Origine(s) du système nerveux des Métazoaires et évolution des mécanismes liés au contrôle de la prolifération cellulaire : apports de l'étude chez un Cténaire et un Cnidaire

par Alicia Coste

Thèse de doctorat en Complexité du Vivant

Sous la direction de Michaël Manuel.

Soutenue le 10-11-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Evolution Paris Seine (laboratoire) .

Le jury était composé de Sylvie Retaux, Denis Allemand, Jorge Cubo, Carine Barreau.


  • Résumé

    Les Cnidaires et les Cténaires sont deux embranchements extérieurs aux Bilatériens qui, de par leur position phylogénétique, constituent des modèles d'étude cruciaux pour comprendre l'origine et l'évolution de mécanismes moléculaires ou encore de types cellulaires à grande échelle chez les Métazoaires. Ils sont les deux seuls embranchements non-Bilatériens à posséder des cellules nerveuses ainsi que des cellules musculaires. La première partie de mon travail de thèse s'inscrit dans le contexte de la compréhension de l'origine du système nerveux des Métazoaires. Des études récentes suggèrent une origine double du système nerveux ; ainsi celui des Cténaires aurait été acquis de manière convergente par rapport à celui des Cnidaires et des Bilatériens. Cela repose sur des données récentes de phylogénomique proposant les Cténaires en tant que groupe-frère de tous les autres Métazoaires et sur l'absence supposée chez les Cténaires de quasiment tous les systèmes de neurotransmission connus y compris le système cholinergique. A l'encontre de ces hypothèses, j'ai pu mettre en évidence l'existence d'un système cholinergique chez le Cténaire Pleurobrachia pileus ainsi que son étroite association avec le système nerveux. Cette conclusion repose sur une multiplicité d'approches à l'échelle moléculaire (analyses d'orthologie, immunolocalisation, hybridations in situ), cellulaire (imagerie calcique) et de l'organisme (approche pharmacologique). Dans la seconde partie de ma thèse, j'aborde la question de la conservation des mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de la prolifération cellulaire à l'échelle des Métazoaires. J'ai pu mettre en évidence la conservation des acteurs.

  • Titre traduit

    Challenging the scenrairos of metazoan emergence of nervous system and evolution of mechanisms regulating cell proliferation : new insights from the studies of a cnidarian and a ctenophore


  • Résumé

    Due to their phylogenetic position outside from Bilateria, cnidarians and ctenophores are key phyla to understanding the origin and early evolution of molecular mechanisms, cell types, or body plan features at the level of Metazoa. Unlike other non-bilaterian phyla (sponges and placozoans), they possess neurons and muscle cells. The first part of my work relates to the problem of the origin of the metazoan nervous system. Recent studies have suggested a dual origin for nerve cells, with ctenophore neurons having emerged independently from those of cnidarians and bilaterians. This hypothesis relies on phylogenomic analyses supporting ctenophores as sister-group to all other metazoans, and on the purported absence in ctenophores of almost all well-known neuro-transmission systems, including the cholinergic system. Refuting this claim, I present substantial evidence in favour of acetylcholine (Ach) being used in the ctenophore Pleurobrachia pileus as an extra-cellular messenger, including within the nervous system. This conclusion arises from the conjunction of multiple approaches at the molecular scale (orthology analyses, Ach immuno-localisation, gene in situ hybridisation), at the cellular scale (calcium imaging on muscle cells exposed to Ach) and at the organism scale (pharmacological treatments with an Ach analogue and Ach antagonists). In the second part of my thesis, I address the conservation of molecular mechanisms involved in the control of cellular proliferation. Notably, the Hippo pathway is known for its role in bilaterians in the negative control of cellular proliferation. I show that components of this pathway are conserved in Pleurobrachia pileus and in Clytia hemisphaerica and that the nuclear vs. cytoplasmic localisation of the transcriptional co-factor Yorkie is correlated to the extent of proliferation within C. hemisphaerica tissues. Finally, RNAseq differential gene expression analyses along a cellular conveyor belt of the C. hemisphaerica medusa suggests a tendency for conservation of function among a set of genes whose mammalian orthologues have documented roles in the arrest of cellular proliferation.

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