Le développement de C. elegans, présenté dans la Figure II.2 (page 19), s’effectue en deux grandes phases : embryonnaire et post embryonnaire. C. elegans possède un tégument transparent dans l’ensemble de son développement. Cette caractéristique permet une bonne observation de ses stades de développement et des effets des différents stress sur l’organisme (e.g. par observations de marqueurs fluorescents tels que la GFP, cf. section III, page 25). Le développement de C. elegans est invariant et le lignage, tout comme sa généalogie cellulaire, sont entièrement déterminés (Brenner, 1974; Byerly et al., 1976; Sulston et al., 1983). Chez l’hermaphrodite adulte, 1 090 cellules sont produites et 131 sont destinées à l’apoptose (Altun & Hall, 2009), alors que chez le mâle adulte, 1 031 cellules sont produites (Lints & Hall, 2009). C. elegans possède six paires de chromosomes dont cinq paires d’autosomes et une paire de gonosomes de type XX pour l’hermaphrodite et XO pour le mâle (Araiz et al., 2008).
Figure II.1 – Schémas de l’anatomie et du mouvement de pompage du pharynx de C. elegans. (A) Le pharynx est un muscle tubulaire divisé en trois régions (corpus, isthmus et bulbe terminal). (B) Schéma simplifié d’une coupe de pharynx. La lumière du pharynx est quasi fermée. Les bandes hachurées représentent l’orientation des fibres musculaires. (C) Vision schématique du mouvement de pompage pharyngien (de haut en bas : phase terminale - fin du mouvement péristaltique, phase de contraction simultanée de tous les muscles, phase de relaxation simultanée). Adapté de Avery & Shtonda (2003).
CHAPITRE II. BIOLOGIE DE CAENORHABDITIS ELEGANS
Figure II.2 – Cycle de vie de C. elegans à 22◦C. La fertilisation intervient à 0 min. (Altun & Hall, 2009)
II.2.1 Embryon
L’embryogenèse est réalisée en deux phases chez C. elegans. Dans un premier temps, a lieu une prolifé- ration avec division cellulaire jusqu’à l’obtention de 550 cellules essentiellement indifférenciées. À la fin de cette première phase, l’embryon est de forme sphéroïde et est composé de trois couches de germes (ecto- derme, mésoderme et endoderme). La seconde phase de l’embryogenèse est la phase d’organogenèse et de morphogénèse. À la fin de cette phase, la larve commence à bouger au sein de l’œuf. (Altun & Hall, 2009)
II.2.2 Stade larvaire
Le développement post-embryonnaire se déroule en quatre stades séparés par des mues durant lesquelles le nématode entre en léthargie (Abada et al., 2009; Alda Álvarez et al., 2005; Altun & Hall, 2009; Araiz
et al., 2008; Jager et al., 2005). C. elegans présente une taille définie température dépendante à chaque
mue (Cf. Tableau II.1, page 16). La taille du corps de C. elegans augmente entre les mues. Ce n’est pas le cas de la taille de sa cavité buccale qui n’augmente que lors des mues (Alda Álvarez et al., 2005; Jager
et al., 2005; Knight et al., 2002). La Figure II.3 (page 21) présente des photographies des différents stades
de développement de C. elegans.
Stade L1
À l’éclosion, la larve est en stade L1. Elle mesure alors environ 250 µm de long, possède 558 cellules et commence à s’alimenter. Le développement post embryonnaire de l’organisme est plus la résultante d’évène- ments d’organogenèse et de modifications de la masse cellulaire que de mitoses (Araiz et al., 2008).
En fonction des conditions environnementales, propices ou non, la larve L1 se retrouve face à trois alternatives : (i) arrêt de la croissance et mort, (ii) passage en stade de résistance ou (iii) passage au stade L2. La première alternative est la résultante d’une absence quasi-totale de nourriture (Cassada & Russell, 1975). En effet, le passage en stade de résistance se réalise en fin de stade L1 (Hu, 2007) (Cf. section II.2.3, page 21). Enfin, dans le cas où les conditions environnementales sont favorables, la larve continue sa croissance.
Stade L2
Selon Altun & Hall (2009), peu de divisions cellulaires se produisent durant le stade L2. Cet auteur indique que les cellules germinales font partie des rares cellules à se diviser durant ce stade et qu’elles quadruplent leur nombre.
