity and evolution of cis-regulatory elements. We should be able to propose an ancestral PNS network and describe changes that took place during ascidian diversification. In addition, we will concentrate on two parts of the PNS: the anterior palps that have a fixed number of neurons in different species, and the tail PNS with a variable number between individuals of a given species, and between species. This will enable to test the hypothesis that the variability of a trait is linked to its evolvability and to the divergence/drift of its regulatory mechanisms.