La dyskinésie ciliaire primitive (DCP) est une maladie génétique rare, autosomique récessive, résultant d'un dysfonctionnement des cils de l'épithélium respiratoire. Les patients atteints souffrent d'infections respiratoires chroniques accompagnées de complications évoluant vers l'insuffisance respiratoire, en dépit de traitements antibiotiques et de kinésithérapique à vie. Ils peuvent aussi présenter une hétérotaxie.La première partie de ma thèse a consisté à rechercher des gènes impliqués dans l'hétérotaxie et la DCP. Grâce au séquençage haut-débit, nous avons pu identifier deux nouveaux gènes - MMP21 et RSPH1 - responsables respectivement d'hétérotaxie et de DCP. L'identification de tous les gènes responsables est un préalable indispensable à toute thérapie génique. Dans la deuxième partie, nous avons cherché à développer une thérapie génique in vivo dans le but de restaurer un battement ciliaire normal et ainsi de stopper l'évolution de la maladie. Préalablement, notre laboratoire avait apporté la preuve du concept dans un essai de thérapie génique in vitro impliquant le gène DNAI1. Pour la démonstration in vivo, la lignée Dnahc11iv de souris ayant une mutation du gène Dnahc11 et ayant des cils déficients a été choisie. L'ADNc de DNAH11 (14 kb) a été cloné sous contrôle d'une partie de la séquence du promoteur FOXJ1, suffisante pour limiter l'expression du transgène aux cellules ciliées. Une autre construction a permis de produire des vecteurs dérivés du baculovirus. Un essai de délivrance par voies nasale et trachéale a été réalisé avec succès d'une part avec les vecteurs dérivés du baculovirus et d'autre part avec l'ADNc complexé à des nanoparticules / Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a rare autosomal recessive genetic disorder, caused by airway epithelial cilia dysfunction. Patients suffer from chronic respiratory infections along with various organ defects evolving toward respiratory insufficiency, in spite of antibiotic treatment and lifelong physiotherapy. They can also have heterotaxy syndrome. The first part of this work aimed to identify mutations in genes implicated in heterotaxy and PCD. Thanks to next-generation sequencing method, two new genes were identified MMP21 and RSPH1 causing heterotaxy and PCD respectively. The discovery of all causal genes is the base of the development of a PCD therapy system. The second part describes the development and the characterization of tools needed to establish an in vivo gene therapy. The purpose is to restore a normal cilia beating to limit or even stop the disease. First, our laboratory demonstrated the proof-of-concept in an in vitro gene therapy assay for DNAI1. To do so, Dnahc11 deficient mouse model with immotile cilia and PCD symptoms was chosen. Then, to achieve the project, DNAH11 cDNA (14 kb) has been cloned under control of a part of the sequence of the specific promoter (FOXJ1), previously demonstrated as sufficient to limit transgene expression to ciliated cells. Another construction was made to produce baculovirus derived vectors. A cDNA delivery attempt through nasal and tracheal way was done with baculovirus derived vector or DNAH11 cDNA complexed with nanoparticles

Une grande part des muqueuses à l’intérieur du corps humain sont recouvertes de cils qui, par leurs mouvements coordonnés, conduisent à une circulation de la couche de fluide nappant la muqueuse. Dans le cas de la paroi interne des bronches, ce processus permet l’évacuation des impuretés inspirées à l’extérieur de l’appareil respiratoire.Dans cette thèse, nous nous intéressons aux effets du ou des cils sur le fluide, en nous plaçant à l’échelle du cil, et on considère pour cela les équations de Stokes incompressible. Due à la finesse du cil, une simulation directe demanderait un raffinement important du maillage au voisinage du cil, pour un maillage qui évoluerait à chaque pas de temps. Cette approche étant trop onéreuse en terme de coûts de calculs, nous avons considéré l’asymptotique d’un diamètre du cil tendant vers 0 et d’une vitesse qui tend vers l’infini : le cil est modélisé par un Dirac linéique de forces en terme source. Nous avons montré qu’il était possible de remplacer ce Dirac linéique par