Cellules souches, développement et évolution

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  • Michel VERVOORT
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Les cellules souches, qui ont à la fois la capacité d’auto-renouvellement et de production de cellules différenciées, sont des acteurs clés du développement embryonnaire chez les animaux. Ces cellules sont également impliquées dans des processus post-embryonnaires comme la croissance, dans l’homéostasie des tissus, ainsi que, chez certains animaux, dans la reproduction asexuée et la régénération. La régénération, la capacité de restaurer des parties perdues ou amputées du corps, est un phénomène très répandu chez les animaux. Bien que cette capacité soit très limitée chez les mammifères, de nombreux animaux (tels les éponges, les cnidaires, les planaires, les annélides et les salamandres) sont capables de régénérer des structures complexes, leurs membres par exemple, et dans certains cas la totalité de leur corps à partir d’un petit morceau de tissu. La régénération est souvent basée sur la présence de populations de cellules souches, soit pluripotentes et donc capables de régénérer tous les tissus du corps, soit multipotentes et donc avec des potentialités plus restreintes. La régénération peut aussi dépendre de phénomènes de dédifférenciations cellulaires locales par lesquels des cellules différenciées sont reprogrammées en progéniteurs ou cellules souches prolifératives.

Notre équipe cherche à comprendre l’évolution des cellules souches et de la régénération chez les animaux. Notre principal modèle d’étude pour aborder ces thématiques est l’annélide marine Platynereis dumerilii (Figure 1).

Les annélides (vers segmentés) font partie des lophotrochozoaires, un des trois grands groupes de bilatériens, les deux autres étant les deutérostomiens (vertébrés, échinodermes, ...) et les ecdysozoaires (arthropodes, nématodes, ...). Platynereis est une espèce qui a évolué de manière lente, elle constitue donc un excellent modèle pour faire des comparaisons évolutives à large échelle.  De plus, chez cette espèce des analyses fonctionnelles et moléculaires sont possibles. Après le développement embryonnaire et larvaire, les vers Platynereis vont croître pendant la majeure partie de leur vie, en ajoutant séquentiellement de nouveaux segments dans la partie postérieure de leur corps, un processus appelé élongation postérieure. Nous avons montré que cette propriété est liée à la présence de deux populations de cellules probablement souches situées dans une région subterminale du ver, la zone de croissance (Figure 2). Nous avons également montré que ces cellules souches présentent une signature moléculaire (l’expression d’une 20aine de gènes) similaire à celle de cellules souches pluripotentes retrouvées dans d’autres espèces et à celle des cellules germinales primordiales. Les vers Platynereis sont également capables de régénérer la partie postérieure de leur corps, notamment la zone de croissance, après amputation.

Un de nos principaux projets actuels est de caractériser, à l’aide d’une série d’outils moléculaires, cellulaires et génomiques, les différentes étapes du processus de régénération postérieure chez Platynereis, et de définir les rôles respectifs dans ce processus de cellules souches pré-existantes et de phénomènes de dédifférenciation. Un objectif important est aussi de déterminer, grâce à des analyses comparatives, si la régénération chez les bilatériens se base sur des mécanismes et programmes génétiques conservés. Nous essayons également de définir une signature moléculaire plus complète pour les cellules souches postérieures de Platynereis et de déterminer dans quelle mesure cette signature est conservée dans des cellules souches et des cellules germinales primordiales d’autres animaux.

Cette équipe fait partie du Labex “Who am I?”

Mots-clés:
Cellules souches, régénération, annélides, évolution, développement, pluripotence, Platynereis, multipotence, cellules germinales, génomique comparée, lophotrochozoaires, phylogenie.

Sélection de publications

Vervoort M., Meulemeester D., Béhague J., Kerner P. (2016). Evolution of Prdm genes in animals: insights from comparative genomics. Molecular Biology and Evolution 33: 679-696.
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Gazave E., Behague J., Laplane L., Guillou A., Demilly A., Balavoine G., Vervoort M. (2013). Posterior elongation in the annelid Platynereis dumerilii involves stem cells molecularly related to primordial germ cells. Developmental Biology 382: 246-267.
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Demilly A., Steinmetz P., Gazave E., Marchand L., Vervoort M. (2013). Involvement of the Wnt/β-catenin pathway in neurectoderm architecture in Platynereis dumerilii. Nature Communications4: 1915.
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Kerner P., Degnan S.M., Marchand L., Degnan B.M., Vervoort M. (2011). Evolution of RNA-binding proteins in animals: insights from genome-wide analysis in the sponge Amphimedon queenslandica. Molecular Biology and Evolution 28: 2289-2303.
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Demilly A., Simionato E., Ohayon D., Kerner P., Garcès A., Vervoort M. (2011). Coe genes are expressed in differentiating neurons in the central nervous system of protostomes. PLoS One 6: e21213.
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