Chez les vertébrés, le mésoderme de la tête est non segmenté comparé à celui du tronc qui forme des structures répétées appelées somites. Chez l’amphioxus, tout le mésoderme non axial est segmenté en somites, et ce caractère est proposé comme étant ancestral chez les chordés. Ceci implique que les muscles issus du mésoderme de la tête des vertébrés seraient un caractère propre à cette lignée. A travers l’étude de la somitogenèse, des facteurs de transcription impliqués dans ce processus, et de l’utilisation d’approches de type scRNA-seq (collaboration avec l’équipe de Arnau Sebé-Pedrós, CRG, Barcelone), nous avons proposé un nouveau scénario évolutif concernant l’apparition des muscles de la tête des vertébrés. Celui-ci implique non seulement un mécanisme d’évolution de la somitogenèse, mais aussi d’évolution des différents territoires mésodermiques dont la plaque préchordale et le mésoderme latéral. Ce projet est financé par l’ANR (projet MESOLAMPHIX) et est développé en collaboration avec les équipes de Sylvie Mazan (BIOM), de Juan Tena (CABD, Séville) et d’Arnau Sebé-Pedrós (CRG, Barcelone).
Publications clés :
Grau-Bové X**, Subirana L**, Meister L, Soubigou A, Neto A, Elek A, Naranjo S, Fornas O, Gomez-Skarmeta JL, Tena JJ, Irimia M, Bertrand S*, Sebé-Pedrós A*, Escriva H*. An amphioxus neurula stage cell atlas supports a complex scenario for the emergence of vertebrate head mesoderm. Nat Commun. 2024 May 29;15(1):4550. https://doi.org/10.1038/s41467-024-48774-4
Meister L, Escriva H*, Bertrand S*. Functions of the FGF signalling pathway in cephalochordates provide insight into the evolution of the prechordal plate. Development. 2022 May 15;149(10):dev200252. https://doi.org/10.1242/dev.200252
Aldea D, Subirana L, Keime C, Meister L, Maeso I, Marcellini S, Gomez-Skarmeta JL, Bertrand S*, Escriva H*. Genetic regulation of amphioxus somitogenesis informs the evolution of the vertebrate head mesoderm. Nat Ecol Evol. 2019 Aug;3(8):1233-1240. https://doi.org/10.1038/s41559-019-0933-z
Bertrand S, Camasses A, Somorjai I, Belgacem MR, Chabrol O, Escande ML, Pontarotti P, Escriva H. Amphioxus FGF signaling predicts the acquisition of vertebrate morphological traits. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 May 31;108(22):9160-5. https://doi.org/10.1073/pnas.1014235108
**contributed equally
*co-corresponding authors
Scénario d’évolution des différents compartiments du mésoderme chez les chordés. Nous proposons que plusieurs étapes aient été nécessaires pour permettre l’apparition des muscles de la tête des vertébrés.
Les muscles de la tête des vertébrés semblent être une innovation de ce groupe (voir projet 1). Nous avons proposé un scénario évolutif concernant leur apparition (Figure 1). L’activité de ces muscles est contrôlée par des motoneurones spécifiques, différents de ceux contrôlant les muscles issus des somites (tronc et membres). L’objectif du projet est d’essayer de définir si ces neurones sont homologues de motoneurones contrôlant l’activité des muscles antérieurs (oropharyngiens) chez les deux autres groupes de chordés : les tuniciers et les céphalochordés. Ce projet est financé par l’ANR (Projet COMUNE) et est développé en collaboration avec les équipes de Jean-François Brunet (IBENS, Paris), de Sébastien Darras (BIOM) et d’Arnau Sebé-Pedrós (CRG, Barcelone).
L’induction neurale est le processus à travers lequel les cellules pluripotentes de l’ectoderme acquièrent un devenir neural. Nous avons montré que ce processus chez l’amphioxus comme chez les vertébrés fait intervenir une région particulière de l’embryon appelée « organisateur ». Nous avons aussi pu mettre en évidence que ce processus est sous le contrôle de la voie de signalisation Nodal. Finalement, nous avons pu disséquer le réseau de régulation génique contrôlant l’induction neurale. L’objectif actuel est d’utiliser les approches scRNA-seq pour mieux définir les acteurs clés des transitions de trajectoires développementales au cours de l’induction neurale. Le projet a été financé par l’ANR (projet NEUCECHO) en collaboration avec les équipes de Jose Luis Gomez-Skarmeta et Juan Tena (CABD, Séville) et d’Arnau Sebé-Pedrós (CRG, Barcelone).
