Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Allorecognition, defined as the ability to discriminate between self and non-self, is ubiquitous to colonial metazoans and widespread in aclonal taxa. Invertebrate allorecognition phenomena are of broad interest and have long captured the attention of geneticists by virtue of the allotypic diversity they display, marine ecologists by virtue of their control of effector mechanisms determining the outcome of intraspecific competition, evolutionary biologists by virtue of their regulation of the level at which selection acts, and immunologists by virtue of their resemblance to the allogeneic interactions that characterize pregnancy and transplantation in vertebrates. Diverse histocompatibility modes have been described in the jawed vertebrates, protochordates, and cnidarians, which are to date the only three taxa for which a genetic model to study allorecognition has been developed. Outside of the MHC-based histocompatibility of vertebrates, allorecognition determinants have been recognized in only two invertebrates. In the tunicate Botryllus, two genes involved in the histocompatibility response were characterized, FuHc and fester. In Hydractinia, the loci controlling allorecognition, alr1 and alr2, were mapped to a single chromosomal region, the allorecognition complex, and alr2 was recently identified as a polymorphic immunoglobulin superfamily (IgSF) receptor. In this study, the identification of the second Hydractinia allodeterminant, alr1, was undertaken. Chapter I briefly reviews prominent allorecognition model organisms and details the phenomenon in the model organism, Hydractinia symbiolongicarpus studied here. Chapter II describes the isolation of a 300.8 kb alr1-containing chromosomal interval by positional cloning. The analysis of that interval for its gene content and the determination of a primary alr1 candidate, CDS4, are described in Chapter III. Chapter III also reveals the existence of a complex of IgSF-like genes, to which belongs CDS4. CDS4, a novel polymorphic IgSF receptor that encodes a type I transmembrane protein with two hypervariable immunoglobulin-like extracellular domains, was confirmed to be the alr1 allodeterminant in Chapter IV, based on the investigation of natural polymorphism. CDS4 allele sequences were found to largely predict the outcome of allorecognition responses within and between laboratory lines and wild-type colonies, confirming the identity of CDS4 as the classically defined locus alr1. / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les Cnidaires et les Cténaires sont deux embranchements extérieurs aux Bilatériens qui, de par leur position phylogénétique, constituent des modèles d'étude cruciaux pour comprendre l'origine et l'évolution de mécanismes moléculaires ou encore de types cellulaires à grande échelle chez les Métazoaires. Ils sont les deux seuls embranchements non-Bilatériens à posséder des cellules nerveuses ainsi que des cellules musculaires. La première partie de mon travail de thèse s'inscrit dans le contexte de la compréhension de l'origine du système nerveux des Métazoaires. Des études récentes suggèrent une origine double du système nerveux ; ainsi celui des Cténaires aurait été acquis de manière convergente par rapport à celui des Cnidaires et des Bilatériens. Cela repose sur des données récentes de phylogénomique proposant les Cténaires en tant que groupe-frère de tous les autres Métazoaires et sur l'absence supposée chez les Cténaires de quasiment tous les systèmes de neurotransmission connus y compris le système cholinergique. A l'encontre de ces hypothèses, j'ai pu mettre en évidence l'existence d'un système cholinergique chez le Cténaire Pleurobrachia pileus ainsi que son étroite association avec le système nerveux. Cette conclusion repose sur une multiplicité d'approches à l'échelle moléculaire (analyses d'orthologie, immunolocalisation, hybridations in situ), cellulaire (imagerie calcique) et de l'organisme (approche pharmacologique). Dans la seconde partie de ma thèse, j'aborde la question de la conservation des mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de la prolifération cellulaire à l'échelle des Métazoaires. J'ai pu mettre en évidence la conservation des acteurs. / Due to their phylogenetic position outside from Bilateria, cnidarians and ctenophores are key phyla to understanding the origin and early evolution of molecular mechanisms, cell types, or body plan features at the level of Metazoa. Unlike other non-bilaterian phyla (sponges and