Deciphering the cellular and molecular dynamics underlying the initiation of whole body regeneration in the sea anemone Nematostella vectensis

La régénération est un processus biologique permettant aux organismes de remplacer des tissus, organes ou parties du corps perdus ou endommagés. Bien qu'elle partage des mécanismes cellulaires et moléculaires communs à toutes les espèces, son étendue et son efficacité varient. Dans le cadre de mon doctorat, j'ai étudié la remarquable capacité de régénération du corps entier de l'anémone de mer Nematostella vectensis. Cette thèse s'est articulée autour de deux axes principaux :Le premier axe aborde une question récurrente : dans quelle mesure la régénération redéploie les réseaux de régulation génique (GRN) embryonnaire. Pour y répondre, nous avons comparé le GRN de l'embryogenèse à celui de la régénération chez Nematostella vectensis. Nous avons constaté que la régénération réutilise des composants du GRN embryonnaire, notamment les voies canoniques Wnt (cWnt) et MEK/ERK, ainsi qu'un ensemble distinct de gènes spécifiques à la régénération, incluant ceux associés à l'apoptose. Leur perturbation a montré leur nécessité, mais à des étapes différentes. Tandis que cWnt et l'apoptose sont essentiels à l'initiation de la prolifération cellulaire, la signalisation MEK/ERK est cruciale à la fois pour cette prolifération et pour initier un contact tissulaire (CT) entre les mésentères (mes) et l'épithélium de la paroi corporelle (bwe) au site d'amputation. Ce CT, mécanisme indépendant de la prolifération, est fondamental pour la régénération. Globalement, ce travail met en évidence le redéploiement des modules du GRN embryonnaire au cours de la régénération, mais de manière réorganisée et intégrant notamment des éléments propres à la régénération.Le second axe s'est focalisé sur la dynamique tissulaire et les bases moléculaires du CT au site d'amputation, ainsi que sur son rôle dans l'initiation de la régénération. En combinant des analyses morphologiques, cellulaires et moléculaires, nous avons montré que le CT s'accompagne de la fusion des muscles rétracteurs (dans les mes) et pariétaux (dans les bwe), survenant entre 12 et 14 heures après amputation. L'analyse transcriptomique différentielle (RNAseq) entre les mes et les bwe a révélé : i) une forte spécificité moléculaire propre à chaque tissu, et ii) une modulation limitée des voies de signalisation avant le CT, contrastant avec une activation plus diversifiée après son initiation. Notamment, la voie FGF est activée spécifiquement avant l'établissement du CT, tandis que la contraction musculaire diminue. L'inhibition des FGF empêche le CT, la prolifération, la migration des cellules souches, et donc la régénération. Les analyses centrées sur le rôle FGFR/MEK/ERK ont permis d'identifier 84 gènes potentiellement critiques dans le déclenchement du CT menant à la régénération.Dans l'ensemble, cette recherche souligne la conservation et la plasticité des GRN associés à différentes trajectoires développementales menant à un corps fonctionnel. Elle met aussi en lumière l'importance de la communication inter-tissulaire, agissant comme un point de contrôle pour initier et coordonner les mécanismes cellulaires et moléculaires de la régénération. En utilisant un modèle de recherche non conventionnel émergent, ces résultats offrent de nouvelles perspectives sur les processus régénératifs du corps entier. Ils sont utiles pour des études comparatives, et permettent une meilleure compréhension des capacités de régénération des métazoaires.