Caenorhabditis elegans

Par Patrick Pla, Université Paris-Saclay

Vidéo introductive sur C. elegans (activez les sous-titres pour la version française) :

Développement embryonnaire de C. elegans en accéléré :

Caenorhabditis elegans est un Nématode, donc un Ecdysozoaire (comme la drosophile). Il possède une cuticule dont la mue est contrôlée par des Ecdystéroïdes. Contrairement à la drosophile, son corps n’est pas métamérisé et il a l’aspect d’un ver rond. Avec un cycle de vie de quelques jours seulement (dont un développement embryonnaire qui ne dure que 16 heures), une capacité à survivre dans un congélateur indéfiniment en état de vie ralenti, un plan corporel simple, une petite taille (1 mm de long) et un cycle de vie inhabituel bien adapté aux études génétiques, il a tout d’un organisme modèle idéal.

*Adulte hermaphrodite de Caenorhabditis elegans. La partie antérieure est en haut et la partie postérieure en bas à gauche. L’animal fait 1 mm de longueur. Source : https://www.sdbcore.org/object?ObjectID=325&SubTopicID=17

*Cycle de vie de Caenorhabditis elegans. Dans des conditions normales de laboratoire, C. elegans passe par quatre stades larvaires (L1 à L4) en environ 35h, et les larves L4 muent en adultes, qui survivent pendant environ trois semaines. Dans des conditions défavorables (faible nourriture ou surpeuplement), les larves L1 peuvent suivre une voie alternative dauer dans laquelle elles sont capables de vivre pendant quelques mois et poursuivent un cycle de vie normal lorsque les conditions favorables sont revenues. Source : https://www.mdpi.com/2073-4409/10/8/1966

Son principal atout est son nombre restreint et précis de cellules. L’adulte de C. elegans comporte exactement 959 cellules somatiques (et un nombre variable d’ovules et de spermatozoïdes). Parmi ces 959 cellules, il y a 302 neurones et 56 cellules gliales. C’est un degré inhabituel de précision quantitative pour le nombre de cellules d’un animal. Cela est du à la succession de divisions stéréotypées, au positionnement des cellules, à l’orientation des divisions et des attributions des destinées cellulaires. Une description minutieusement détaillée de la séquence des événements menant aux différents lignages cellulaires et à toutes les cellules différenciées est disponible.

Son connectome, c’est-à-dire l’ensemble des connections des neurones de son système nerveux (7.600 synapses), a été étudié depuis 1986 et est entièrement connu depuis 2019 (White et al., 1986, Cook et al., 2019).

L’ensemble du lignage embryonnaire de C. elegans est disponible sur ce lien.

Des méthodes de traitement d’images se développent pour pouvoir encore mieux suivre les cellules une par une de C. elegans, notamment dans la période tardive du développement embryonnaire et lors du développement larvaire où les muscles de l’animal sont actifs et où il se plie et se replie sur lui-même. Voir par exemple cette vidéo (Christensen et al., 2021) où on « déplie » virtuellement un embryon de C. elegans pour mieux apprécier l’organisation de ses neurones.

La découverte du premier effecteur animal de l’apoptose, Ced-3, a été réalisée chez Caenorhabditis elegans en 1986 (Ellis et Horvitz, 1986, lien vers une version commentée de cet article). Cet organisme modèle se prêtait bien à ce genre d’étude car on connaît très précisément le nombre de ses cellules à tout stade de développement et donc une apoptose diminuée chez un mutant ne pouvait pas passer inaperçue.

*Absence de mort cellulaire chez le mutant ced-3 de C. elegans. a) Vue en Nomarski d’une larve nouvellement éclose. Les flèches indiquent des cellules mourantes. (b) Chez une larve mutante ced-3 au même stade, on n’observe pas ces cellules. Les pointes de flèches indiquent plusieurs des noyaux qui peuvent être vus dans les deux animaux pour montrer que l’on observe la même région, au même stade. Barre d’échelle = 10 micromètres. Source : https://els-jbs-prod-cdn.jbs.elsevierhealth.com/pb/assets/raw/journals/research/cell/libraries/annotated-classics/ACEllis.pdf

L’un des tout premier miRNA caractérisé, Let-7 (abréviation de lethal-7), a été découvert chez C. elegans (Reinhardt et al., 2000). Il inhibe l’expression de la protéine Ras et chez les Mammifères, il joue in rôle important pour éviter certains cancers.

Son génome de 130 millions de paires de bases a été le premier génome séquencé chez un animal (1998). Il code environ 21 000 protéines, et de nombreux mutants et autres outils sont disponibles pour l’analyse fonctionnelle des gènes. Bien que le ver ait un plan corporel très différent du nôtre, la conservation des mécanismes biologiques a suffi à ce que ce ver soit un modèle pour de nombreux processus de développement et de biologie cellulaire qui se produisent dans le corps humain (divisions asymétriques, apoptose…).

C. elegans est hermaphrodite, produisant des spermatozoïdes au stade larvaire L4 puis ensuite des ovocytes. Il peut exister quelques mâles dans les populations, qui sont XO (alors que les hermaphrodites sont XX).

En laboratoire, on cultive C. elegans sur des plaques d’agar ensemencées avec Escherichia coli comme source de nourriture.

POUR ALLER PLUS LOIN

Pour voir ce qu’a apporté l’étude de Caenorhabditis elegans
sur les divisions asymétriques,
suivre ce lien

Site de référence sur Caenorhabditis elegans

QUELQUES LABORATOIRES FRANCOPHONES QUI TRAVAILLENT SUR CE MODELE :

Equipe « Autophagie et développement » – I2BC, Université Paris-Saclay

Equipe « Plasticité et reprogrammation directe chez C. elegans » – IGBMC, Strasbourg