une somme de Dirac ponctuels distribués le long du cil. Ainsi, nous nous sommes ramenés, par linéarité, à étudier le problème de Stokes avec en terme source une force ponctuelle. Si les calculs sont ainsi simplifiés (et leurs coûts réduits), le problème final est lui plus singulier, ce qui motive une analyse numérique fine et l’élaboration d’une nouvelle méthode de résolution.Nous avons d’abord étudié une version scalaire de ce problème : le problème de Poisson avec une masse de Dirac en second membre. La solution exacte étant singulière, la solution éléments finis est à définir avec précaution. La convergence de la méthode étant dégradée dans ce cas-là, par rapport à celle dans le cas régulier, nous nous sommes intéressés à des estimations locales. Nous avons démontré une convergence quasi-optimale en norme Hs (s ě 1) sur un sous-domaine qui exclut la singularité. Des résultats analogues ont été obtenus dans le cas du problème de Stokes.Pour palier les problèmes liés à une mauvais convergence sur l’ensemble du domaine, nous avons élaboré une méthode pour résoudre des problème elliptiques avec une masse de Dirac ou une force ponctuelle en terme source. Basée sur celle des éléments finis standard, elle s’appuie sur la connaissance explicite de la singularité de la solution exacte. Une fois données la position de chacun des cils et leur paramétrisation, notre méthode rend possible la simulation directe en 3d d’un très grand nombre de cils. Nous l’avons donc appliquée au cas du transport mucociliaire dans les poumons. Cet outil numérique nous donne accès à des informations que l’on ne peut avoir par l’expérience, et permet de simuler des cas pathologiques comme par exemple une distribution éparse des cils. / Numerous mucous membranes inside the human body are covered with cilia which, by their coordinated movements, lead to a circulation of the layer of fluid coating the mucous membrane, which allows, for example, in the case of the internal wall of the bronchi, the evacuation of the impurities inspired outside the respiratory system.In this thesis, we integrate the effects of the cilia on the fluid, at the scale of the cilium. For this, we consider the incompressible Stokes equations. Due to the very small thickness of the cilia, the direct computation would request a time-varying mesh grading around the cilia. To avoid too prohibitive computational costs, we consider the asymptotic of a zero diameter cilium with an infinite velocity: the cilium is modelled by a lineic Dirac of force in source term. In order to ease the computations, the lineic Dirac of forces can be approached by a sum of punctual Dirac masses distributed along the cilium. Thus, by linearity, we have switched our initial problem with the Stokes problem with a punctual force in source term. Thus, we simplify the computations, but the final problem is more singular than the initial problem. The loss of regularity involves a deeper numerical analysis and the development of a new method to solve the problem.We have first studied a scalar version of this problem: Poisson problem with a Dirac right-hand side. The exact solution is singular, therefore the finite element solution has to be defined with caution. In this case, the convergence is not as good as in the regular case, and thus we focused on local error estimates. We have proved a quasi-optimal convergence in H1-norm (s ď 1) on a sub-domain which does not contain the singularity. Similar results have been shown for the Stokes problem too.In order to recover an optimal convergence on the whole domain, we have developped a numerical method to solve elliptic problems with a Dirac mass or a punctual force in source term. It is based on the standard finite element method and the explicit knowl- edge of the singularity of the exact solution. Given the positions of the cilia and their parametrisations, this method permits to compute in 3d a very high number of cilia. We have applied this to the study of the mucociliary transport in the lung. This numerical tool gives us information we do not have with the experimentations and pathologies can be computed and studied by this way, like for example a small number of cilia.

No description available.

