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Denis Duboule

Chaire Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

Déterminisme et stochasticité au cours du développement neuronal

Conférence - Claude Desplan : Phéromones et sociétés

Claude Desplan

Silver Professor, Département de Biologie, Université de New York, États-Unis

Résumé

Toute société dépend de communications étroites entre ses membres, à tous les niveaux de leurs contributions. Dans les colonies souterraines de fourmis, ces communications sont avant tout médiées par des phéromones. Ceci a amené à une augmentation exponentielle du nombre de gènes codant pour les récepteurs olfactifs, similaire a ce qui est observé chez les mammifères nocturnes comme les souris. Comment le système olfactif peut-il gérer ces centaines de gènes afin de s'assurer qu'un seul gène soit exprimé dans chaque neurone ? Les mécanismes de choix stochastiques seront décrits et comparés aux vertébrés.

Biographie

Claude Desplan est professeur titulaire de la chaire Silver de biologie et de neurosciences à l'Université de New York. Né en Algérie, il a étudié à l'École Normale Supérieure de Saint-Cloud. Il a obtenu son doctorat en sciences à l'INSERM de Paris en 1983 et a rejoint Pat O'Farrell à UCSF en tant que postdoctorant. C'est là qu'Il y a démontré que le domaine homeotique, une signature conservée de nombreux gènes de développement, est un motif de liaison à l'ADN. En 1987, il a rejoint l'Université Rockefeller en tant qu'Assistant/Associate Professeur associé l'institut Howard Hughes où il a poursuivi ses études structurales sur le domaine homéotique et son rôle dans l'évolution de la formation des axes embryonnaires. En 1999, Dr Desplan a rejoint l'Université de New York (NYU) comme Professeur. Il étudie la génération de la diversité neuronale en utilisant le système visuel de la drosophile ainsi que le vieillissement et le rôle des phéromones chez les animaux sociaux comme les fourmis. Il est membre de l'Académie nationale des sciences des États-Unis et membre élu de l'EMBO et a reçu de nombreux prix y compris la médaille Conklin de la Société Américaine de Biologie du développement (SDB). Son laboratoire a produit de très nombreux chercheurs qui dirigent leurs travaux dans plusieurs parties du monde.

Denis Duboule

Chaire Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

Déterminisme et stochasticité au cours du développement neuronal

Conférence - Claude Desplan : Adaptation évolutive de la neurogenèse des centres de l'apprentissage

Claude Desplan

Silver Professor, Département de Biologie, Université de New York, États-Unis

Résumé

Le centre d'apprentissage des insectes, le « corps pédonculé » (mushroom body) reçoit les stimuli sensoriels, en particulier les stimuli olfactifs, et les associe avec une récompense ou une punition. C'est la structure la plus similaire au cortex mammifère. Comment des comportements d'apprentissage sophistiqués chez des animaux eusociaux (par exemple les fourmis) sont-ils contrôlés par une augmentation énorme du nombre de neurones et de leurs types cellulaires ? Les mécanismes découverts seront comparés à l'évolution du cortex des mammifères.

Biographie

Claude Desplan est professeur titulaire de la chaire Silver de biologie et de neurosciences à l'Université de New York. Né en Algérie, il a étudié à l'École Normale Supérieure de Saint-Cloud. Il a obtenu son doctorat en sciences à l'INSERM de Paris en 1983 et a rejoint Pat O'Farrell à UCSF en tant que postdoctorant. C'est là qu'Il y a démontré que le domaine homeotique, une signature conservée de nombreux gènes de développement, est un motif de liaison à l'ADN. En 1987, il a rejoint l'Université Rockefeller en tant qu'Assistant/Associate Professeur associé l'institut Howard Hughes où il a poursuivi ses études structurales sur le domaine homéotique et son rôle dans l'évolution de la formation des axes embryonnaires. En 1999, Dr Desplan a rejoint l'Université de New York (NYU) comme Professeur. Il étudie la génération de la diversité neuronale en utilisant le système visuel de la drosophile ainsi que le vieillissement et le rôle des phéromones chez les animaux sociaux comme les fourmis. Il est membre de l'Académie nationale des sciences des États-Unis et membre élu de l'EMBO et a reçu de nombreux prix y compris la médaille Conklin de la Société Américaine de Biologie du développement (SDB). Son laboratoire a produit de très nombreux chercheurs qui dirigent leurs travaux dans plusieurs parties du monde.

