Wnt and TGF-β Expression in the Sponge Amphimedon queenslandica and the Origin of Metazoan Embryonic Patterning D’après Adamska et al., 2007 Amphimedon queenslandica UE 106 : Diversité des Organismes Marins TAPIA Nicolas Le 21/11/2008

INTRODUCTION : Notre ancêtre, « Urmetazoa »… Choanoflagellés Spongiaires Cténaires Cnidaires Bilatériens Eumétazoaires Métazoaires Mais à quoi ressemblait-il? Le «  Urmetazoa », dernier ancêtre commun des organismes multicellulaires

Pour répondre à cette question, il faut identifier les caractères embryologiques communs des différents clades éloignés qui en seront dérivés :  Bilatériens  Cnidaires  Cténaires  Spongaires  Principe de parcimonie : 1 seule apparition chez l’ancêtre commun Considéré comme un organisme extrêmement simple : Dépourvu d’axe de symétrie Absence de tissu et de couche cellulaire

Les gènes Wnt & TGF-β : à l’origine des interactions cellulaires lors de l’embryogénèse… Le gène Wnt : Permet une différentiation axiale de l’embryon Fourni des peptides signaux permettant les interactions cellulaires Le gène TGF- β : Induit la différentiation de certaines lignées cellulaires Donnera l’axe dorso-ventral chez les bilatériens Fondamentaux pour de nombreux processus développementaux ! Sans doute en rapport avec l’apparition de la multicellularité…

Notre modèle d’étude : Amphimedon queenslandica AP PP Métazoaires Spongiaires Desmosponges Amphimedon queenslandica Pourquoi étudier cette éponge? Appartient au groupe basal des Métazoaires Génome récemment séquencé Adultes d’apparence asymétrique, au corps amorphe… … mais la larve présente un axe A-P évident !  Développement dans des chambres d’incubation

Migration des cellules pigmentaires Embryogénèse - RESULTATS : Migration des cellules pigmentaires  Tache pigmentaire  Asymétrie A-P Epaississement Macromères  Irrégularité Segmentation Blastula Gastrula Uniformisation & symétrie Echelle : 100 μm

Formation d’un étroit anneau pigmentaire au pôle postérieur Embryogénèse - RESULTATS : Face postérieur Larve Formation d’un étroit anneau pigmentaire au pôle postérieur Conservé chez la larve Echelle : 100 μm

- Détection de Wnt & TGF-β - RESULTATS : Utilisation des techniques d’EST, genome trace searches & RACE cloning… La protéine Wnt déduite est caractérisée par : Peptide signal : permet un adressage cellulaire 24 cystéines caractéristiques Le TGF-β : Transforming Growth Factor Proche de la sous-famille des GDNF 6 des 7 cystéines caractéristiques du domaine signal

- Expression des gènes Wnt & TGF-β - RESULTATS : Utilisation des techniques d’hybridation in situ…  Wnt : Segmentation early Blastula Gastrula Anneau Larve Continue de s’exprimer chez la larve Expression de Wnt au niveau des micromères Expression asymétrique, partie interne Expression au pole postérieur, partie externe et de manière simultanée avec la formation de l’anneau pigmentaire

- Expression des gènes Wnt & TGF-β - RESULTATS :  TGF- β : Arrêt d’expression au niveau de l’anneau… … puis diminution progressive jusqu’à arrêt chez la larve Expression au niveau des micromères PP PP Expression aux pôles antérieur et postérieur, partie externe Formation de Segmentation Gastrula la tache AP Arrêt d’expression au pôle postérieur, forte expression au pôle antérieur

 Wnt ou/et TGF-β à l’origine de cet axe de polarité ? DISCUSSION & CONCLUSION : Gènes Wnt & TGF-β clairement identifiés : Origine précoce de ces 2 gènes Suivi de l’expression de ces 2 gènes lors de l’embryogénèse de Amphimedon queenslandica Expression apparaît rapidement lors du développement Expression de Wnt au pôle postérieur constitue la première asymétrie morphologique visible La migration des cellules pigmentaires + sclérocytes nécessite la présence de différents signaux cellulaires  Wnt ou/et TGF-β à l’origine de cet axe de polarité ?

Retour sur le « Urmetazoa » Embryologie de la sponge contrôlée par des mécanismes de signalement fortement similaires à ceux retrouvés chez les Cnidaires et Bilatériens Action complémentaire des gènes Wnt & TGF-β présente chez le dernier Ancêtre Commun des métazoaires actuels Capacité de cet Ancêtre Commun à former des plans d’organisation complexes à partir des même composants moléculaires que les animaux actuels

CONSEQUENCES SUR L’ARBRE DES METAZOAIRES : Choanoflagellés Spongiaires Cténaires Cnidaires Bilatériens Eumétazoaires Ancêtre Commun des eumétazoaires Métazoaires Ancêtre Commun des métazoaires Wnt & TGF-β à l’origine d’un axe de symétrie Wnt & TGF-β à l’origine de deux axes de symétrie Wnt TGF-β

DISCUSSION SUR L’ARTICLE : Ne fait pas référence au Cténaires : présence & expression des gènes Wnt et TGF-β confirmant cette hypothèse sur l’Ancêtre commun?  Axe oral-aboral mis en place chez les cténaires (équivalent antéropostérieur chez les triploblastiques) d’après Gary Freeman (1977) Le « Urmetazoa » dans la littérature :  Mise en évidence de la présence de signaux de transduction intracellulaires chez l’Ancêtre commun des métazoaires, d’après Werner E. G. Müller (2001)

Merci pour votre attention !

BIBLIOGRAPHIE : Gary Freeman (1977), The establishment of the oral-aboral axis in the ctenophore embryo. J Embryol Exp Morphol 42, 237-260 Werner E. G. Müller (2001), Review: How was metazoan threshold crossed? The hypothetical Urmetazoa. Comparative Biochemistry and Physiology - Part A: Molecular & Integrative Physiology Volume 129, Issues 2-3, June 2001, Pages 433-460