2013 | Evolution des cycles de vie complexes chez les métazoaires, les leptoméduses comme nouveau modèle
ANR
De nombreux groupes de métazoaires marins ont un cycle de vie complexe, alternant entre des formes benthiques et pélagiques. De manière surprenante, les études phylogénétiques ont montré que, chez ces groupes, des portions du cycle de vie ont pu être perdues ou gagnées au cours de l’évolution, de nombreuses fois indépendamment. Malgré l’intérêt évident que ces phénomènes ont pour la compréhension de la régulation des génomes et de l’évolution des écosystèmes marins, les bases génétiques de l’évolution des cycles de vie chez les métazoaires marins sont pour le moment inconnues.
Les médusozoaires (clade comprenant les méduses) sont un groupe très prometteur pour la compréhension des déterminants moléculaires de l’évolution des cycles de vie chez les métazoaires. Ils présentent une grande complexité et diversité de cycle de vie, avec alternance entre larve planula, polype benthique à reproduction asexuée, et méduse pélagique à reproduction sexuée. Les quelques études phylogénétiques disponibles ont montré que leur cycle de vie peut évoluer rapidement par perte complète de la phase méduse ou de la phase polype. En cas de perte de la méduse, la reproduction sexuée est transférée de la phase méduse à la phase polype, impliquant une grande plasticité développementale pour la formation de la gonade. Depuis peu, des progrès significatifs ont été faits pour l’étude moléculaire et génomique de ces organismes. L’objectif de ce projet est d’établir un modèle méduse pour l’étude des déterminants moléculaires de l’évolution des cycles de vie chez les métazoaires, en se focalisant sur le groupe des hydrozoaires leptoméduses. En effet, ce groupe contient la moitié des espèces de médusozoaires et il est extrêmement diversifié du point de vue des cycles de vie. De plus, une des espèces de ce groupe, Clytia hemisphaerica, est récemment devenue une espèce modèle pour des études de génomique fonctionnelle.
Le projet MEDUSEVO a pour but de déterminer les bases génétiques, évolutives et développementales de l’évolution des cycles de vie chez les leptoméduses, suivant trois approches complémentaires : (1) déterminer la régulation moléculaire du développement de la méduse chez l’espèce modèle Clytia hemisphaerica en utilisant des techniques de transcriptomiques et de biologie du développement. Une attention spéciale sera portée à la formation de la gonade et des cellules germinales durant la formation et la régénération de la méduse. (2) Caractériser de manière détaillée les tendances évolutives du cycle de vie chez les leptoméduses en utilisant des outils phylogénétiques et phylogénomiques. (3) Etablir des protocoles de culture et d’analyse moléculaire pour deux espèces sœurs, proches de Clytia, ayant des cycles de vie différents, l’une alternant entre polype et méduse, l’autre ayant récemment perdu la méduse. Ceci permettra d’amorcer l’étude, à petite échelle évolutive, des mécanismes évolutifs et déterminants génétiques responsables de l’évolution des cycles de vie dans ce groupe.
Ce projet sera basé à l’‘Observatoire Océanologique Villefranche-sur-Mer’, dans l’UMR7009, en association avec l’équipe ‘Cnidarian Developmental Mechanisms’, pionnière dans la mise en place du modèle Clytia. Il profitera grandement de deux collaborations internationales : Peter Schuchert du Museum d’Histoire Naturelle de Genève (Suisse), expert en taxonomie des hydroméduses, et Casey Dunn de l’université Brown (USA), spécialiste des analyses de transcriptome d’organismes non-modèles, travaillant aussi sur l’évolution et le développement des médusozoaires, en particulier sur les siphonophores.
Ce projet est hautement original et innovant dans ses objectifs et questions posées, et devrait permettre de générer des publications de haut niveau. Il est conçu comme une base de travail pour un projet à long terme permettant d’intégrer les aspects développementaux, évolutifs, écologiques et génomiques dans la compréhension de l’évolution des cycles de vie chez les métazoaires.
