Dental development and replacement in Lagomorpha

Le développement dentaire est essentiellement étudié chez la souris, modèle mammifère le plus commun en biologie. Cependant, contrairement à la majorité des mammifères, les souris ne remplacent pas leurs dents. Ainsi, les mécanismes impliqués dans le remplacement dentaire mammalien sont encore inconnus. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés au développement et remplacement dentaire mammalien en utilisant le lapin Oryctolagus cuniculus comme modèle d’étude. Le lapin étant déjà séquencé, utilisé en recherche biomédicale avec une période de gestation courte et remplaçant ses dents, il semblait être un modèle pertinent en odontologie. Le lapin était un modèle méconnu du point de vue du développement dentaire, nous avons donc d’abord réalisé une étude histo-morphologique afin de caractériser la mise en place des dents déciduales et permanentes. Des reconstructions 3D des tissus mous ont été réalisés à différents stades embryonnaires afin d’obtenir une chronologie du développement et remplacement dentaire. Cette chronologie commence aux premières observations morphologiques de l’initiation du développement des premières dents jusqu’à la minéralisation des dernières dents à se développer.Puis, suite à l’identification dans la bibliographie de gènes candidats potentiellement impliqués dans le remplacement dentaire, nous avons étudiés les profils d’expressions de ces gènes afin de mieux comprendre la régulation spatio-temporelle du remplacement dentaire chez le lapin. Nous avons ensuite replacé nos résultats sur le développement chez le lapin dans un contexte évolutif. Ainsi, nous avons réalisé une étude d’anatomie comparée chez les lagomorphes actuels et quelques fossiles afin d’identifier des variations morphologiques dentaires au cours de leur histoire évolutive. Nous nous sommes particulièrement intéressé à la mise en place des cuspides au cours de l’odontogénèse ainsi qu’aux variations de la surface occlusale des dents supérieure tout au long de la vie des lapins et autres lagomorphes. En comparant les variations au cours de l’évolution avec celles observées lors de l’ontogénie dentaire chez le lapin nous avons identifié des processus d’hétérochronies du développement. Nous avons ainsi montré que la molaire actuelle du lapin suit un processus de péramorphose, donc de surdéveloppement, en comparaison aux lagomorphes fossiles. Le lapin est ainsi un modèle animal prometteur en biologie du développement et en évolution afin de mieux comprendre la mise en place du remplacement dentaire mammalien ainsi que les variations de forme dentaire au cours de l’évolution des mammifères.Tooth development is essentially studied in mice, the favorite mammalian model in biology. However, mice do not replace their teeth on contrary to numerous mammals. So, the mechanisms involved in mammalian tooth replacement are still unknown. In this thesis, we focused on mammalian dental development and replacement using the European rabbit Oryctolagus cuniculus as animal model. The European rabbit is already sequenced, used in biomedical field, has a short gestation time and replaced its teeth, so rabbit seemed to be a relevant model in dental research.Rabbit dental development was not defined, so we first performed a histo-morphological study to characterize the development of deciduous and permanent teeth. 3D soft tissue reconstructions were performed at different embryonic stages to obtain a chronology of tooth development and replacement. This chronology begins with the first morphological observations of the initiation of the development of the first tooth until the mineralization of the last tooth to develop.Then, we identified in the bibliography candidate genes potentially involved in dental replacement. We studied the expression profiles of these genes in order to better understand the spatio-temporal regulation of tooth replacement in rabbits.We then returned our results to rabbit development in an evolutionary context. Thus, we performed a comparative anatomy study in the current lagomorphs and some fossils in order to identify dental morphological variations during their evolutionary history. We were particularly interested in the setting of cusps during odontogenesis as well as in the variations of the occlusal surface of the upper cheek teeth throughout the life of rabbits and other lagomorphs. Comparing changes during evolution with those observed during dental ontogeny in rabbits allow us to identify heterochronous processes of development. We have shown that the current molar rabbit follows a process of peramorphosis, so an overdevelopment compared to fossil lagomorphs.The rabbit is thus a promising animal model in developmental and evolutionary biology to better understand the implementation of mammalian tooth replacement and tooth shape variations during mammalian evolution