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© Thibaut Brunet
C. flexa colonies fixed at different stages of inversion

Présentation

Nous étudions un problème simple, mais encore non résolu : quelle était la forme des premiers animaux ? Comment les mécanismes morphogénétiques du développement animal ont-ils émergé au cours de l’évolution ? Bien que les premiers ancêtres multicellulaires des animaux aient sans doute été microscopiques (et donc trop petits pour être fossilisés), ces questions peuvent être abordées par l’étude comparative de groupes actuels. Notre équipe explore la biologie cellulaire, la morphogenèse et le comportement des choanoflagellés, les plus proches parents connus des animaux. Les choanoflagellés peuvent alterner entre modes de vie unicellulaire et multicellulaire, sont capables de différenciation cellulaire temporelle, et sont maintenant à portée des techniques de manipulation génétique. Nous cherchons à comprendre le contrôle de la forme cellulaire des choanoflagellés, comment cette forme est modulée de façon active et dynamique en réponse aux signaux de l’environnement, et comment certains choanoflagellés se développent en colonies multicellulaires capables de comportements collectifs émergents. Nous abordons ces questions par une approche comparative interdisciplinaire, appliquant des concepts et des outils issus de plusieurs disciplines (biologie cellulaire, biologie du développement, biologie moléculaire, biophysique) à multiples espèces de choanoflagellés, dont les espèces-modèles Salpingoeca rosetta et Monosiga brevicollis, ainsi que l’espèce récemment découverte Choanoeca flexa.

Unicellular form of S. rosetta and multicellular form of C. flexa

Projets

Our research follows 4 main directions:

1. Multicellular inversion and the origin of collective contractility: In 2018, we co-discovered Choanoeca flexa, a new species of choanoflagellate that forms cup-shaped hemispherical colonies capable of fast and reversible inversions of their global curvature in a matter of seconds. We are actively researching the sensory pathways that control inversion as well as the intracellular and intercellular mechanisms that realize it.

2. Evolution of cell adhesion and the origin of epithelia: We are also interested in understanding how the first epithelia evolved. What were the early molecular and biophysical principles of intercellular adhesion? What were early tissues like and how did they function? We are addressing this topic by dissecting mechanisms of intercellular adhesion in choanoflagellate colonies.

3. Evolution of cellular proprioception and of the amoeboid switch: in 2021, we reported a novel cellular phenotype in choanoflagellates: subjected to confinement, they retract their microvilli and flagellum, and switch to an amoeboid phenotype that uses blebs to escape from confined microenvironments. We want to uncover the mechanisms of this switch: how do choanoflagellates detect confinement, and how are cell shape and behavior dramatically remodeled in a matter of seconds?

4. Morphogenesis in single cells: Morphogenesis does not only exist in organisms, and single eukaryotic cells often present strikingly elaborate shapes. The most conspicuous morphological feature of choanoflagellates is the “collar complex”: a ring of microvilli that surrounds their flagellum. We want to understand how the collar complex is assembled, and to reconstitute its evolutionary history.

Publications

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Images & Médias

The choanoflagellate Salpingoeca urceolata performing amoeboid crawling under confinement (Brunet et al 2021)

Stages in the inversion behavior of C. flexa illustrated in distinct fixed samples (green = cytoplasm, red = F-actin). (Tomancak, 2019)

C. flexa in its flagella-in conformation (green = cytoplasm, red = F-actin)

C. flexa in its flagella-out conformation (green = cytoplasm, red = F-actin)

Both conformations of C. flexa side-by-side (green = cytoplasm, red = F-actin)