Stade L3
Selon Alda Álvarez et al. (2005), la fin du troisième stade larvaire est caractérisée par un changement dans la production des gamètes chez l’hermaphrodite. Ainsi, les gamètes mâles situées dans la partie proximale de la gonade deviennent matures. Cela entraine un changement dans le type de gamète maturé dans la partie distale de la gonade. Désormais, seules des ovocytes seront maturée.
Stade L4
Le stade L4 est marqué par la fin du processus de gonadogénèse et par la génération des cellules terminales de la vulve et de l’utérus (Altun & Hall, 2009).
Stade Adulte
À environ 48 h (à 22◦C) après l’éclosion, un hermaphrodite mature commence à pondre ses premiers œufs (Byerly et al., 1976). L’hermaphrodite adulte pond alors jusqu’à épuisement de sa réserve de sperme (soit environ quatre jours). Il vit ensuite pendant encore 10 à 15 jours. L’hermaphrodite peut aussi être fécondé par des mâles. Dans un tel cas, la ponte peut se poursuivre jusqu’à épuisement du stock d’ovocytes (Alda Álvarez et al., 2005). Il semblerait néanmoins qu’un hermaphrodite fécondé par un mâle aura une durée de vie plus courte à cause de dommages physiques directs ou de transmission de parasites sexuels (Gems & Riddle, 1996).
CHAPITRE II. BIOLOGIE DE CAENORHABDITIS ELEGANS
Figure II.3 – Photos des stades de développement de C. elegans au microscope à contraste interférentiel. La barre d’échelle représente 100 µm (adapté de Altun & Hall, 2009)
II.2.3 Développement en conditions défavorables
Stade dauer
Le stade dauer est un stade de résistance — pouvant durer plusieurs mois — durant lequel C. elegans ne s’alimente pas (Cassada & Russell, 1975; Félix & Braendle, 2010). À la fin du stade L1, l’organisme peut entrer en stade dauer si les conditions environnementales — faible quantité de nourriture, forte densité de population ou forte température — ne sont pas favorables à sa croissance (Cassada & Russell, 1975; Hu, 2007). Ainsi, Félix & Duveau (2012) ont systématiquement retrouvé des individus en stade dauer ou pré-dauer lorsque la densité de population dépassait les 1 000 individus. Le passage en stade de résistance implique alors la formation d’une larve de stade pré-dauer (L2d) (Altun & Hall, 2009; Hu, 2007) qui peut se transformer en dauer ou reprendre un cycle normal en devenant une larve L3. Le passage en stade dauer est régulé grâce aux récepteurs chimiosensoriels de C. elegans (Bargmann, 2006) qui vont lui permettre de déterminer si les conditions environnementales (i.e. disponibilité de la nourriture, température, densité de population, toxicité du milieu) lui sont favorables.
Dans le cas où les conditions environnementales ne se sont pas améliorées lors du stade L2d, la larve passe dans un état de non vieillissement (stade dauer). En effet, le temps passé en stade dauer n’influe pas sur le temps de vie de la larve post-dauer. Durant ce stade de résistance, la larve ne se nourrit pas et a tendance à se déplacer très peu (Cassada & Russell, 1975; Félix & Braendle, 2010; Gaglia & Kenyon, 2009; Hu, 2007). La larve dauer peut survivre plusieurs mois dans l’attente d’une amélioration des conditions environnementales (Altun & Hall, 2009).
Le stade dauer prend fin lorsque les conditions environnementales redeviennent favorables. Ainsi, en moins de trois heures après la détection de nourriture, l’organisme quitte le stade dauer et commence à manger. Moins de 10 heures plus tard, il mue en L4 (Altun & Hall, 2009; Hu, 2007).
Autres formes de résistance
Félix & Braendle (2010) décrivent d’autres formes de résistance qui peuvent être mises en place par
C. elegans lors de ses autres stades de vie. Ainsi, une larve de stade L4 en situation de faible quantité de
nourriture pourra faire entrer sa reproduction en diapause. Dans le cas où le nématode est au stade de vie adulte, la production d’ovocytes s’arrêtera. Néanmoins, les ovocytes déjà fécondés seront retenus dans le corps de l’hermaphrodite où ils vont éclore. Selon Félix & Braendle (2010), cela permettrait d’assurer la présence de nourriture à travers le cannibalisme du corps de l’hermaphrodite et par conséquent la survie d’un petit nombre de descendants.