Les voies de signalisation Wnt jouent un rôle important dans divers processus de l’embryogenèse des métazoaires. Par exemple, les signaux WNT sont requis pour l’établissement de la polarité cellulaire, les mouvements de tissus ou la mise en place de la polarité antéropostérieure. La signalisation Wnt tire son nom des protéines WNTs qui sont des protéines secrétées capables de signaler via leurs récepteurs membranaires FRIZZLED (FZD). Une interaction WNT-FZD peut déclencher au moins trois cascades de signalisation distinctes, selon le contexte cellulaire et les couples WNT-FZD impliqués. Chez l'homme, la dérégulation des voies de signalisation Wnt conduit, au cours du développement, à des maladies congénitales, ou chez l'adulte, à des cancers. La compréhension de la diversité numéraire des wnt et des fonctions biologiques qu’ils exercent représente donc un challenge contemporain qu’il est nécessaire de relever, non seulement au titre de l’acquisition de nouvelles connaissances, mais aussi en vue du développement de nouvelles approches à but de diagnostic ou de thérapie. Lors de ma thèse, je me suis dans un premier temps attaché à décrire les patrons d’expression temporels et spatiaux de l’ensemble des gènes wnt et fzd présents chez l’oursin Paracentrotus lividus. L’oursin, comme l’homme, appartient au phylum des deutérostomiens. De plus, son développement est simple et ses embryons se prêtent à l’expérimentation, du fait de multiples approches disponibles pour ce modèle. Par ailleurs, contrairement au lignage des vertébrés, celui de l’oursin n’a pas subi de duplications complète de génome, exhibant ainsi la même diversité de familles de gènes, mais avec moins de redondance au sein de ces dernières, ce qui facilite leur analyse. Etudier les mécanismes qui régissent l'embryogénèse de l’oursin permet donc d’apporter des informations quant aux mécanismes régissant celle des deuterostomes. Mes résultats mettent en évidence que les ligands wnt et les récepteurs fzd sont exprimés de façon dynamique au cours de l’embryogenèse de P. lividus. Fait intéressant, jusqu’à la gastrulation, les gènes codant les récepteurs FZD, présentent des patrons d’expressions distincts, leur somme couvrant néanmoins la très vaste majorité des territoires embryonnaires. Ainsi, cette étude a permis d’établir un catalogue des compatibilités spatio-temporelles potentielles entre les protéines WNT et FZD durant l’embryogenèse d’un deutérostomien, ainsi que des hypothèses quant aux rôles possibles jouées par ces protéines durant ce processus. Dans un second temps, je me suis intéressé à retracer l’évolution des protéines WNT, et à déterminer s’il existait une fonction intrinsèque ancestrale des WNT qui soit conservée, parmi les métazoaires. Pour cela, j’ai d’une part analysé la composition des répertoires wnt de dix-sept espèces de métazoaires, la séquence primaire des protéines qu’ils encodent, la position relative des wnt au sein de leurs génomes respectifs et, pour certaines espèces, l’environnement génomique des wnt. D’autre part, j’ai contribué à vérifier si trois ligands WNT d’éponge et une séquence ancestrale, calculée à partir d’un échantillon de séquences de métazoaires, étaient capable d’activer les voies de signalisation Wnt lorsqu’exprimées chez trois animaux planulozoaires (cnidaires et bilatériens). Les données obtenues au cours de cette étude ont permis d’établir un modèle de diversification de la famille de gènes wnt chez les métazoaires et ont révélé l’existence de fonctions intrinsèques conservées parmi les ligands WNT. / The Wnt signaling pathways play crucial roles during several processes of metazoan embryogenesis. For instance Wnt signaling is involved in morphogenetic movements as well as cell polarity and anteroposterior polarity establishment. Wnt signaling takes its name from the WNT proteins, which are secreted molecules that signal through their cognate receptors, the FRIZZLED (FZD) proteins. A WNT-FZD interaction may trigger several distinct intracellular signaling cascades, depending on the cellular context and the WNT-FZD couples involved. In humans, a deregulation of WNT signaling during embryonic development or adult life leads to congenital diseases and cancers, respectively. Understanding the great diversity of wnt genes and their biological functions is thus a modern-day challenge, which needs to be addressed, not only to foster general knowledge, but also to allow the identification of novel therapeutic targets and approaches towards future new medical applications.In the course of my Ph.D., I first aimed at describing the spatial and temporal expression patterns of all wnt and fzd genes present in the sea urchin, Paracentrotus lividus. Like humans, sea urchins belong to the deuterostome phyla. In addition, the early development of the sea urchin is relatively simple and is easy to interfere with, thanks to the experimental approaches available for this model. Moreover, the sea urchin lineage did not undergo whole genome duplications, unlike humans, exhibiting the same diversity of gene families, but with less redundancy within the subfamilies, thereby facilitating functional analyses. Thus, studying the mechanisms that drive sea urchin embryogenesis represent a valuable asset to provide insights into the conserved mechanisms controlling the development of deuterostomes. My results show that wnt and fzd genes are expressed in a