Publications clés :
Leon A, Subirana L, Magre K, Cases I, Tena JJ, Irimia M, Gomez-Skarmeta JL, Escriva H*, Bertrand S*. Gene Regulatory Networks of Epidermal and Neural Fate Choice in a Chordate. Mol Biol Evol. 2022 Apr 11;39(4):msac055. https://doi.org/10.1093/molbev/msac055
Le Petillon Y, Luxardi G, Scerbo P, Cibois M, Leon A, Subirana L, Irimia M, Kodjabachian L, Escriva H*, Bertrand S*. (2017) Nodal/Activin Pathway is a Conserved Neural Induction Signal in Chordates. Nat Ecol Evol. 2017 Aug;1(8):1192-1200. https://doi.org/10.1038/s41559-017-0226-3
*co-corresponding authors
La lèvre dorsale du blastopore d’une gastrula après injection de TexasRed a été greffée sur un explant ectodermique se développant en épiderme lorsqu’il est cultivé seul. L’hôte présente une expression du marqueur neural Neurogénine, indiquant que le greffon (fluorescent rouge) a induit l’acquisition du caractère neural par des cellules qui normalement entrent dans le programme de différenciation épidermique. Barre l’échelle : 50µM. Modifié d’après : Le Petillon Y et al., Nodal/Activin Pathway is a Conserved Neural Induction Signal in Chordates. Nat Ecol Evol. 2017 Aug;1(8):1192-1200
Notre équipe est leader en ce qui concerne les études développementales chez l’amphioxus. Dans ce cadre nous souhaitons continuer à mettre au point de nouveaux outils et de nouvelles techniques. Nous avons obtenu la séquence complète et l’assemblage taille chromosomique du génome de l’espèce européenne Branchiostoma lanceolatum ainsi que de nombreuses données épigénomiques en collaboration avec le Génoscope et plusieurs laboratoires internationaux. Nous avons développé en collaboration avec plusieurs équipes les techniques de RNA-seq, ATAC-seq, ChIP-seq et scRNA-seq ainsi que plus récemment la mutagenèse à travers le système CRISPR/Cas9 (collaboration équipe Sébastien Darras, BIOM) et le suivi cellulaire après photoconversion.
Publications clés :
D’Aniello S, Bertrand S, Escriva H. Amphioxus as a model to study the evolution of development in chordates. Elife. 2023 Sep 18;12:e87028. https://doi.org/10.7554/eLife.87028
Brasó-Vives M, Marlétaz F, Echchiki A, Mantica F, Acemel RD, Gómez-Skarmeta JL, Hartasánchez DA, Le Targa L, Pontarotti P, Tena JJ, Maeso I, Escriva H, Irimia M, Robinson-Rechavi M. Parallel evolution of amphioxus and vertebrate small-scale gene duplications. Genome Biol. 2022 Nov 18;23(1):243.. https://doi.org/10.1186/s13059-022-02808-6
Meister L, Escriva H*, Bertrand S*. Exploring tissue morphodynamics using the photoconvertible Kaede protein in amphioxus embryos. PLoS One. 2022 Sep 27;17(9):e0275193. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0275193
Escriva H. (2018). My Favorite Animal, Amphioxus: Unparalleled for Studying Early
Escriva H. My Favorite Animal, Amphioxus: Unparalleled for Studying Early Vertebrate Evolution. Bioessays. 2018:e1800130. doi: 10.1002/bies.201800130
Marlétaz F, Firbas PN, Maeso I, Tena JJ, Bogdanovic O, Perry M, Wyatt CDR, de la Calle-Mustienes E, Bertrand S, Burguera D, Acemel RD, van Heeringen SJ, Naranjo S, Herrera-Ubeda C, Skvortsova K, Jimenez-Gancedo S, Aldea D, Marquez Y, Buono L, Kozmikova I, Permanyer J, Louis A, Albuixech-Crespo B, Le Petillon Y, Leon A, Subirana L, Balwierz PJ, Duckett PE, Farahani E, Aury JM, Mangenot S, Wincker P, Albalat R, Benito-Gutiérrez È, Cañestro C, Castro F, D’Aniello S, Ferrier DEK, Huang S, Laudet V, Marais GAB, Pontarotti P, Schubert M, Seitz H, Somorjai I, Takahashi T, Mirabeau O, Xu A, Yu JK, Carninci P, Martinez-Morales JR, Crollius HR, Kozmik Z, Weirauch MT, Garcia-Fernàndez J, Lister R, Lenhard B, Holland PWH, Escriva H*, Gómez-Skarmeta JL*, Irimia M*. (2018). Amphioxus functional genomics and the origins of vertebrate gene regulation. Nature. 2018Dec;564(7734):64-70. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0734-6
Bertrand S, Escriva H. (2011). Evolutionary crossroads in developmental biology: amphioxus. Development. 2011 Nov;138(22):4819-30. https://doi.org/10.1242/dev.066720
*co-corresponding authors
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L’amphioxus sous toutes les coutures. De gauche à droite de haut en bas : neurula d’amphioxus au microscope optique, gastrula après immunomarquage contre phosphoH3, neurula après hybridation in situ colorimétrique (Delta), région d’une larve d’amphioxus après immunomarquage contre la tubuline acétylée, vue en microscopie éléctronique d’une coupe transversale de larve, vue blastoporale d’une gastrula après photoconversion de la protéine kaede, reconstruction partiel 3D d’une neurula après segmentation des cellules, neurula après hybridation in situ avec la méthode HCR pour trois gènes, vue 3D d’une neurula tardive après marquage des noyaux (bleu) et de la lame basale (rouge).
