La somitogénèse chez les chordés et l’apparition de la tête chez les vertébrés

Une question centrale dans l'histoire de l'évolution des vertébrés est de comprendre l'origine de leur tête complexe. L'apparition de nouvelles structures de la tête, telles que les cellules de la crête neurale, a déjà été longuement étudiée. Cependant, comment le mésoderme non segmenté de la tête chez les vertébrés a émergé à partir d’un mésoderme entièrement segmenté reste une question non résolue. En raison de leur position phylogénétique, de leurs caractéristiques morphologiques, développementales et génomiques, les céphalochordés (c'est-à-dire les amphioxus) représentent le meilleur proxy existant de l'ancêtre des chordés. De plus, l'amphioxus possède un mésoderme paraxial entièrement segmenté tout le long du corps, caractéristique proposée comme ancestrale. Comparer la somitogenèse entre amphioxus et vertébrés pourrait résoudre la question de savoir comment le mésoderme non segmenté de la tête des vertébrés a évolué. Les travaux réalisés dans notre laboratoire ont montré le rôle central du signal FGF, via la voie MAPK, dans la formation des somites les plus antérieurs chez l'amphioxus. L'inhibition de cette voie de signalisation au cours de la gastrulation induit une perte spécifique de ces structures. Afin de comprendre le destin du mésoderme paraxial antérieur présomptif après inhibition de la signalisation FGF, j’ai analysé l’expression de différents gènes marqueurs, j’ai réalisé un traçage des cellules de ce territoire et, enfin, j’ai mis en œuvre des analyses morphologiques. Nous avons conclu que ce territoire acquiert un destin axial dorsal antérieur au cours de la gastrulation lorsque le signal FGF est inhibé et que les cellules correspondantes intègrent ensuite la notochorde. L'étude morphologique de la notochorde chez ces embryons traités nous permet de proposer une hypothèse quant à l'apparition de la plaque préchordale. Pour la deuxième partie de mon doctorat, des études avaient préalablement montré que la formation des somites antérieurs et postérieurs repose sur la fonction de facteurs de transcription (Six1/2 et Pax3/7) orthologues d’acteurs majeurs de la formation des muscles du tronc chez les vertébrés. De plus, les gènes principalement impliqués dans la formation du mésoderme de la tête et du mésoderme latéral chez les vertébrés sont exprimés dans la partie ventrale des somites d'amphioxus. A partir de ces données, il a été proposé l'hypothèse que le mésoderme de la tête des vertébrés soit homologue à la partie ventrale des somites d’amphioxus. D’une part, j’ai analysé chez l'amphioxus l’expression de gènes connus comme jouant un rôle dans le développement des dérivés du mésoderme latéral chez les vertébrés. D’autre part, j’ai montré que les séquences cis-régulatrices de certains gènes d'amphioxus exprimés dans les somites ventraux dirigent l’expression dans les dérivés du mésoderme de la tête et latéral chez le poisson zèbre, un vertébré. En conclusion, ces résultats permettent d'améliorer la robustesse de notre hypothèse proposant l'homologie entre le mésoderme latéral/de la tête des vertébrés et la partie ventrale des somites d’amphioxus.