Inner ear hair cells have been identified as the sites of mechanoelectrical transduction from a mechanical event (e.g. hearing, motion) to an electrical event (e.g. neural response). Deflection of bundles of hair-like stereocilia extending from these cells has been associated with the transduction process. Stereocilia bundle structure and stiffness controls deflection and thus the fundamental sensitivity of the transduction process. The finite-element method was used along with analytical techniques to characterize individual stereocilium and stereocilia bundle stiffnesses. A three ‘stack’ bundle with a Young’s modulus of 3 GPa (F-actin protein) and Poisson’s ratio of 0.4 (nearly incompressible) resulted in a stiffness of K = 2.1 x 10⁻³ N/m. This value is within the range of experimentally determined stiffmesses. Tip-link and subapical band interconnecting structures each contribute significantly to bundle stiffness and each could act as the gating-spring in transduction models, which propose gating structures as a means of regulating ionic activity and therefore neural activity. Stiffness depends most strongly on individual stereocilium geometry and material description, tip-link orientation and material description, and stereocilia bundle width. Stiffness depends least on stereocilia height variations and subapical bands configuration. Linear analysis was reliable up to deflections of 3.5 um, the upper limit of physical response. Preliminary dynamic response indicates a natural frequency of 382 kHz for the vibration mode resembling physical deformation behavior. Future models should include hexagonal bundle arrangements, transversely isotropic stereocilia material descriptions, and viscoelastic tip-link behavior. / Master of Science

Primary cilia are sensory organelles on many postmitotic cells. The ciliary membrane is continuous with the plasma membrane but differs in its phospholipid composition with phosphatidylinositol 4,5-bisposphate (PIP₂) being much reduced toward the ciliary tip. In order to determine the functional significance of this difference, we used chemically induced protein dimerization to rapidly synthesize or degrade PIP₂ selectively in the ciliary membrane. We observed ciliary fission when PIP₂ was synthesized and a growing ciliary length when PIP₂ was degraded. Ciliary fission required local actin polymerisation in the cilium, the Rho kinase Rac, aurora kinase A (AurkA) and histone deacetylase 6 (HDAC6). This pathway was previously described for ciliary disassembly before cell cycle re-entry. Activating ciliary receptors in the presence of dominant negative dynamin also increased ciliary PIP₂, and the associated vesicle budding required ciliary PIP₂. Finally, ciliary shortening resulting from constitutively increased ciliary PIP₂ was mediated by the same actin – AurkA – HDAC6 pathway. Taken together, changes in ciliary PIP₂ are a unifying point for ciliary membrane stability and turnover. Different stimuli increase ciliary PIP₂ to secrete vesicles and reduce ciliary length by a common pathway. The paucity of PIP₂ in the distal cilium therefore ensures ciliary stability.

<p dir="ltr">Primary cilia are hair-like structures found on nearly all mammalian cell types, including cells in the developing and adult brain. Cilia establish a unique signaling compartment for cells. For example, a diverse set of receptors and signaling proteins localize within cilia to regulate many physiological and developmental pathways including the Hh pathway. Defects in cilia structure, protein localization, or cilia function lead to genetic disorders called ciliopathies, which present with various clinical features including several neurodevelopmental phenotypes and hyperphagia associated obesity. Despite their dysfunction being implicated in several disease states, understanding their roles in CNS development and signaling has proven challenging. I hypothesize that dynamic changes to ciliary protein composition contributes to this challenge and may reflect unrecognized diversity of CNS cilia. The proteins ARL13B and ADCY3 are established ciliary proteins in the brain and assessing their localization is often used in the field to visualize cilia. ARL13B is a regulatory GTPase important for regulating cilia structure, protein trafficking, and Hh signaling, while ADCY3 is a ciliary adenylyl cyclase thought to be involved in ciliary GPCR singaling. Here, I examine the ciliary localization of ARL13B and ADCY3 in the perinatal and adult mouse brain by defining changes in the proportion of cilia enriched for ARL13B and ADCY3 depending on brain region and age. Furthermore, I identify distinct lengths of cilia within specific brain regions of male and female mice. As mice age, ARL13B cilia become relatively rare in many brain regions, including the hypothalamic feeding centers, while ADCY3 becomes a prominent cilia marker. It is important to understand the endogenous localization patterns of these proteins throughout development and under different physiological conditions as these common cilia markers may be more dynamic than initially expected. Understanding regional and development associated cilia signatures and physiological condition cilia dynamic changes in the CNS may reveal molecular mechanisms associated with ciliopathy clinical features such as obesity.</p>

