Ecole Doctorale Cerveau, Cognition, Comportement Intitulé du

Ecole Doctorale Cerveau, Cognition, Comportement Intitulé du laboratoire équipe : Développement et Evolution des circuits neuronaux à l’Institut de Biologie de l’Ecole normale supérieure Titre de la thèse : Contribution à une histoire évolutive du système nerveux des bilatériens Résumé de la thèse : Au niveau de la moelle épinière et du tronc cérébral, le système nerveux vertébré est divisé en colonnes fonctionnelles longitudinales qui forment des circuits sensori‐moteurs. Ils transmettent, depuis ou vers les centres supérieurs du cerveau, deux types d'informations. Les colonnes somatiques véhiculent les sensations tactiles, auditives et visuelles, ainsi que les mouvements du corps, permettant les relations avec l'extérieur. Les colonnes viscérales, sensorielles et motrices, régulent les organes cardiovasculaires, respiratoires, excréteurs et digestifs qui maintiennent l'homéostasie. Cette dualité se retrouve aussi au niveau du système nerveux périphérique. Les profils d'expression de facteurs de transcription à homéodomaine permettent de distinguer chaque composante et leur sont presque entièrement spécifiques. Les trois paralogues de la famille Brn3 sont exprimés dans les neurones sensoriels somatiques primaires et au moins certaines de leurs cibles dans le cerveau postérieur et la moelle épinière. Mnx1 est exprimé dans tous les motoneurones somatiques. Enfin le couple de paralogues Phox2a/b est exprimé dans la majorité des neurones viscéraux, sensoriels et moteurs de systèmes nerveux central et périphérique. J'ai testé l'ancestralité de cette dualité viscéro‐somatique en clonant et caractérisant par hybridation in situ l'expression des orthologues de ces marqueurs dans deux embranchements éloignés. Chez les deutérostomiens hémichordés, j’ai étudié le ver entéropneuste Ptychodera flava. Mon examen de sa neuroanatomie moléculaire adulte, en utilisant une sonde pan‐
neuronale, m’a d’abord révélé l'existence d'un véritable système nerveux central contredisant un dogme ancien établi dans le débat sur l’origine du système nerveux central. En revanche, la distribution des neurones Mnx+ et Phox2+ combinée à notre ignorance de la neuroanatomie fonctionnelle de cet animal, ne m’a pas permis d’avancer sur la question viscéro‐somatique. Chez les protostomiens mollusques, la fonction (somatique ou viscérale) de nombreux neurones a été établie. Chez deux gastéropodes (Aplysia californica et Lymnaea stagnalis) et un céphalopode (Sepia officinalis) dont les génomes n'ont pas été séquencés, l'examen de onze orthologues de gènes vertébrés clonés dans cette étude m’a permis de définir des signatures moléculaires identiques à celles des catégories fonctionnelles équivalentes des vertébrés. Premièrement, les neurones du toucher présentent une signature moléculaire de type Brn3+/Drgx+/Islet+/VGluT+ unique aux neurones sensoriels somatiques vertébrés. Ensuite, des neurones locomoteurs sont Mnx+/Lhx3/4+/VAChT+ tout comme leurs équivalents vertébrés. Enfin, des motoneurones aux fonctions cardiovasculaires, respiratoires et excrétrices expriment Phox2. En conséquence, il est probable que la dualité viscéro‐somatique faisait partie du plan d'organisation du dernier ancêtre de tous les bilatériens, Urbilateria, il y a plus d'un demi‐milliard d'années. Cependant, une homologie classique est improbable du fait que les groupes de neurones exprimant Brn3 comme ceux exprimant Phox2 forment des structures aux origines embryonnaires variées, dont certaines sont même des synapomorphies des vertébrés ou des mollusques. Le partage de signatures transcriptionnelles reflète plus probablement donc, dans ces deux cas, le déploiement hétérotopique répété de programmes génétiques de développementaux déjà présents chez Urbilateria.