Amphioxus illuminates the origin of the vertebrates' head
Amphioxus illumine l'origine de la tête des vertébrés
Résumé
A central question in Evo-Devo is to understand the origin of the vertebrates’ head. The appearance of new structures such as the neural crest, placodes and a cranial mesoderm were essential for the appearance of the head in the vertebrates. Interestingly, it is supposed that the ancestor of all chordates was completely segmented. Remarkably, the cephalochordate amphioxus is completely segmented in the full length of its body as the hypothetical ancestor of all chordates. Moreover, it has been showed that the FGF signal plays a central role in the formation of the anterior-most somites of amphioxus. Thus, in order to understand the downstream signaling pathway under the control of the FGF signal for the formation of the anterior-most somites in amphioxus, we performed a comparative RNA-seq analysis. This analysis revealed several vertebrates orthologues genes playing roles in somitogenesis or myogenesis and under the control of the FGF signal. Furthermore, functional analysis revealed that ER81/Erm/PEA3 and Six1/2 plays majors roles in the formation of the anterior-most somites in amphioxus. Conversely, Pax3/7 is involved in the formation of the posterior somites. This regulatory cascade resembles that for the control of trunk somitogenesis in vertebrates and diverges from the gene cascades controlling the formation of the vertebrate head muscles. Altogether, our results strengthen the hypothesis that changes in the FGF function during early development were instrumental for the loss of anterior somites, releasing developmental constraints in the anterior part of the embryo and allowing a secondary acquisition of head muscles in the ancestor of vertebrates.
L'apparition de nouvelles structures telles que la crête neurale, les placodes et le mésoderme crânien a été essentielle pour l'émergence de la tête des vertébrées. Fait intéressant, le mésoderme de la tête des vertébrés n'est pas segmenté alors qu'il est supposé que le mésoderme de l'ancêtre de tous les chordés était totalement segmenté. De même le corps du le céphalochordé amphioxus est entièrement segmenté. Des travaux menés par l'équipe ont montré le rôle central du signal FGF dans la formation des somites les plus antérieures chez l'amphioxus. Afin de mieux comprendre le rôle de ce signal pour la formation de ces somites, nous avons réalisé une étude transcriptomique comparative par RNA-seq. Cette analyse a mis en évidence plusieurs gènes que sont impliqués dans la somitogenèse et la myogenèse et sous le contrôle du signal FGF. Nous avons pu montrer grâce à des analyses fonctionnelles que ER81/Erm/PEA3 et Six1/2 ont un rôle majeur dans la formation des somites les plus antérieures chez l'amphioxus. Inversement, Pax3/7 est impliqué dans la formation des somites postérieures. Cette cascade de régulation est semblable à celle observée lors de la somitogenèse pour les muscles du tronc chez les vertébrés, mais diverge de la cascade de gènes contrôlant la formation des muscles de la tête chez les vertébrés. Tous ces résultats supportent l'hypothèse selon laquelle le changement de fonction du signal FGF durant le développement précoce a été une étape clé pour la perte des somites antérieures, libérant ainsi les contraintes dans la partie antérieure de l'embryon et permettant dans un second temps l'acquisition des muscles de la tête chez l'ancêtre commun des vertébrés.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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