2013 | La régulation des divisions méiotiques de l’ovocyte : une approche in vivo du paradoxe des signalisations AMPc
ANR
Les cellules se reproduisent grâce au cycle cellulaire, un processus qui assure la croissance et le développement des êtres vivants. C’est l’activation du MPF (M-phase Promoting Factor, ou complexe Cdk1-cycline B) qui déclenche la division cellulaire. La connaissance des mécanismes de contrôle du cycle cellulaire est essentielle et a fasciné les biologistes depuis longtemps. Curieusement, malgré l’intérêt majeur suscité par ce processus, un manque criant de connaissances règne sur certaines étapes cruciales du cycle, en particulier le contrôle de la transition G2-M. Le projet OOCAMP a pour objectif d’améliorer nos connaissances de la transition G2-M par une approche physiologique basée sur l’utilisation des ovocytes d’un amphibien, le xénope, et d’un cnidaire, la méduse Clytia : deux modèles expérimentaux simples et puissants, caractérisés par des arrêts naturels dans le cycle cellulaire, débloqués par des stimuli externes définis capables d’induire la reprise du cycle cellulaire.
Lors de l’ovogenèse, les ovocytes entament la méiose et s’arrêtent en prophase de 1ère division méiotique (équivalent à une phase G2). Des signaux extracellulaires provoquent la reprise de la méiose en lançant des voies de transduction qui convergent vers l’activation du MPF. L’AMPc est le 1er effecteur impliqué en amont de ces voies, mais de manière surprenante il agit de manière opposée selon les espèces. Chez les vertébrés, la concentration en AMPc, et donc l’activité de la kinase PKA, sont maintenus à de hauts niveaux dans l’ovocyte bloqué en prophase, et doivent chuter pour permettre la reprise de la division méiotique (une situation analogue à celle du contrôle exercé par l’AMPc sur la transition G2-M du cycle mitotique). Au contraire, chez de nombreux invertébrés, comme Clytia, une augmentation d’AMPc et de l’activité PKA est requise pour permettre la sortie de l’arrêt en prophase. Nous avons pour objectif de comprendre la régulation exercée par l’AMPc en comparant et en interchangeant les régulateurs et les effecteurs du système AMPc dans deux modèles expérimentaux, le xénope et Clytia, chez lesquels l’AMPc joue un rôle opposé. Nous répondrons spécifiquement à deux questions : la nature du système moléculaire recevant le signal externe en amont de l’AMPc, et l’identification des substrats de PKA qui provoquent l’activation du MPF en aval de l’AMPc.
Notre approche repose sur des manipulations de biochimie et biologie moléculaire, couplées à des microinjections de protéines dans les ovocytes des deux espèces et au suivi des réponses physiologiques et moléculaires par microscopie et tests biochimiques. Nous nous focaliserons sur une protéine appelée ARPP19, dont nos données préliminaires chez le xénope indiquent qu’elle correspond au substrat critique de PKA responsable de l’arrêt en prophase des ovocytes de vertébrés. Une phosphorylation distincte d’ARPP19, catalysée par la kinase Greatwall (Gwl) transforme ARPP19 en un activateur du MPF, essentiel à l’entrée en division. Nous avons identifié l’homologue d’ARPP19 chez Clytia, qui possède les sites de phosphorylation par PKA et Gwl. Nous comparerons les fonctions des deux versions d’ARPP19. En parallèle, nous identifierons le récepteur du peptide qui est responsable de la reprise de la méiose chez Clytia par une nouvelle approche transcriptomique.
Les deux partenaires du projet OOCAMP, experts dans l’étude de la maturation méiotique, présentent une excellente complémentarité, à la fois sur le plan de leurs modèles animaux, de leurs approches techniques et de leurs expertises, ce qui assure la faisabilité du projet.
En conclusion, le projet OOCAMP vise à comprendre les systèmes biochimiques qui connectent les signaux extracellulaires de maturation méiotique et l’activation du MPF. L’étude de ce processus physiologique continuera à enrichir les connaissances de la régulation hormonale de la reproduction, du cycle cellulaire, des voies de signalisation et des mécanismes de l’oncogenèse.