placozoans), they possess neurons and muscle cells. The first part of my work relates to the problem of the origin of the metazoan nervous system. Recent studies have suggested a dual origin for nerve cells, with ctenophore neurons having emerged independently from those of cnidarians and bilaterians. This hypothesis relies on phylogenomic analyses supporting ctenophores as sister-group to all other metazoans, and on the purported absence in ctenophores of almost all well-known neuro-transmission systems, including the cholinergic system. Refuting this claim, I present substantial evidence in favour of acetylcholine (Ach) being used in the ctenophore Pleurobrachia pileus as an extra-cellular messenger, including within the nervous system. This conclusion arises from the conjunction of multiple approaches at the molecular scale (orthology analyses, Ach immuno-localisation, gene in situ hybridisation), at the cellular scale (calcium imaging on muscle cells exposed to Ach) and at the organism scale (pharmacological treatments with an Ach analogue and Ach antagonists). In the second part of my thesis, I address the conservation of molecular mechanisms involved in the control of cellular proliferation. Notably, the Hippo pathway is known for its role in bilaterians in the negative control of cellular proliferation. I show that components of this pathway are conserved in Pleurobrachia pileus and in Clytia hemisphaerica and that the nuclear vs. cytoplasmic localisation of the transcriptional co-factor Yorkie is correlated to the extent of proliferation within C. hemisphaerica tissues. Finally, RNAseq differential gene expression analyses along a cellular conveyor belt of the C. hemisphaerica medusa suggests a tendency for conservation of function among a set of genes whose mammalian orthologues have documented roles in the arrest of cellular proliferation.

Le groupe Substances Naturelles Marines du LCMBA (UMR 6001 CNRS-UNSA) se consacre à l'isolement et à la caractérisation de nouvelles molécules bioactives à partir d'invertébrés marins (spongiaires et cnidaires principalement). Suivant l'intérêt que ces molécules originales suscitent, leur valorisation peut concerner autant le domaine de la pharmaceutique que celui de la biosynthèse ou de l'écologie chimique. Ce manuscrit présente les travaux de recherche réalisés sur les deux éponges Pandaros acanthifolium et Agelas oroides, et sur les deux cnidaires Astroides calycularis et Parazoanthus axinellae. P. acanthifolium, très peu étudié, a permis l'isolement d'une nouvelle famille de saponines stéroïdiennes. La famille des orthidines et une nouvelle aplysinopsine, ont été isolées pour la première fois d'A. calycularis. Enfin, nous décrivons une nouvelle famille d'alcaloïdes isolée de P. axinellae qui nous a permis de distinguer deux morphotypes de P. axinellae d'après leurs profils chimiques. A. oroides a été choisi comme modèle d'étude pour la mise en place d'un nouveau protocole de biosynthèse in vivo des alcaloïdes de type pyrrole-2-aminoimidazoles (P2AI). Ces études permettent de confirmer l'utilisation de la proline dans la biosynthèse des P2AI.

La présence d’un récepteur de type RXR a récemment été rapporté chez la pensée de mer, Renilla koellikeri, de même que chez d’autres anthozoaires, et le NO semble jouer des différents rôles physiologiques, chez plusieurs cnidaires. L’acide rétinoïque (AR) et le monoxyde d’azote (NO) sont connus pour leur implication dans l’induction de la croissance des neurites chez les vertébrés ainsi que chez les invertébrés. Mais jusqu’à présent, aucun rôle de ces agents n’a encore été identifié chez ce phylum ancien des invertébrés. Dans le but de montrer que ces agents morphogénétiques ont un rôle dans le développement neuronal chez ces ancêtres des métazoaires bilatéraux, nous avons utilisé des cultures primaires de cellules du cnidaire anthozoaire Renilla koellikeri (pensée de mer), doté d’un système nerveux des plus primitif. Nous avons trouvé que les deux types d’acide rétinoïque, 9-cis et 11-trans, induisent une prolifération cellulaire dose-dépendante en fonction du temps dans les boîtes de pétri enduites de polylysine. Les cultures cellulaires exposées à l’acide rétinoïque dans les boîtes sans polylysine montrent une différenciation en des cellules épithéliales. D’autre part, le NO induit exclusivement une différenciation neuronale dans les boîtes enduites de polylysine. Aucun autre type de cellules subit un différenciation en présence de NO et la densité des cellules dédifférenciées a diminué. Les