Denis Duboule

Chaire Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

Déterminisme et stochasticité au cours du développement neuronal

Conférence - Claude Desplan : Du système visuel au cortex : lignages stochastiques chez les invertébrés et mammifères

Claude Desplan

Silver Professor, Département de Biologie, Université de New York, États-Unis

Résumé

Le cortex des mammifères se développe à partir de cellules souches qui se divisent pour produire de façon séquentielle les six couches corticales en commençant par les couches les plus profondes. Cependant, chaque couche contient de nombreux types neuronaux. En utilisant un modèle simple (le système visuel de la drosophile), nous montrerons comment une désynchronisation entre les divisions cellulaires des cellules souche neuronales et leur progression temporelle donne lieu à une production stochastique d'une grande variété de neurones, et comment ce concept peut être appliqué à la neurogénèse du cortex ou de la rétine mammifère.

Biographie

Claude Desplan est professeur titulaire de la chaire Silver de biologie et de neurosciences à l'Université de New York. Né en Algérie, il a étudié à l'École Normale Supérieure de Saint-Cloud. Il a obtenu son doctorat en sciences à l'INSERM de Paris en 1983 et a rejoint Pat O'Farrell à UCSF en tant que postdoctorant. C'est là qu'Il y a démontré que le domaine homeotique, une signature conservée de nombreux gènes de développement, est un motif de liaison à l'ADN. En 1987, il a rejoint l'Université Rockefeller en tant qu'Assistant/Associate Professeur associé l'institut Howard Hughes où il a poursuivi ses études structurales sur le domaine homéotique et son rôle dans l'évolution de la formation des axes embryonnaires. En 1999, Dr Desplan a rejoint l'Université de New York (NYU) comme Professeur. Il étudie la génération de la diversité neuronale en utilisant le système visuel de la drosophile ainsi que le vieillissement et le rôle des phéromones chez les animaux sociaux comme les fourmis. Il est membre de l'Académie nationale des sciences des États-Unis et membre élu de l'EMBO et a reçu de nombreux prix y compris la médaille Conklin de la Société Américaine de Biologie du développement (SDB). Son laboratoire a produit de très nombreux chercheurs qui dirigent leurs travaux dans plusieurs parties du monde.

Denis Duboule

Chaire Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

Déterminisme et stochasticité au cours du développement neuronal

Conférence - Claude Desplan : Contributions spatiales et temporelles à la diversification neuronale

Claude Desplan

Silver Professor, Département de Biologie, Université de New York, États-Unis

Résumé

Le cerveau humain contient un immense nombre de types neuronaux. Comment est établie cette diversité au cours du développement ? L'origine spatiale des cellules souche neuronales ainsi que l'évolution temporelle de ces cellules souche au cours de leurs divisions contribuent à cette diversité. En utilisant des systèmes cérébraux plus simples, nous décrirons les mécanismes moléculaires impliqués dans ces processus développementaux et comment ils s'appliquent au développement cortical humain.

