Biology, ecology and evolution of the MtrBTN2 transmissible cancer of Mytilus sp. mussels

Les cancers transmissibles sont des lignées cellulaires malignes qui ont évoluées la capacité de coloniser de nouveaux individus par transmission des cellules cancéreuses elles-mêmes. Considérés comme rares chez les vertébrés, avec seulement une lignée décrite chez le chien et deux chez le diable de Tasmanie, les découvertes depuis 2015 de cinq lignées dans plusieurs espèces de bivalves marins ont remis en question leur rareté dans ce groupe. Ces nouvelles formes parasitaires, qui ne ressemblent à aucune autre entité biologique, posent de nombreuses questions. Chez les bivalves, hormis la description des différentes lignées, peu de données étaient disponibles sur leur biologie, leur écologie et leur évolution. Ma thèse se focalise sur l’étude des cancers transmissibles des moules du genre Mytilus. En combinant plusieurs approches d’écologie, de biologie évolutive et de biologie fonctionnelle, mes travaux ont permis de décrire la distribution et la prévalence de ce cancer dans les populations de moules d’Europe, d’étudier l’histoire évolutive de ces lignées de cancer transmissible, ainsi que d’étudier les réponses des hôtes face à l’invasion par des cellules cancéreuses. Ainsi, nous avons pu montrer (1) que les populations des deux espèces de moules européennes M. edulis et M. galloprovincialis sont touchées par une même et unique lignée de cancer transmissible (MtrBTN2) qui a émergé initialement dans un hôte M. trossulus, qui est également retrouvée chez M. chilensis au Chili et chez M. trossulus en Mer du Japon, et qui est différente de la première lignée décrite initialement dans les populations M. trossulus de Colombie Britannique (MtrBTN1), (2) que la prévalence est globalement faible mais varie selon le fond génétique des hôtes et l’habitat, (3) que le trafic maritime semble créer des passerelles épidémiologiques entre les ports expliquant une plus forte prévalence dans ces habitats anthropisés, (4) que malgré une évolution clonale le MtrBTN2 est polymorphe ce qui suggère une histoire évolutive complexe et possiblement ancienne qui a mené à l’évolution d’au moins deux sous-lignées en Europe, (5) que la dynamique d’invasion intra-hôte par le cancer semble dépendre de l’individu receveur et de l’individu donneur dans le cadre d’infections expérimentales et (6) que cette invasion semble induire chez les individus receveurs une réponse immunitaire majoritairement humorale et un remodelage tissulaire associé à une réponse inflammatoire prolongée. Ces différents résultats permettent aujourd’hui de mieux comprendre la dynamique de ce système hôte-cancer si particulier et ouvrent de nombreuses perspectives. En plus d’être des entités biologiques uniques et intrigantes qui permettent d’étudier le cancer sous un angle évolutif original, les cancers transmissibles sont des modèles biologiques de prédilection pour de nombreuses questions fondamentales de la biologie.Transmissible cancers are malignant cell lineages that have evolved the ability to colonize new individuals by transmission of cancer cells themselves. Previously considered rare exceptions in vertebrates, with only one lineage described in dogs and two in Tasmanian devils, the findings since 2015 of five lineages in several species of marine bivalves have questioned their rareness in this group. These new parasitic forms, which are unique biological entities not quite like anything else, raise many questions. In bivalves, except the descriptions of the different lineages, few data were available on their biology, ecology and evolution. My thesis focuses on the study of transmissible cancers in Mytilus sp. mussels. By combining several approaches of ecology, evolutionary biology and functional biology, my work allowed to describe the distribution and prevalence of this cancer in European mussel populations, to study the evolutionary history of these transmissible cancer lineages, as well as to study the host responses to invasion by cancer cells. We showed that (1) populations of the two European mussels M. edulis and M. galloprovincialis are affected by a single transmissible cancer lineage (MtrBTN2) that initially emerged in a M. trossulus host, also found in M. chilensis in Chile and in M. trossulus in the Sea of Japan, which is different from the first lineage initially described in the M. trossulus populations of British Columbia (MtrBTN1), (2) the prevalence is globally low but varies among host genetic backgrounds and habitats, (3) maritime traffic seems to create epidemiological gateways between ports explaining a higher prevalence in these anthropized habitats, (4) despite clonal evolution MtrBTN2 is polymorphic which suggests a complex and possibly ancient evolutionary history that led to the evolution of at least two sub-lineages in Europe, (5) the dynamics of intra-host invasion by the cancer seem to depend on the recipient and the donor individual in the context of experimental infections and (6) this invasion seems to induce in the recipient individuals a predominantly humoral immune response and a tissue remodeling associated with a prolonged inflammatory response. These different results allow a better understanding of the dynamics of this very particular host-cancer system and open many perspectives. More than being unique and intriguing biological entities that allow us to study cancer from an original evolutionary viewpoint, transmissible cancers are ideal biological models for many fundamental questions in biology