Lhx genes are a sub-family of Hox genes that play important roles in animal development. In Caenorhabditis elegans there are seven Lhx genes, including the founding family member lin-11. The lin-11 gene is necessary for the specification of neuronal and reproductive tissues. My thesis work has involved understanding the mechanism of lin-11 regulation and its function in these tissues. To this end, I addressed two distinct but complementary questions, one of which focused on how transcriptional regulation of lin-11 occurs and the second on the role of LIN-11 protein domains/regions. My work on the transcriptional regulation has uncovered important roles of two of the largest lin-11 introns, intron 3 and intron 7. These introns promote lin-11 expression in non-overlapping sets of amphid neurons. Based on gene expression patterns and behavioural assays, intron 3 is capable of restoring lin-11 function in lin-11(n389 ) null mutant allele. Comparison of intron 3-driven reporter expression in the neuronal cell types between C. elegans and C. briggsae has revealed cis and trans evolutionary changes in lin-11 regulation between the two species. Functional dissection of the introns in C. elegans has led to the identification of three distinct non-overlapping enhancers, each specific for a single amphid neuron, i.e., RIC, AIZ, and AVG. I have also identified four transcription factors, SKN-1, CEH-6, CRH-1, and CES-1, that act through these enhancers to regulate neuronal expression of lin-11. Furthermore, I have characterized the function of the LIM domains and a proline-rich (PRR) C-terminus region of LIN-11 in the specification of neuronal and reproductive tissues. My work shows that while the LIM domains are required for LIN-11 function in these tissues, the PRR region is dispensable. I have also examined the functional conservation of lin-11 domains using two other Lhx genes, Drosophila melanogaster (dLim1) and Mus musculus (Lhx1 ), and found that both of these genes were able to rescue lin-11 defects. Together, my work has significantly advanced our understanding of transcriptional regulation of lin-11, the importance of LIM domains in tissue formation, and functional conservation of Lhx genes across phyla. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

La lamproie devient un modèle de plus en plus populaire en biologie du développement et de l'évolution (evo-devo), grâce à sa position phylogénétique particulière. Ce modèle a d'ores et déjà fourni des informations importantes sur les caractéristiques ancestrales des craniates, mais également sur l'apparition de nouveautés au moment de la transition agnathe/gnathostome (Kuratani et al., 2002).<br />Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes de spécification et d'organisation génétique du cerveau chez l'embryon de lamproie. En utilisant les techniques de clonage par RT-PCR et d'hybridation in situ, nous avons isolé et étudié le patrons d'expression de gènes des familles LIM-à-homéoboîte (Lhx), Pax et Hedgehog. Les résultats principaux sont les suivants : (1) les gènes Lhx et Pax révèlent un grand degré de conservation des mécanismes de " patterning " des parties antérieure et postérieure du cerveau entre cyclostomes et gnathostomes ; néanmoins, quelques différences importantes ont été observées, particulièrement au niveau du télencéphale ; ces différences sont probablement corrélées avec les changements majeurs subis par cette région au moment de la transition agnathe/gnathostome ; (2) l'analyse de l'expression des gènes Lhx et son interprétation montrent que le cerveau antérieur de lamproie présente une organisation prosomérique évidente ; cette organisation est ainsi un caractère propre aux vertébrés ; (3) l'analyse de l'expression du gène LfHh met en évidence une possible origine moléculaire de cette organisation neuromérique du cerveau (Osorio et al., 2005) ; (4) en outre, l'expression d'au moins un de ces gènes Lhx persiste tout au long de la période larvaire (non-embryonnaire), ce qui montre l'utilité de ces gènes comme marqueurs pour suivre le développement et la morphogenèse du cerveau au cours du temps (Osorio et al., 2006). <br />Ce type d'organisation pseudosegmentaire du cerveau est limité aux gnathostomes : chez l'amphioxus et les ascidies, où l'expression de Hh est absente de la région la plus rostrale du tube neural, on n'observe pas de neuromères. Il est important de noter que Hh n'est pas exprimé dans le télencéphale ventral embryonnaire de lamproie, et que Nkx2.1, un marqueur de la subdivision pallidale du sous-pallium des gnathostomes, n'est pas non plus exprimé à ce niveau (Ogasawara et al., 2001; Osorio et al., 2005; Uchida et al., 2003). Cette différence suggère que des modifications dans la signalisation Hh de la ligne médiane ventrale peuvent avoir été des moteurs de l'évolution du cerveau antérieur. <br />Nous avons cherché à étudier l'origine de ces différences à la lumière de l'évolution moléculaire de la famille multigénique Hedgehog. Il est probable que l'ancêtre des chordés ait possédé un gène Hh unique. L'amphioxus (céphalocordé) présente un seul gène Hh, alors qu'il y en a deux chez les ascidies (urochordés), probablement issus d'une duplication spécifique dans cette lignée. Il y a trois groupes de gènes Hedgehog chez les gnathostomes : Sonic, Indian et Desert.<br />Nous avons criblé une librairie d'ADN génomique de L. fluviatilis, visant à identifier des cosmides contenant le gène Hh. Les résultats mettent en évidence l'existence de deux gènes Hedgehog chez la lamproie. Une analyse phylogénétique préliminaire suggère une duplication indépendante des gènes Hedgehog dans la lignée de la lamproie, au sein du groupe Sonic/Indian. Ces résultats ouvrent une nouvelle vision sur l'évolution de cette famille de gènes chez les chordés.<br />Enfin, dans le but d'étudier le rôle des modifications de l'organisation génique et du contrôle de l'expression des gènes au cours de l'évolution du cerveau chez les chordés, nous avons également isolé le gène Lhx9 de roussette (Scyliorhinus canicula) à partir d'une librairie d'ADN génomique de cette espèce.