Biographie

Claude Desplan est professeur titulaire de la chaire Silver de biologie et de neurosciences à l'Université de New York. Né en Algérie, il a étudié à l'École Normale Supérieure de Saint-Cloud. Il a obtenu son doctorat en sciences à l'INSERM de Paris en 1983 et a rejoint Pat O'Farrell à UCSF en tant que postdoctorant. C'est là qu'Il y a démontré que le domaine homeotique, une signature conservée de nombreux gènes de développement, est un motif de liaison à l'ADN. En 1987, il a rejoint l'Université Rockefeller en tant qu'Assistant/Associate Professeur associé l'institut Howard Hughes où il a poursuivi ses études structurales sur le domaine homéotique et son rôle dans l'évolution de la formation des axes embryonnaires. En 1999, Dr Desplan a rejoint l'Université de New York (NYU) comme Professeur. Il étudie la génération de la diversité neuronale en utilisant le système visuel de la drosophile ainsi que le vieillissement et le rôle des phéromones chez les animaux sociaux comme les fourmis. Il est membre de l'Académie nationale des sciences des États-Unis et membre élu de l'EMBO et a reçu de nombreux prix y compris la médaille Conklin de la Société Américaine de Biologie du développement (SDB). Son laboratoire a produit de très nombreux chercheurs qui dirigent leurs travaux dans plusieurs parties du monde.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Nathalie Feiner: Understanding the Evolution of Natural Syndromes Through the Lens of Development

Speaker:

Nathalie Feiner

Max Planck Institute for Evolutionary Biology, Plön, Germany

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Patrick Lemaire: Harnessing Inter-Individual Morphological and Molecular Variations to Unravel Ascidian Developmental Logic

Speaker:

Patrick Lemaire

Montpellier Biology Research Center (CRBM-CNRS), Montpellier, France

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Patrícia Beldade: The Evolution of the Environmental Regulation of Development'

Speaker:

Patrícia Beldade

Department of Animal Biology, Faculty of Sciences, University of Lisbon, Portugal

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Joost Woltering: Beyond Adaptation: How Genetic Architecture Shapes the Fish Dermal Skeleton

Speaker:

Joost Woltering

Department of Biology, University of Konstanz, Konstanz, Germany

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Stefan Mundlos: Synthetic Genomics and Large Cargo Genome Engineering for the Study of Evolutionary Traits'

Speaker:

Stefan Mundlos

Max Planck Institute for Molecular Genetics, Berlin, Germany

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Francisca Martinez-Real: Regulatory Mechanisms Underlying Forelimb Adaptation in Moles

Speaker:

Francisca Martinez-Real

Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), Sevilla, Spain

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Henrik Kaessmann: The Origins and Molecular Evolution of Vertebrate Organs

Speaker:

Henrik Kaessmann

ZMBH - Center for Molecular Biology, Heidelberg University, Heidelberg, Germany

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Eglantine Heude : Developmental and Evolutionary Origins of the Tetrapod Neck

Speaker:

Eglantine Heude

Institut de génomique fonctionnelle de Lyon (IGFL) ENS de Lyon/CNRS UMR5242, France

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

Colloque - L'évolution des mécanismes du développement

Symposium - The Evolution of Developmental Mechanisms

Denis Duboule : Welcome and Introduction

Intervenant(s)

Denis Duboule, Professeur du Collège de France

La théorie de la sélection naturelle explique comment certaines formes sont soit maintenues, soit éliminées, selon leurs adaptations aux environnements et aux conditions naturelles. Mais comment ces formes différentes sont-elles initialement produites ? Quelle est la nature de la variation naturelle ? C'est pendant leur développement que les animaux peuvent dévier de leurs trajectoires et ainsi produire des formes nouvelles pouvant à terme être fixées suite à leurs potentiels adaptatifs. C'est donc dans l'étude des mécanismes du développement embryonnaire et de leurs modifications que se trouvent les réponses à la question de la variation des animaux. Depuis trente ans et l'émergence du séquençage des génomes, le lien entre ces mécanismes et notre ADN s'est matérialisé, ouvrant ainsi un nouveau champ d'études qui tentent de trouver dans notre matériel génétique les bases de ces modifications évolutives. Le colloque de cette année fait le point sur ces avancées en proposant quelques exemples marquants.