La neteja del moc i dels patògens dels pulmons, i el transport de gàmets i embrions en els òrgans reproductius de les femelles són funcions clau en els epitelis ciliats, tals com aquells que es troben presents en les vies respiratòries i l'oviducte. La taxa de transport mucociliar és funció de la freqüència de batut ciliar (CBF) i aquesta freqüència és augmentada per increments en la concentració de Ca2+ intracelul·lar. El canal catiònic "transient potential vanilloid 4" (TRPV4) intervé en l'entrada de Ca2+ en resposta a estímuls mecànics i osmòtics. L'expressió del TRPV4 en l'epiteli ciliat de les vies respiratòries i de l'oviducte és confirmada mitjançant la localització per immunofluorescència del canal iònic a la membrana apical de l'epiteli ciliat i polaritzat, allà on la senyalització de Ca2+ és requerida per la regulació de la CBF. Cèl·lules ciliades de la tràquea de ratolins TRPV4-/- no expressen el canal TRPV4, no responen a l'activador específic del TRPV4, el 4&#945;-phorbol 12,13-didecanoate (4&#945;-PDD) i presenten respostes de Ca2+ reduïdes a temperatures mitjanes (~25ºC- 8ºC), un altre estímul dels canals TRPV4. L'activació dels canals TRPV4 per solucions altament viscoses i per hypotonicitat depèn de l'activació de la via de la fosfolipasa A2(PLA2)i la subseqüent producció de àcid epoxieicosatrienoic (EET). En condicions de baixa activació de la PLA2, estímuls mecànics i hipotònics alliberen ATP per a l'activació de la via de la fosfolipasa C (PLC)-inositol trifosfat (IP3) per contribuir a l'activació dels canals TRPV4. Descrivim que el metabòlit IP3 sense ser un agonista per ell mateix, sensibilitza el TRPV4 per a l'activació de EET, essent aquest un mecanisme general. L'acoblament funcional entre els canals TRPV4 de la membrana plasmàtica i els receptors de IP3 (IP3R) és necessari tant per iniciar com mantenir la senyalització oscil·latòria del Ca2+ desencadenada per estímuls viscosos i hipotònics. Un dels principals activadors de la CBF, la adenosina-5'-trifosfat (ATP), desencadena una resposta cel·lular mediada per Ca2+ en la que es desencadena tant l'alliberament de Ca2+ des dels dipòsits intracel·lulars com l'entrada de Ca2+. És destacable la contribució de el TRPV4 en l'augment de la CBF mediada per ATP. És més, el nostre treball implica als canals TRPV4 exclusivament en l'entrada de Ca2+ activada per receptor (ROCE). Tot plegat, aquesta tesi doctoral mostra el paper dels canals TRPV4 en l'acoblament d'estímuls fisiològics tipus mecànic, osmòtic i químic a la regulació de la CBF en l'epiteli ciliat destinat al transport mucociliar. / Clearance of mucus and pathogenic agents from lungs and the transport of gametes and embryos in the female reproductive organs are key functions of ciliated epithelia such as those present in the airways and the oviduct. The rate of mucociliary transport is a function of ciliary beat frequency (CBF) and this, in turn, is increased by increases in intracellular calcium. Transient potential vanilloid 4 (TRPV4)cation channel mediates Ca2+ influx in response to mechanical and osmotic stimuli. TRPV4 expression in ciliated epithelia from airways and oviduct is confirmed by immunofluorescence localization of the channel at the apical membrane of the polarized ciliated epithelia, where the Ca2+ signalling is required for CBF regulation. Ciliated tracheal cells from TRPV4-/-mice show no TRPV4 expression, neither increases in intracellular Ca2+ and CBF in response to the TRPV4-specific activator 4&#945;- phorbol 12,13- idecanoate (4&#945;-PDD), and reduced responses to mild temperatures (~25ºC - 38ºC), another TRPV4-activating stimulus. TRPV4 gating by high viscous loads and hypotonicity depends on phospholipase A2 (PLA2) pathway activation and subsequent production of epoxyeicosatrienoic acid (EET). Under conditions of low PLA2 activation, mechanical and hypotonic stimuli use extracellular ATP release-mediated activation of phospholipase C (PLC)-inositol triphosphate(IP3)signalling to support TRPV4 gating. We describe that IP3, without being an agonist itself, sensitizes TRPV4 to EET activation. Besides, the functional coupling between plasma membrane TRPV4 channels and IP3 receptors (IP3R) is required to initiate and maintain the cellular oscillatory Ca2+ signal triggered by high viscous loads and hypotonic stimuli. One of the main CBF activators, adenosine-5'-triphosphate (ATP), triggers both Ca2+ release from intracellular Ca2+ stores and Ca2+ entry. Interestingly, TRPV4 contributes to ATP-induced increase in CBF. Furthermore, our work implicates TRPV4 channel exclusively in receptor-operated Ca2+ entry. Collectively, this PhD thesis shows the role of TRPV4 channels coupling physiologically relevant mechanical, hypotonic and chemical stimuli to CBF regulation in motile ciliary epithelia.