prolongements des neurones différenciés semblent s’enchevêtrer et former un réseau neuronal assez dense. L’ensemble de ces observations suggère que l’acide rétinoïque, contrairement à NO, est associé à l’activité mitotique, et que l’acide rétinoïque et le NO sont impliqués différemment dans la spécification cellulaire, respectivement épithéliale et neuronale, chez la pensée de mer. Le type d’action déclenchée, qu’il soit la mitogénèse ou la différenciation (épithéliale ou neuronale), varie alors selon l’état d’adhésion des cellules au substrat. Comme les données moléculaires et paléontologiques rapprochent les cnidaires, telle la pensée de mer, des ancêtres des eumétazoaires, nos résultats suggèrent que le rôle morphogénétique de l’acide rétinoïque et du NO est enraciné dans l’ancêtre commun de tous les métazoaires. / Retinoic acid receptors were recently reported in the sea pansy, Renilla koellikeri, and in other anthozoans, and NO seems to play various roles in several cnidarians. Retinoic acid (RA) and nitric oxide (NO) are known for their implication in inducing neurite outgrowth in both vertebrates and invertebrates. But so far, no role of these agents has been identified in this basal metazoan phylum. In order to show that these agents have a morphogenetic role in neuronal development in the ancestors of bilateral metazoan. We used primary cultures of cells from the cnidarian anthozoan Renilla koellikeri (sea pansy), with the most primary nervous system. We found that both 9-cis and 11-trans retinoic acid induced cell proliferation in dose- and time-dependant manners in petri dishes coated with polylysine. Cell cultures exposed to retinoic acid in dishes devoid of polylysine were observed to differentiate into epithelial cells. On the other hand, NO induced extensive neurite outgrowth in polylysine-coated culture dishes. No other celle type underwent differentiation in the presence of NO, and the density of dedifferentiated cells was reduced. The neurites of the differentiating neurons appeared to intertwine and form a loose nerve net. These observations suggest that retinoic acid, but not NO, has mitogenic activity, and that retinoic acid and NO are differentially involved in nerve cell specification in the sea pansy. The type of action, mitogenesis or cell differenciation (epithelial or neural), depends on the degree of cell adhesion to substrate. As both molecular and paleontological evidence place cnidarians such as the sea pansy closest to the eumetazoan ancestor, our results suggest that the morphogenetic role of retinoic acid and NO was rooted in the commun ancestor of all metazoans.

Le Cambrien basal (Étage Fortunien, env. 535 Ma) de la Formation de Kuanchuanpu dans la Province chinoise du Shaanxi, contient une grande variété de Small Shelly Fossils (SSF) préservés grâce à une phosphatisation secondaire. On y trouve les éléments exosquelettiques de groups animaux très variés mais également des embryons et stades larvaires conservés en trois dimensions et interprétés par les auteurs précédents comme de possible cnidaires. Cette faune dans son ensemble est une source d’informations exceptionnelle sur les toutes premières étapes de la diversification animal avant qu’elle n’atteigne son plein développement (ex : au cours du Cambrien inférieur, Série 2, Étage 3). Nous avons exploré ici la morphologie de ces organismes fossiles submillimétriques au moyen de la Microscopie Électronique à Balayage (SEM) et de techniques microtomographiques aux rayons X (Computed X-ray Microtomography, XTM et Synchrotron X-ray Microtomography, SRXTM), testé les hypothèses concernant leurs possibles affinités avec les cnidaires et analysé leur possible relations phylogénétiques avec les groups actuels de cnidaires. Parmi ces fossiles, certains (ex : Olivooides et formes apparentées) peuvent être raisonnablement considérées comme des cnidaires sur la base de leur anatomie interne, leur symétrie radiale et leurs caractères externes, et pourraient appartenir au groupes-souche des Scyphozoa, Cubozoa et Anthozoa. Des représentants des groupescouronne Scyphozoa, Cubozoa, Anthozoa et Hydrozoa semblent apparaître plus tard dans l’évolution des cnidaires (pas avant le Cambrien inférieur Série 2, Étage 3) comme l’indiquent les méduses du gisement exceptionnel (Lagerstätte) de Chengjiang (env. 521 Ma) qui ressemblent en tout point aux méduses actuelles et possédaient déjà un système sensorial sophistiqué. Notre étude met en lumière une série de caractères atypiques chez les cnidaires ancestraux de Kuanchuanpu: 