Natural selection explains how certain forms are either preserved or eliminated, depending on their adaptations to their environments and natural conditions. But how are these different forms initially produced? What is the nature of natural variation? It is during their development that animals can deviate from their expected trajectories and thus produce new forms that may eventually become fixed due to their adaptive potential. It is therefore in the study of the mechanisms of embryonic development and their modifications that the answers to the question of animal variation lie. Over the past 30 years, with the advent of genome sequencing, the link between these mechanisms and our DNA has become clear, opening up a new field of study that seeks to identify the foundations of these evolutionary changes within our genetic material. This year's symposium takes stock of these advances by presenting several notable examples.

Le colloque est en anglais.

Denis Duboule

Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

04 - L'ADN, acteur et témoin de l'évolution des animaux : Les gènes Hox et la formation de la queue ; approche ciblée

Résumé

Les gènes Hox et la formation de la queue. Approche par l'analyse globale de variants évolutifs intraspécifiques et par des études ciblées de gain de fonction.

Cette quatrième leçon commence par un bref rappel de quelques points clés développés dans la leçon précédente, concernant en particulier l'étude d'une publication récente qui s'intéresse à la question de l'évolution de la longueur de la queue, en l'abordant au niveau de populations de souris évoluant dans des habitats différents, et en utilisant les outils de la génétique quantitative qui permettent d'isoler des loci à trait quantitatif (QTL). Dans le système discuté (des écotypes différents de la souris silvestre peromyscus maniculatus), pas moins de six loci quantitatifs différents sont impliqués dans les variations de la longueur de la queue. Un gène candidat potentiel est le gène Hoxd13 dont la quantité d'ARNm semble diminuer chez les animaux montrant une queue plus longue. Des hypothèses sont discutées qui expliquent comment ce gène pourrait agir sur cette réduction, la plus probable étant une augmentation de la population de cellules progénitrices présentes dans le bourgeon de la queue, permettant ainsi un allongement plus important.

Cet effet quantitatif du gène Hoxd13 est renforcé par l'analyse d'études précédentes qui montraient que lorsque ces gènes Hox13 sont exprimés trop tôt et de façon trop antérieure (gain de fonction), le phénotype inverse était obtenu, à savoir une réduction, voire même une troncation importante de la queue. La fin de cette leçon est consacrée aux mécanismes de formation des vertèbres et de leur nombre, revenant ainsi sur la question initiale du cours, à savoir la façon dont l'ADN peut modifier des structures au cours de l'évolution ainsi que la relation qui existe entre ce système de « codage » génétique, d'une part, (notre génome), et l'apparition des formes, d'autre part.

Denis Duboule

Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

03 - L'ADN, acteur et témoin de l'évolution des animaux : Les gènes Hox et la formation de la queue ; approche globale

Résumé

Tbxt et la disparition de la queue chez les grands singes et chez l'homme. Approche ciblée. Les gènes Hox et la formation de la queue. Approche par l'analyse globale de variants évolutifs intraspécifiques.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

02 - L'ADN, acteur et témoin de l'évolution des animaux : La disparition de la queue chez les grands singes

Résumé

Rappel des points importants de la leçon précédente. Histoire du locus T et clonage du gène Tbxt. Importance potentielle de ce gène dans la perte de la queue chez les hominidés, suite à un phénomène de saut d'exon spécifique aux humains et aux grands singes.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2025-2026

01 - L'ADN, acteur et témoin de l'évolution des animaux : L'ADN, cause proximale ou cause ultime de notre évolution ?

Résumé

Cette première leçon commencera par un rappel des principes fondamentaux de la discipline de l'évo-dévo, avec un aspect historique touchant à l'importance de l'ADN en tant que source potentielle de variations évolutives. Ensuite, le « locus T », et son importance dans le développement de la génétique moléculaire des mammifères, sera présenté, également de façon historique, avant d'arriver au clonage du gène central de ce locus, le gène Tbxt (ou T ou Brachyurie).