dynamic fashion throughout P. lividus embryogenesis. Interestingly, until the gastrulation, the genes encoding FZD receptors are expressed in distinct territories that, taken together, cover almost the entire embryo. Accordingly, this work allowed me to establish a catalog of possible WNT-FZD couples likely to form during the embryogenesis of a deuterostome animal, based on the compatibility of their respective spatiotemporal distribution, and to further provide insights into the potential biological functions of these WNT and FZD proteins during this process. The second goal of my Ph.D. was to reconstruct the evolution of the WNT proteins and to determine whether an ancestral intrinsic function of WNTs is conserved within metazoans. To this end, I analyzed the composition of the wnt repertoires of seventeen metazoan species, the primary sequences of the WNT proteins they encode, the relative positions of the wnts within their respective genomes, and, for selected species, the genomic environment of their wnts. In addition, I investigated whether three sponge WNT ligands and an ancestral WNT sequence, which was calculated from a sample of metazoan WNT sequences, are able to trigger Wnt signaling pathways, when expressed in three planulozoan (cnidarian and bilaterian) species. The data obtained during this study allows me to propose a model for the diversification of wnt genes in metazoans and revealed conserved intrinsic functional capabilities for the WNT ligands.

La régulation de la transcription est l‟un des processus cellulaires des plus fondamentaux et constitue la première étape menant à l‟expression protéique. Son altération a des effets sur l‟homéostasie cellulaire et est associée au développement de maladies telles que le cancer. Il est donc crucial de comprendre les règles fondamentales de la fonction cellulaire afin de mieux cibler les traitements pour les maladies. La transcription d‟un gène peut se produire selon l‟un des deux modes fondamentaux de transcription : en continu ou en burst. Le premier est décrit comme un processus aléatoire et stochastique qui suit une distribution de Poisson. À chaque initiation de la transcription, indépendante de la précédente, un seul transcrit est produit. L‟expression en burst se produit lorsque le promoteur est activé pour une courte période de temps pendant laquelle plusieurs transcrits naissants sont produits. Apportant la plus grande variabilité au sein d‟une population isogénique, il est représenté par une distribution bimodale, où une sous-population n‟exprime pas le gène en question, alors que le reste de la population l‟exprime fortement. Les gènes des eucaryotes inférieurs sont pour la plupart exprimés de manière continuelle, alors que les gènes des eucaryotes supérieurs le sont plutôt en burst. Le but de ce projet est d‟étudier comment l‟expression des gènes a évolué et si la transcription aléatoire, ou de Poisson, est une propriété des eucaryotes inférieurs et si ces patrons ont changé avec la complexité des organismes et des génomes. Par la technique de smFISH, nous avons étudié de manière systématique quatre gènes évolutivement conservés (mdn1+, PRP8/spp42+, pol1+ et cdc13+) qui sont continuellement transcrits dans la levure S. cerevisiae. Nous avons observé que le mode d‟expression est gène-et-organisme spécifique puisque prp8 est exprimé de manière continuelle dans la levure S. pombe, alors que les autres gènes seraient plutôt exprimés en légers burst. / Regulating transcription is one of the most fundamental cellular processes and the first step of a long cascade of processes leading to protein expression. Altering transcriptional output often has major effects on cellular homeostasis and is associated with many disease phenotypes, such as cancer. Understanding the fundamental rules governing transcription regulation is therefore instrumental in understanding cellular function as well as in finding disease treatments. Transcription of a gene can occur through two fundamental different modes: “continuous” or “bursting”. Continuous transcription is defined as stochastic process where a promoter is always in its “on” state and each initiation event is independent of the previous. Bursting transcription occurs when a promoter is activated for a short time and multiple mRNAs are produced during the “on” state, followed by long periods of transcription inactivity. It leads to greater variability in an isogenic population, as expression is often bimodal as a sub-population does not express a given gene. Bursting expression is frequently observed in higher eukaryotes, while a continuous pattern seems to be common in lower eukaryotes. The goal of this project is to study how gene expression patterns evolved. We investigate whether Poisson-like transcription is a property of lower eukaryotes and whether transcription patterns have changed when organisms and genomes evolved into more complex systems. Using smFISH, we have systematically determined expression patterns of four evolutionarily conserved genes; mdn1+, PRP8/spp42+, pol1+ and cdc13+, previously shown to be continuously expressed in the yeast S. cerevisiae. Expression was studied in the yeast S. pombe, as an example for another lower eukaryote as well as in human cell-lines. We observe that expression patterns are organism-and-gene specific suggesting that expression patterns have evolved to fulfill gene specific functions.