1) la coexistence de divers modes de symétrie, 2) la prédominance de la symétrie pentaradiale, 3) l’existence d’un mode de développement direct (apparemment sans larve planula) contrastant ainsi avec tous les cnidaires actuels et 4) une taille corporelle très petite compatible avec un mode de vie meiobenthique / The lowermost Cambrian (Fortunian Stage; ca. 535 Ma) Kuanchuanpu Formation from China contains a great variety of secondarily phosphatized Small Shelly Fossils such as exoskeletal elements of various animal groups but also yields three-dimension allypreserved embryos and larval stages interpreted as cnidarians by previous authors. This biota is an exceptional source of information on the early steps of animal biodiversification before its full development (e.g. early Cambrian, Series 2, Stage 3).We explored the morphology of these sub-millimetric fossil organisms by means of Scanning Electron Microscopy (SEM), Computed X-ray Microtomography (XTM) and Synchrotron X-ray Microtomography (SRXTM), and tested their cnidarian affinities and analyzed their possible relation to modern cnidarian groups. Some of them (e.g.Olivooides and related forms) can be reasonably considered as cnidarians based on their internal anatomy, radial symmetry and external features, and may belong to the stem groups Scyphozoa, Cubozoa and Anthozoa. Crown-group scyphozoans,cubozoans, anthozoans and hydrozoans seem to appear later in the evolution of cnidarians, not before Stage 3, Series 2 of the early Cambrian as indicated by the jellyfish from the Chengjiang Lagerstätte (ca. 521 Ma) which closely resemble modern tetraradial medusae and possessed sophisticated sensory organs. Our study highlights some important “atypical” features of the ancestral cnidarians from the Kuanchuanpubiota such as 1) the co-existence of diverse symmetry patterns, 2) the prevalence of pentaradial symmetry, 3) a possible direct development (with no planula larva) contrasting with all modern cnidarians and 4) a small body size consistent with ameiobenthic lifestyle

La présence d’un récepteur de type RXR a récemment été rapporté chez la pensée de mer, Renilla koellikeri, de même que chez d’autres anthozoaires, et le NO semble jouer des différents rôles physiologiques, chez plusieurs cnidaires. L’acide rétinoïque (AR) et le monoxyde d’azote (NO) sont connus pour leur implication dans l’induction de la croissance des neurites chez les vertébrés ainsi que chez les invertébrés. Mais jusqu’à présent, aucun rôle de ces agents n’a encore été identifié chez ce phylum ancien des invertébrés. Dans le but de montrer que ces agents morphogénétiques ont un rôle dans le développement neuronal chez ces ancêtres des métazoaires bilatéraux, nous avons utilisé des cultures primaires de cellules du cnidaire anthozoaire Renilla koellikeri (pensée de mer), doté d’un système nerveux des plus primitif. Nous avons trouvé que les deux types d’acide rétinoïque, 9-cis et 11-trans, induisent une prolifération cellulaire dose-dépendante en fonction du temps dans les boîtes de pétri enduites de polylysine. Les cultures cellulaires exposées à l’acide rétinoïque dans les boîtes sans polylysine montrent une différenciation en des cellules épithéliales. D’autre part, le NO induit exclusivement une différenciation neuronale dans les boîtes enduites de polylysine. Aucun autre type de cellules subit un différenciation en présence de NO et la densité des cellules dédifférenciées a diminué. Les prolongements des neurones différenciés semblent s’enchevêtrer et former un réseau neuronal assez dense. L’ensemble de ces observations suggère que l’acide rétinoïque, contrairement à NO, est associé à l’activité mitotique, et que l’acide rétinoïque et le NO sont impliqués différemment dans la spécification cellulaire, respectivement épithéliale et neuronale, chez la pensée de mer. Le type d’action déclenchée, qu’il soit la mitogénèse ou la différenciation (épithéliale ou neuronale), varie alors selon l’état d’adhésion des cellules au substrat. Comme les données moléculaires et paléontologiques rapprochent les cnidaires, telle la pensée de mer, des ancêtres des eumétazoaires, nos résultats suggèrent que le rôle morphogénétique de l’acide rétinoïque et du NO est enraciné dans l’ancêtre commun de tous les métazoaires. / Retinoic acid receptors were recently reported in the sea pansy, Renilla koellikeri, and in other anthozoans, and NO seems to play various roles in several cnidarians. Retinoic acid (RA) and nitric oxide (NO) are known for their implication in inducing neurite