L’embranchement Hemichordata regroupe les classes Enteropneusta et Pterobranchia. Hemichordata constitue, avec l’embranchement Echinodermata, le groupe-frère des chordés. Les entéropneustes sont des organismes vermiformes solitaires qui vivent sous ou à la surface du substrat et s’alimentent généralement par déposivorie, alors que les ptérobranches sont des organismes coloniaux filtreurs habitant dans un réseau de tubes appelé coenecium. Ce mémoire présente trois études dont le point commun est l’utilisation des hémichordés actuels pour répondre à des questions concernant l’évolution des hémichordés, des chordés, et du super-embranchement qui les regroupe, Deuterostomia. Notre première étude démontre que les fentes pharyngiennes, l’organe pré-oral cilié (POCO) et le pharynx de l’entéropneuste Protoglossus graveolens sont utilisés pour l’alimentation par filtration. Le système de filtration de P. graveolens permet la capture de particules jusqu’à 1.3 um, à un débit de 4.05 mm.s-1, pour une demande énergétique de 0.009 uW. Les similarités structurales et fonctionnelles avec le système de filtration des céphalochordés suggèrent que la filtration pharyngienne est ancestrale aux deutérostomes. Lors de notre deuxième étude, nous avons exploré l’hypothèse selon laquelle le POCO des entéropneustes, une structure ciliée pré-buccale au rôle possiblement chémorécepteur, serait homologue au « wheel organ » des céphalochordés et à l’adénohypophyse des vertébrés. Pour cela, nous avons déterminé par immunohistochimie l’expression de Pit-1, un facteur de transcription spécifique à ces deux structures, chez l’entéropneuste Saccoglossus pusillus. Pit-1 est exprimé dans des cellules sensorielles du POCO, mais aussi dans des cellules épithéliales distribuées dans le proboscis, collet et tronc. Ce patron d’expression ne permet pas de confirmer ou rejeter l’homologie du POCO et de l’adénohypophyse des vertébrés. Lors de notre troisième étude, nous avons caractérisé l’ultrastructure du coenecium des ptérobranches Cephalodiscus hodgsoni, Cephalodiscus nigrescens et Cephalodiscus densus par microscopie électronique à transmisison et à balayage. Cephalodiscus est le groupe frère de Graptolithina, un groupe qui inclut les graptolithes éteints ainsi que les ptérobranches du genre Rhabdopleura. Nous avons décrit les types de fibrilles de collagène présents, leur taille et leur organisation, ainsi que l’organisation globale du coenecium. Nous avons ainsi démontré la présence chez Cephalodiscus d’une organisation similaire au paracortex, pseudocortex et eucortex des graptolithes. La présence chez Cephalodiscus de ce type d’organisation suggère que le cortex est ancestral à la classe Pterobranchia. Ces trois études illustrent plusieurs axes importants de la recherche sur les hémichordés, qui en intégrant des données morphologiques, fonctionnelles et moléculaires permet de reconstruire certains évènements clés de l’évolution des deutérostomes. / The phylum Hemichordata comprises the classes Enteropneusta and Pterobranchia. Together with echinoderms, hemichordates are the sister-group to chordates. Enteropneusts are worm-shaped solitary deposit feeders. Pterobranchs are colonial filter feeders that live in a secreted collagenous domicile called a coenecium. In this thesis, three studies are presented. These studies are based on observations of extant hemichordates, and adress a variety of issues relating to the evolution of hemichordates, chordates, and the super-phylum to which they belong: Deuterostomia. Our first study demonstrates that the gill slits, pre-oral ciliary organ (POCO), and lining of the pharynx of the enteropneust Protoglossus graveolens are used in filter feeding. The filter-feeding system of