Comparison of cell types across life cycle stages of the hydrozoan Clytia hemisphaerica

Comparaison des types de cellules entre les stades de vie de l'hydrozoaire clytia hemisphaerica L'Hydrozoaire Clytia hemisphaerica présente un cycle de vie triphasique, typique des hydrozoaires, comprenant une colonie de polypes à propagation végétative et une forme nageant librement, la méduse qui est se reproduisent de façon sexuée. Les méduses mâles et femelles se reproduisent quotidiennement, déclenchées par la lumière et environ un jour après la fécondation, une larve planula ciliée se forme. Après trois jours, la planula se fixe sur le substrat et se métamorphose pour donner naissance à un polype fondateur de la colonie, destiné pour l’alimentation, le gastrozooïde. La colonie se propage par extension du stolon et un deuxième type de polype, le gonozooïde, libère des méduses par bourgeonnement. L'analyse du génome et des transcriptomes à travers les trois principaux stades de vie de Clytia ont révélé des programmes d'expression génique spécifiques à chaque étape (Leclère et al. 2019, Nat Eco & Evo). Nous étendons maintenant cette comparaison au niveau des types cellulaire en utilisant la technologie du Single Cell RNA-seq chez la méduse et la larve de Clytia. Avec L. Leclère et S. Chevalier (LBDV), nous avons généré un atlas cellulaire de la méduse femelle en collaboration avec T. Chari et J. Gehring du laboratoire de L. Pachter et B. Weissbourd du laboratoire de D. Anderson à Caltech (Chari et al. 2021, Science Advances). L'analyse de l'atlas cellulaire de la méduse a révélé huit classes cellulaires, dont l'épiderme et le gastroderme, les cellules bioluminescentes, les ovocytes et les cellules souches multipotentes (I-Cells) des hydrozoaires et leurs dérivés tels que les cellules neurales, les nématocytes et les cellules glandulaires. L'analyse par hybridation in situ des profils d'expression ont révélé des sous-types non caractérisés auparavant, dont 14 sous-populations neuronales. L'analyse de la trajectoire de la lignée des nématocystes a révélé deux programmes transcriptionnels distincts au sein de cette classe cellulaire, une phase "nématoblaste", caractérisée par la production de la capsule du nématocyste, et la phase de différenciation du nématocyste, caractérisée par la production du nématocil.L’obtention du ScRNAseq pour la planula Clytia a nécessité l'optimisation des protocoles de dissociation, de fixation et de sélection des cellules (collaboration avec le groupe d'Arnau Sébé-Pedros, Barcelone). L’atlas cellulaire de la planula est constitué de 4370 cellules regroupées en 19 clusters cellulaires. Après une analyse des profils d'expression par hybridation in situ de gènes connus et nouveaux à trois stades de développement de la planula, nous avons pu attribuer des identités cellulaires et combiner les 19 clusters en 8 grandes classes cellulaires. Celles-ci correspondent aux deux couches de tissu épithélial classic chez les cnidaires, l'épiderme et le gastroderme, les cellules souches hydrozoaires (I-Cells), les nématocytes (cellules urticantes), les cellules neurales, les cellules neurosécrétrices aborales et des populations distinctes de cellules sécrétrices, les cellules muqueuses et les cellules excrétrices putatives (PEC).Cet atlas des types cellulaires de la planula de Clytia représente le premier atlas cellulaire d'une larve d'hydrozoaire et fournit la caractérisation de populations cellulaires non décrites auparavant ainsi que des informations supplémentaires sur les types cellulaires déjà connus. L'analyse comparative des deux atlas cellulaires a révélé des programmes transcriptionnels de nématocytes similaires entre les stades, indiquant que les deux étapes du développement des nématocytes persiste pendant les transitions du cycle de vie. Nous avons également pu identifier des types cellulaires exprimant les mêmes gènes chez les deux stades. Parmi ces gènes partagés, des sous-types cellulaires ont été trouvés uniquement dans la méduse. L'analyse des programmes d'expression génique a également révélé la présence de types cellulaires supposément spécifiques à chaque stade.