Denis Duboule

Chaire Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

Nos ancêtres les poissons

Conférence - Neil Shubin : How Do New Biological Inventions Arise in Evolution? Lessons from Fossils, Embryos, and Genes

Neil Shubin

Université de Chicago, Président élu de l'Académie nationale des sciences (NAS), États-Unis

Résumé

When we look at the history of life at a grand scale, from the earliest single celled organism to complex animals alive today, we see a past filled with great revolutions. Major transformations pervade this history, involving new features, new developmental processes, new ways of living, and new ecological interactions. In our own lineage, over the past 500 million years some fish evolved to live on land, reptiles evolved to fly, and primates evolved the ability to talk, walk, and think. For each of these major transitions we recognize features that allowed them to happen. The standard view is that these innovations were enablers for a major revolution: for example, feathers arose for flight, lungs, for life on land, etc. But this view couldn't be farther from the truth. Lungs evolved in fish well before they ever took steps on land, feathers arose in dinosaurs before they could fly, and so on. The features that play a role in great evolutionary changes arise by repurposing existing features for new functions. This view of evolutionary tinkering, first pioneered by François Jacob in the 1970's, carries profound implications for modern molecular and paleontological evolutionary biology.

Denis Duboule

Chaire Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

Nos ancêtres les poissons

Conférence - Neil Shubin : The Evolutionary Origins of Bones and Teeth

Neil Shubin

Université de Chicago, Président élu de l'Académie nationale des sciences (NAS), États-Unis

Résumé

Teeth and bones are fundamental features of vertebrate organisms. The earliest vertebrates date from fossils that are over 500 million years old and existed at the time of the Cambrian Explosion, a great burst of innovation in the evolutionary history. The first creatures with tissues similar to our teeth and bones aren't seen until tens of millions of years later. Some of these reports have been controversial because challenges imaging the fossils and comparing the tissues between fossil and living forms. New imaging technologies have transformed our ability to study this issue. Studies from multiple laboratories have revealed that tissues equivalent to our teeth and bones originally evolved outside the body—in the bony exoskeletons of our jawless fish ancestors. Inside this exoskeletal armor are small structures that are distinctly toothlike. Detailed comparisons of these features among living and fossil vertebrates and invertebrates reveal that the earliest teeth likely had a sensory function in the external tissues of these fish. Assessing diverse fossil fish reveals that many distinct features of our bones and teeth, such as the capacity to remodel, originally came about in jawless fish.

Denis Duboule

Chaire Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

Nos ancêtres les poissons

Conférence - Neil Shubin : Discovering How Fish Evolved to Walk

Neil Shubin

Université de Chicago, Président élu de l'Académie nationale des sciences (NAS), États-Unis

Résumé

The ability to walk is fundamental to human lives. Like all our biological features walking has a complex and deep history. It is most commonly thought that walking arose as fish made the evolutionary transition to land, shifting from an aquatic environment to a terrestrial one. In this view, the transition out of water meant that animals now had to evolve new mechanisms to deal with gravitational loads. As a consequence, they developed more mobile joints, arm and leg bones with robust connections for expanded locomotory muscles, and other structures to allow them to move about. Surprising, this very intuitive view is not supported either by comparative anatomy or the fossil record. The closest fish relatives to terrestrial vertebrates were capable of walking with four appendages, a fact seen in the structure of the bones and joints in their fins. Moreover, walking either on four appendages or two is commonly seen in aquatic fish ranging from sharks, lobe fin fishes, and diverse ray finned fishes. Indeed, many of these fish use alternating gaits and appendage motions in aquatic settings that are similar to terrestrial tetrapods. This observation leaves open the question of why fish walk in water instead of swimming. To answer these questions scientists have developed underwater treadmills, experiments training fish to walk, and robots that simulate walking behaviors. One major factor in the origin of fish walking, hence our own, is energetics: at slow speeds, and in certain environmental conditions is it energetically more efficient to walk than swim.

Denis Duboule

Chaire Évolution du développement et des génomes

Collège de France

Année 2025-2026

Conférence - Neil Shubin : Nos ancêtres les poissons : Finding The History We Share With Fish

Neil Shubin est invité par l'assemblée du Collège de France sur proposition du Pr Denis Duboule.

