Evolution de l'induction vulvaire chez C. elegans et des autres nematodes

Evolution of the vulval cell fate induction in Caenorhabditis species and other nematodes

• Auteur / Autrice : Amhed Missael Vargas Velazquez
• Direction : Marie-Anne Félix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomique
• Date : Soutenance le 10/12/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie de l'École normale supérieure (Paris ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Dostatni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Anne Félix, Nathalie Dostatni, Sophie Jarriault, Thomas Boulin, Virginie Courtier-Orgogozo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Jarriault, Thomas Boulin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génomique

Mots clés libres

C. elegans

Lin-3

Evo-Devo

O. tipulae

C. elegans

Lin-3

Evo-Devo

O. tipuale

Résumé

Caenorhabditis elegans est un organisme modèle couramment utilisé pour étudier les processus de développement tels que la formation de la vulve. Ce processus repose sur l'induction précise des cellules qui donnent naissance à la vulve. Les destins cellulaires résultants sont organisés en un motif caractéristique, qui est conservé tout au long du Caenorhabditis et des nématodes rhabditides. En contraste avec cette conservation des cellules vulvaires, ma thèse présente deux axes d'étude qui ont révélé des signatures d'évolution des voies de développement contrôlant l'induction vulvaire. Dans le premier, je présente un changement des motifs cis-régulateurs nécessaires à l'expression cellulaire spécifique de lin-3 (EGF), un gène codant pour la molécule de signalisation qui induit le destin des cellules de la vulve. Les trois sites de liaison aux facteurs de transcription requis pour l'expression de lin-3 chez C. elegans ne sont observés que chez les espèces du groupe Elegans. En utilisant des techniques de FISH à molécule unique et d'édition de génome, je montre que le remplacement des sites endogènes de C. elegans par un fragment de 58 pb contenant un seul site (provenant de C. angaria) produit des niveaux d'ARNm de type sauvage de type lin-3. Je conclus que l'évolution compensatoire pour l'exigence de sites de liaison de C. elegans s'est produite en cis. Dans la deuxième partie de mon étude, j'ai utilisé une approche de cartographie par séquençage et une collection de mutants de la vulve chez Oscheius tipulae, voisin de C. elegans dans le clade rhabditid, afin d'identifier les mutations dans les gènes agissant sur la spécification du modèle de destin des cellules de la vulve. La seule mutation collectée pour rendre les animaux sans vulve correspond à une délétion de la région cis-régulatrice contrôlant l'expression de O. tipulae lin-3, ce que j'ai confirmé par l'édition du génome de CRISPR / Cas9. Les mutants présentant un excès d'induction de la vulve portent des lésions moléculaires dans la voie plexin / semaphorin, un système de signalisation cellulaire qui, selon moi, agit dans le positionnement antéropostérieur des cellules donnant lieu à la vulve par analyse microscopique. Enfin, d’autres animaux d’O. tipulae dont le destin de cellules vulvaires est perturbé présentent des mutations dans des composants de la voie Wnt; pour cette raison, j'ai étudié les profils d'expression des ligands Wnt d'O. tipulae et révélé leur conservation avec C. elegans. Ces deux études mettent en évidence le processus de dérèglement du système de développement (DSD) en tant que processus évolutif qui se produit lors de la formation de la vulve sur des nématodes rhabditides.

Caenorhabditis elegans is a model organism commonly used to study developmental processes such as vulva formation. This process relies on the precise fate induction of the cells that give rise to the vulva. The resultant cellular fates are arranged into a characteristic pattern, which is conserved across the vulva development of Caenorhabditis and rhabditid nematodes. In contrast to this extensive conservation of the vulval cell fate pattern, my thesis presents two lines of study that revealed signatures of evolution in developmental pathways controlling vulval induction. In the first one, I present a turnover of cis-regulatory motifs required for the cell-specific expression of lin- 3 (EGF), a gene coding for the signalling molecule which induces vulva cell fates. The three transcription factor binding sites required for lin-3 expression in C. elegans are observed only in species of the Elegans group. Using single-molecule FISH and genome editing techniques, I show that the replacement of the endogenous C. elegans binding sites by a 58 bp fragment containing a single site (coming from C. angaria), produces wild-type mRNA levels of lin-3. I conclude that compensatory evolution for the requirement of C. elegans binding sites occurred in cis. In the second line of study, I used a mapping-bysequencing approach and a collection of vulva mutants in Oscheius tipulae, a neighbour of C. elegans in the rhabditid clade, to identify mutations in genes acting on vulva cell fate pattern specification. The only collected mutation to render animals vulvaless corresponds to a deletion of the cis-regulatory region controlling the expression of O. tipulae lin-3, which I confirmed by CRISPR/Cas9 genome editing. Mutants with an excess of vulva induction carry molecular lesions in the plexin/semaphorin pathway, a cell signalling system which I show to act in the antero-posterior positioning of the cells giving rise to the vulva by microscopic analysis. Finally, other O. tipulae animals with disrupted vulval cell fate pattern hold mutations in components of the Wnt pathway; for this reason, I investigated the expression profiles of Wnt ligands of O. tipulae and revealed their conservation with C. elegans. Both of these studies highlight the process of Developmental System Drift (DSD) as an evolutionary process occurring on vulva formation of rhabditid nematodes.