P. graveolens enables particle capture down to 1.3 um, at a rate up to 4.05 mm.s-1, with a power consumption of 0.009 uW. Structural and functional similarities with the cephalochordate filter-feeding system suggest that pharyngeal filter-feeding is ancestral to the deuterostomes. In our second study, we address the hypothesis that the enteropneust POCO, a putative chemosensory structure located anterior to the mouth, is homologous to the cephalochordate wheel organ and vertebrate adenohypophysis. We characterized the expression pattern of the adenohypophysis-specific transcription factor Pit-1 in the adult enteropneust Saccoglossus pusillus with immunohistochemistry. Pit-1 is expressed in sensory cells of the POCO and in scattered epithelial cells of the proboscis, collar and trunk. This expression pattern does not allow to confirm or reject the homology of the POCO with the vertebrate adenohypophysis. In our third study, we characterized the ultrastructure of the coenecium of the pterobranchs Cephalodiscus hodgsoni, Cephalodiscus nigrescens and Cephalodiscus densus using transmission and scanning electron microscopy. Cephalodiscus is the sister-group to the Graptolithina, which includes the extinct graptolites and the extant pterobranch genus Rhabdopleura. We described the fibril types, size and organization, as well as the general organization of the coenecium. We demonstrated that the coenecium of Cephalodiscus shows similarities with the graptolite eucortex, paracortex and pseudocortex. The cortical-like organization of the coenecium of Cephalodiscus suggests that the cortex is ancestral to the Pterobranchia. Together, these three studies illustrate different axes of hemichordate research, and show how integrating morphological, functional and molecular data allows us toinfer key events in the evolution of deuterostomes.

[Truncated abstract] There is limited intrinsic potential for repair in the adult human central nervous system (CNS). Dysfunction resulting from CNS injury is persistent and requires prolonged medical treatment and rehabilitation. The retina and optic nerve are CNSderived, and adult retinal ganglion cells (RGCs) and their axons are often used as a model in which to study the mechanisms associated with injury, neuroprotection and regeneration. In this study I investigated the effects of a variety of strategies on promoting RGC survival and axonal regeneration after optic nerve injury, including the use of reconstructed chimeric peripheral nerve (PN) grafts, gene therapy, and intraocular application of pharmacological agents and other factors . . . C3 transferase is an enzyme derived from Clostridium botulinum that inactivates Rho GTPase. Because SC myelin contains MAG and PN also contains CSPGs, I tested the effects of intraocular injection of a modified form of C3 (C3-11), provided by Dr Lisa McKerracher (CONFIDENTIAL data, under IP agreement with Bioaxone Therapeutic, Montreal) on RGC axonal regeneration into PN autografts. My results showed that there was significantly more RGC survival and axonal regeneration in PN autografts after repeated intraocular injection of C3. I also tested whether intraocular injections of CPT-cAMP and/or CNTF can act in concert with the C3 to further increase RGC survival and/or regeneration. Results showed that the effect of C3 and CPT-cAMP plus CNTF were synergistic and partially additive. The use of combination therapies therefore offers the best hope for robust and substantial regeneration. The overall results from my PhD project will help determine how best to reconstruct nerve pathways and use pharmacological interventions in the clinical treatment of CNS injury, hopefully leading to improved functional outcomes after neurotrauma.

