Identification and charactérisation of localised mRNAs and proteins in Clytia hemisphaerica
Identification et caractérisation d’ARNs localisés et de protéines maternels chez Clytia hemisphaerica
Résumé
In all metazoans, the first steps of embryonic development until the beginning of transcription
from the zygotic genome, are governed by maternal factors. Accumulated and positioned in
the egg during its formation, these molecules constitute nutritive resources and information
necessary to direct establishement of the embryonic body plan, for example by determining
axes of embryonic polarity and specifying development of the germ line. This thesis
illustrates by three examples the important roleof maternal factors for development in the
cnidarian Clytia hemisphaerica. Oogenesis and embryogenesis are easily accessible in this
emerging model species, whose phylogenetic position at the base of the metazoan tree can
help to understand ancestral mechanisms of animal biology. The first example concerns the
phenomenon of mRNA localisation. Following the discovery of the determinant mRNAs
CheFz1, CheFz3 and CheWnt3, I identified a new set of maternal RNAs, localised in different
patterns within the Clytia egg. I initiated the study of the localization mechanisms of these
mRNAs through a primary analysis of the 3’UTRs sequences and observation of the
behaviour of microinjected fluorescent mRNAs. The particular case of BicD mRNA and
protein, associated with dynein-dependent mRNA transport, was examined in more detail.
The second part of my thesis concerns the centriolar protein Poc1, encoded by one of the
characterized maternal mRNAs. Analysis of Poc1 in Clytia revealed a conserved localization
of the protein at the centrosome and a requirement in cell division and gastrulation. The third
part of my thesis concerns two linked protein families: Green Fluorescent Proteins and the
bioluminescent proteins Clytins. Surprisingly, one GFP gene and one Clytin gene were found
in Clytia to be maternally expressed, and their corresponding proteins to be co-targeted to
mitochondria. In vivo energy transfer was demonstrated in eggs, showing functional coupling
of these two maternal proteins. These observations suggest co evolution of the two genes and
closely coupled functions. Overall, my thesis has provided new knowledge about the maternal
phase in the development of an emergent model species.
Chez les métazoaires, les premières phases du développement embryonnaire sont assurées par
des facteurs maternels de nature variée, en attendant le démarrage de l’expression du génome
zygotique. Accumulées et positionnées dans l’oeuf au cours de sa formation, ces molécules
constituent les ressources en nutriments nécessaires et les informations permettant de
gouverner la mise en place du plan d’organisation de l’embryon, par exemple par la
détermination des axes de polarité et de la lignée germinale. Cette thèse illustre le rôle
fondamental de facteurs maternels dans le développement embryonnaire chez le cnidaire
Clytia hemisphaerica à travers trois volets. L’ovogenèse et l’embryogenèse sont facilement
accessibles dans cet animal qui, par sa position phylogénétique, peut aider à la compréhension
des processus ancestraux, à la base de la construction des (eu)métazoaires. Le premier volet
de cette thèse aborde le phénomène de localisation des ARNs. A la suite de la découverte des
ARNs déterminants CheFz1, CheFz3 et CheWnt3, de nouveaux ARNs maternels, localisés
dans l’oeuf de Clytia selon différents patrons, ont été identifiés. L’étude des mécanismes de
localisation de ces ARNs a été débutée par une première analyse des séquences 3’UTRs et
l’observation du comportement d’ARNs fluorescents injectés dans les ovocytes en cours de
maturation. L’étude du cas particulier de l’ARN de CheBicD et de sa protéine, associée au
transport dynéine-dépendant d’ARNs, a également été initiée. Le deuxième volet concerne la
protéine centriolaire Poc1, codée par un des ARNs maternels caractérisés. L’étude de Poc1
chez Clytia hemisphaerica a montré que cette protéine avait une localisation centrosomale et
qu’elle était nécessaire pour assurer les divisions cellulaires et la gastrulation. Le troisième
volet concerne deux familles de protéines particulières : les protéines fluorescentes GFP et les
photoprotéines Clytines. De façon surprenante, j’ai trouvé que chez Clytia, un gène GFP ainsi
qu’un gène Clytine sont spécifiquement exprimés dans les ovocytes et leurs protéines coadressées
aux mitochondries. Un transfert d’énergie in vivo a été mis en évidence dans les
oeufs, indiquant un couplage fonctionnel des deux protéines maternelles. Ces observations
suggèrent une co-évolution de ces 2 gènes et des fonctions étroitement liées. Dans l’ensemble,
ce travail de thèse a fourni de nouvelles connaissances concernant la phase maternelle du
développement chez une espèce modèle émergente.