2012 | La « Déprotection » de la Cohésine dans l’Ovocyte
ANR
Les gamètes haploïdes (ovocytes et spermatozoïdes) sont formés à partir de cellules précurseurs diploïdes qui vont subir deux divisions cellulaires successives sans phase-S intermédiaire. Au cours de la première division, appelée méiose I, les paires de chromosomes se séparent et sont distribuées au sein de deux cellules filles ; contrairement à la méiose II et à la mitose où ce sont les chromatides sœurs qui sont séparées. La mauvaise ségrégation du matériel génétique en méiose a de sévères conséquences car elle conduit à la formation de gamètes aneuploïdes (possédant un nombre erroné de chromosomes). Chez la femme, les mauvaises ségrégations de chromosomes en méiose sont très courantes ; en effet, il est estimé que 20% des ovocytes fécondables sont aneuploïdes. Les trisomies, comme la trisomie 21, sont dues à une mauvaise ségrégation des chromosomes en méiose. De plus, chez les femmes proches de la ménopause, une augmentation exponentielle du nombre d’ovocyte possédant des défauts de ségrégation chromosomique est constatée.
Afin de clarifier les causes entraînant des problèmes de ségrégation des chromosomes lors de la méiose femelle, nous utilisons les modèles ascidiens et murins dans le but d’élucider les mécanismes de ségrégation des chromosomes dans l’ovocyte. Nous étudions comment les chromosomes sont maintenus ensemble par un complexe protéique appelé Cohésine, qui est enlevé par un procédé en deux temps lors des deux divisions méiotiques. Un groupe de Cohésines ne peut être enlevé qu’en méiose II car il est protégé en méiose I. Les mécanismes de protection des Cohésines sont de mieux en mieux décrits; en revanche, les mécanismes de « déprotection » en méiose II sont peu connus. Nous proposons ainsi de déterminer comment se déroule la « déprotection » en méiose II.
2011 | RAvolution : l’histoire (r)évolutionnaire d’une voie de signalisation morphogène-dépendante
ANR
Un siècle de recherche en biologie a permis la mise en évidence de rôles cruciaux des rétinoïdes, un groupe de molécules lipophiles apparentées au rétinol (vitamine A), dans le contrôle de nombreux processus biologiques, comme le développement embryonnaire précoce, l’organogenèse, l’homéostasie des tissus, la prolifération, la différentiation, et la mort cellulaire programmée. Chez les Vertébrés, la plupart des fonctions des rétinoïdes est associée à l’activation d’hétérodimères de deux récepteurs nucléaires : RAR et RXR. En outre, des études menées chez des Chordés invertébrés ont révélé la conservation des fonctions biologiques des rétinoïdes avec les Vertébrés. En dehors des Chordés, la conservation de ces fonctions reste incertaine, bien que de récents travaux aient suggéré l’implication des rétinoïdes dans l’embryogenèse de l’oursin et de certains Mollusques, la régénération chez les Insectes et les Crustacés ou la prolifération et la différentiation cellulaire chez les Cnidaires. Les génomes des Insectes, Crustacés et Cnidaires ne possédant pas de gène RAR, ces résultats indiquent que l’activité de morphogène des rétinoïdes a précédé l’apparition d’un RAR/RXR fonctionnel dans l’évolution. De plus, étant donné le rôle crucial de RAR/RXR dans la signalisation rétinoïde chez les Chordés, ces données issues d’organismes non-Chordés questionnent l’origine évolutive de la fixation d’un ligand par RAR et RXR. Notre projet propose d’aborder ces questions en étudiant la signalisation rétinoïde dans cinq taxons d’invertébrés. Les expériences proposées visent à caractériser indépendamment l’activité des rétinoïdes et celle de RAR et RXR, ce qui autorisera une évaluation précise des fonctions respectives de ces acteurs. Ces travaux permettront de mieux comprendre la diversification de la voie de signalisation des rétinoïdes au cours de l’évolution, participant ainsi à élucider la complexité du système rétinoïde chez les Vertébrés, et en particulier chez l’Homme.
2006 | Rôle du nouveau second messager intracellulaire NAADP dans la régulation des pacemakers calciques de fécondation.
Partenariat Hubert Curien