L’embranchement Hemichordata regroupe les classes Enteropneusta et Pterobranchia. Hemichordata constitue, avec l’embranchement Echinodermata, le groupe-frère des chordés. Les entéropneustes sont des organismes vermiformes solitaires qui vivent sous ou à la surface du substrat et s’alimentent généralement par déposivorie, alors que les ptérobranches sont des organismes coloniaux filtreurs habitant dans un réseau de tubes appelé coenecium. Ce mémoire présente trois études dont le point commun est l’utilisation des hémichordés actuels pour répondre à des questions concernant l’évolution des hémichordés, des chordés, et du super-embranchement qui les regroupe, Deuterostomia. Notre première étude démontre que les fentes pharyngiennes, l’organe pré-oral cilié (POCO) et le pharynx de l’entéropneuste Protoglossus graveolens sont utilisés pour l’alimentation par filtration. Le système de filtration de P. graveolens permet la capture de particules jusqu’à 1.3 um, à un débit de 4.05 mm.s-1, pour une demande énergétique de 0.009 uW. Les similarités structurales et fonctionnelles avec le système de filtration des céphalochordés suggèrent que la filtration pharyngienne est ancestrale aux deutérostomes. Lors de notre deuxième étude, nous avons exploré l’hypothèse selon laquelle le POCO des entéropneustes, une structure ciliée pré-buccale au rôle possiblement chémorécepteur, serait homologue au « wheel organ » des céphalochordés et à l’adénohypophyse des vertébrés. Pour cela, nous avons déterminé par immunohistochimie l’expression de Pit-1, un facteur de transcription spécifique à ces deux structures, chez l’entéropneuste Saccoglossus pusillus. Pit-1 est exprimé dans des cellules sensorielles du POCO, mais aussi dans des cellules épithéliales distribuées dans le proboscis, collet et tronc. Ce patron d’expression ne permet pas de confirmer ou rejeter l’homologie du POCO et de l’adénohypophyse des vertébrés. Lors de notre troisième étude, nous avons caractérisé l’ultrastructure du coenecium des ptérobranches Cephalodiscus hodgsoni, Cephalodiscus nigrescens et Cephalodiscus densus par microscopie électronique à transmisison et à balayage. Cephalodiscus est le groupe frère de Graptolithina, un groupe qui inclut les graptolithes éteints ainsi que les ptérobranches du genre Rhabdopleura. Nous avons décrit les types de fibrilles de collagène présents, leur taille et leur organisation, ainsi que l’organisation globale du coenecium. Nous avons ainsi démontré la présence chez Cephalodiscus d’une organisation similaire au paracortex, pseudocortex et eucortex des graptolithes. La présence chez Cephalodiscus de ce type d’organisation suggère que le cortex est ancestral à la classe Pterobranchia. Ces trois études illustrent plusieurs axes importants de la recherche sur les hémichordés, qui en intégrant des données morphologiques, fonctionnelles et moléculaires permet de reconstruire certains évènements clés de l’évolution des deutérostomes. / The phylum Hemichordata comprises the classes Enteropneusta and Pterobranchia. Together with echinoderms, hemichordates are the sister-group to chordates. Enteropneusts are worm-shaped solitary deposit feeders. Pterobranchs are colonial filter feeders that live in a secreted collagenous domicile called a coenecium. In this thesis, three studies are presented. These studies are based on observations of extant hemichordates, and adress a variety of issues relating to the evolution of hemichordates, chordates, and the super-phylum to which they belong: Deuterostomia. Our first study demonstrates that the gill slits, pre-oral ciliary organ (POCO), and lining of the pharynx of the enteropneust Protoglossus graveolens are used in filter feeding. The filter-feeding system of P. graveolens enables particle capture down to 1.3 um, at a rate up to 4.05 mm.s-1, with a power consumption of 0.009 uW. Structural and functional similarities with the cephalochordate filter-feeding system suggest that pharyngeal filter-feeding is ancestral to the deuterostomes. In our second study, we address the hypothesis that the enteropneust POCO, a putative chemosensory structure located anterior to the mouth, is homologous to the cephalochordate wheel organ and vertebrate adenohypophysis. We characterized the expression pattern of the adenohypophysis-specific transcription factor Pit-1 in the adult enteropneust Saccoglossus pusillus with immunohistochemistry. Pit-1 is expressed in sensory cells of the POCO and in scattered epithelial cells of the proboscis, collar and trunk. This expression pattern does not allow to confirm or reject the homology of the POCO with the vertebrate adenohypophysis. In our third study, we characterized the ultrastructure of the coenecium of the pterobranchs Cephalodiscus hodgsoni, Cephalodiscus nigrescens and Cephalodiscus densus using transmission and scanning electron microscopy. Cephalodiscus is the sister-group to the Graptolithina, which includes the extinct graptolites and the extant pterobranch genus Rhabdopleura. We described the fibril types, size and organization, as well as the general organization of the coenecium. We demonstrated that the coenecium of Cephalodiscus shows similarities with the graptolite eucortex, paracortex and pseudocortex. The cortical-like organization of the coenecium of Cephalodiscus suggests that the cortex is ancestral to the Pterobranchia. Together, these three studies illustrate different axes of hemichordate research, and show how integrating morphological, functional and molecular data allows us toinfer key events in the evolution of deuterostomes.