outgrowth in both vertebrates and invertebrates. But so far, no role of these agents has been identified in this basal metazoan phylum. In order to show that these agents have a morphogenetic role in neuronal development in the ancestors of bilateral metazoan. We used primary cultures of cells from the cnidarian anthozoan Renilla koellikeri (sea pansy), with the most primary nervous system. We found that both 9-cis and 11-trans retinoic acid induced cell proliferation in dose- and time-dependant manners in petri dishes coated with polylysine. Cell cultures exposed to retinoic acid in dishes devoid of polylysine were observed to differentiate into epithelial cells. On the other hand, NO induced extensive neurite outgrowth in polylysine-coated culture dishes. No other celle type underwent differentiation in the presence of NO, and the density of dedifferentiated cells was reduced. The neurites of the differentiating neurons appeared to intertwine and form a loose nerve net. These observations suggest that retinoic acid, but not NO, has mitogenic activity, and that retinoic acid and NO are differentially involved in nerve cell specification in the sea pansy. The type of action, mitogenesis or cell differenciation (epithelial or neural), depends on the degree of cell adhesion to substrate. As both molecular and paleontological evidence place cnidarians such as the sea pansy closest to the eumetazoan ancestor, our results suggest that the morphogenetic role of retinoic acid and NO was rooted in the commun ancestor of all metazoans.

L’anémone de mer symbiotique Anemonia viridis possède cinq morphes définis à l’aide de critères morphologiques. Premièrement, le statut taxonomique de trois des morphes d’A. viridis (var. rufescens, rustica et smaragdina) a été précisé à l’aide de marqueurs moléculaires basés sur des gènes de stress et des marqueurs RAD. Nous avons pu déterminer que ces trois morphes ne formaient qu’une seule espèce et mis en évidence quatre lignées génétiques indépendantes sur base de la géographie (trois en mer Méditerranée, une dans la Manche). Par l’utilisation des variations des séquences ITS2, nous n’avons pu détecter aucune implication du symbiote (Symbiodinium sp.) dans la différenciation des morphes, mais nous avons révélé une composition en symbiotes divergente entre les lignées génétiques indépendantes de l’hôte animal. Par ailleurs, A. viridis se développe dans des environnements particulièrement contrastés, faisant d’elle un modèle d’étude idéal pour l’étude de l’adaptation locale chez les Cnidaires. Par conséquent, l’adaptation locale chez A. viridis a été testée en comparant des populations venant de sites aux conditions environnementales contrastées (surface vs. profondeur et lagune vs. mer). Une recherche de loci outliers sur des marqueurs RAD et des marqueurs de gènes de stress n’a toutefois révélé aucun gène candidat dans l’adaptation locale par rapport aux conditions environnementales testées. Ce travail a donc permis de définir A. viridis comme un organisme extrêmement plastique capable de posséder un fort polymorphisme intrinsèque et de s’acclimater à des habitats contrastés. / The symbiotic sea anemone Anemonia viridis has five morphs described using morphological traits. First, the taxonomical status of three of the morphs of A. viridis (var. rufescens, rustica and smaragdina) was studied using stress gene markers and RAD markers. We revealed that the three morphs were not different species, but that A. viridis was split into four polymorphic independent genetic lineages based on geographical origin (three in the Mediterranean Sea, one in the English Channel). Using ITS2 sequence variation, we could not detect any implication of the symbiont (Symbiodinium sp) in the morph differentiation, but we revealed a divergence in symbiont composition among the geographic independent lineages of the animal host. If no effect of the symbiont was detected, a variable distribution of the ITS2 variants based on geography was revealed. Moreover, A. viridis lives in highly contrasted environments, making it an ideal species to study local adaptation. Thus, local adaptation was tested on A. viridis by comparing populations coming from contrasted environments (shallow vs. deep and lagoon vs. sea). Using RAD and stress genes markers in a search for outlier loci, we revealed no candidate adaptive genes under our environmental conditions. In conclusion, Anemonia viridis seems to be a very plastic organism, with a high intrinsic polymorphism and a high acclimation potential.