Evolution of chordate development : a story of retinoic acid, hox genes and microRNAs

Le but de toute étude en biologie évolutive du développement est l’étude des mécanismes développementaux à l’origine des diversifications morphologiques. Dans ce contexte, j’ai décidé de me focaliser sur l’émergence des Vertébrés au cours de l’évolution, par la mise en œuvre d’études comparatives entre différents modèles de Deutérostomiens. Le travail réalisé durant ma thèse est subdivisé en trois projets: (i) j’ai abordé le lien entre l’évolution du cerveau chez les Chordés et les modifications de la signalisation à l’acide rétinoïque (AR) au cours du développement. En particulier, j’ai examiné les rôles de l’AR au cours du développement du cerveau chez la lamproie Lampetra fluviatilis, et j’ai comparé les résultats obtenus chez cette espèce aux mécanismes développementaux agissant chez l’amphioxus, un Chordé invertébré, et chez les modèles gnathostomes classiques. Les données obtenues lors de ces analyses comparatives ont permis une meilleure compréhension de l’évolution de la régionalisation cérébrale chez les Vertébrés. (ii) j’ai étudié l’évolution des séquences régulatrices présentes au sein des clusters de gènes hox, connus pour agir dans la régionalisation du système nerveux des Chordés. L’identification d’éléments non-codants conservés ainsi que d’éléments de réponse à l’AR (RARE) potentiels dans des clusters hox de Chordés, combinée à la caractérisation de RAREs in vivo en cellules murines a permis une vision intégrée de l’évolution du contrôle des gènes hox par l’AR, chez les Chordés. (iii) j’ai analysé l’évolution des microARNs chez les Chordés en comparant les répertoires microARN chez plusieurs espèces de Deutérostomiens. Cette étude a permis d’émettre de nouvelles hypothèses quant à l’émergence des microARNs chez les animaux. Toutes ces analyses ont abordé différents aspects de l’évolution des Chordés avec pour objectif la proposition d’une vision intégrée des mécanismes moléculaires à l’origine de l’émergence des Vertébrés.The aim of the evolutionary developmental biology is to study the developmental mechanisms at the base of morphological diversification. In this context, I decided to focus my attention on the emergence of vertebrates during evolution by carrying out comparative analyses in several deuterostome models. The work carried out during of my thesis can be subdivided into three major projects: (i) I addressed the link between brain evolution and modifications in retinoic acid (RA) signaling during chordate development. In particular, I investigated the roles of RA signaling in brain development in a jawless vertebrate, the lamprey Lampetra fluviatilis, and compared the results with developmental mechanisms in the invertebrate chordate amphioxus and classical developmental model systems in jawed vertebrates. Data obtained from these comparative studies provided insights into the evolution of brain patterning in vertebrate evolution. (ii) I investigated the evolution of the regulatory landscape of hox gene clusters that are known to be fundamental for the patterning of the chordate central nervous system. The identification of conserved non-coding elements and putative RA response elements (RAREs) in hox clusters of different chordate species combined with the in vivo characterization of functional RAREs in mouse F9 cells provided an integrated view of the evolution of RA-dependent hox cluster regulation in chordates. (iii) I studied the roles of microRNAs (miRNAs) in chordate evolution by comparing the miRNA complements of different deuterostome species. This analysis provided novel insights about the general mechanisms of miRNA emergence in animals and highlighted species-specific miRNA complement amplifications in different deuterostome lineages. In sum, these studies have tackled different aspects of chordate evolution from an evo-devo perspective, aiming at an integrated view of the molecular mechanisms underlying vertebrate diversification