Présentation

Il y a 380 millions d'années, nos ancêtres les poissons développaient des structures permettant la colonisation du milieu terrestre. Comment pouvons-nous, aujourd'hui, tenter de reconstituer cette transition évolutive extraordinaire afin d'essayer de comprendre comment cela a pu se passer ?

This lecture will explore the deep history of our bodies, one that extends billions of years. As we uncover new fossils, understand the patterns and mechanisms that form diverse animal bodies, and compare the anatomy of organ systems of creatures alive today, we find that every structure in our bodies contains artifacts of our branch of the tree of life. Our limbs are based on the pattern of bones first seen in ancient fish as is the patterns of nerves, muscles, and organs in our circulatory, excretory, and nervous systems. The profound connections we share with the rest of life of our planet also inform biomedical studies. Analyses of fish play important roles in understanding and treating diverse human diseases.

Neil Shubin

Université de Chicago, Président élu de l'Académie nationale des sciences (NAS), États-Unis.

Le Pr Neil Shubin est une figure dans le domaine de la paléontologie moderne, en particulier en ce qui concerne l'acquisition des caractères des animaux vertébrés au moment de leur transition d'un milieu aquatique vers un milieu terrestre. Une de ses découvertes majeures est celle de Tiktaalik, un fossile de la période du dévonien (un poisson sarcoptérygien) trouvé lors de fouilles qu'il effectue au Groenland et publié en 2006. Ce fossile, en effet, est une sorte de chaînon manquant entre les tétrapodes et nos ancêtres les poissons, un fossile qui eut un retentissement planétaire lors de sa publication.

En plus de ses qualités de chercheur de terrain, Neil Shubin est un communicateur de science hors pair et reconnu. Ses livres (entre autres, The Inner Fish traduit en français chez Laffont : Au commencement était le poisson) lui ont valu une reconnaissance publique et médiatique rare dans ce domaine, pour laquelle il a reçu de nombreuses distinctions, couronnée par son élection récente à la présidence de la prestigieuse Académie nationale des sciences des États-Unis. Son nouveau livre Ends of the Earth vient de paraître (février 2025).

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Alex Stark : Decoding Transcriptional Regulation

Intervenant(s)

Alex Stark, IMP, Vienna BioCenter, Vienna, Austria

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Justin Crooker : Exploring the Evolutionary Limits of Transcriptional Enhancers

Intervenant(s)

Justin Crooker, EMBL, Heidelberg, Germany

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Ana Pombo : Variations in 3D Genome Structure Between Cell Types and in Stimulus Responses

Intervenant(s)

Ana Pombo, Max-Delbrück-Centrum for Molecular Medicine, Berlin, Germany

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Alexandre Mayran : Cooperative Assignment of Enhancer Activity Underlies Pattern Formation and Cell Fate Specification

Intervenant(s)

Alexandre Mayran, École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) Suisse

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Susanne Mandrup : Transcriptional Networks and Chromatin Architecture Regulating Adipogenesis

Intervenant(s)

Susanne Mandrup, Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Southern Denmark

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Renée Beekman : Translocations Can Drive Expression Changes of Multiple Genes in Regulons Covering Entire Chromosome Arms

Intervenant(s)

Renée Beekman, CRG, Single Cell Epigenomics and Cancer Development, Barcelona, Spain

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Duncan Odom : Enhancers Sequences and Gene Regulation : Mechanisms of Mammalian Genome Control and Evolution

Intervenant(s)

Duncan Odom, DKFZ, Division of Regulatory Genomics and Cancer Evolution, Heidelberg, Germany

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Mira T. Kassouf : Using a Model Locus to Understand Enhancer-driven Gene Regulation

Mira T. Kassouf

Radcliff Department of Medicine, Medical science division, University of Oxford, UK

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Wendy Bickmore : Role of the 3D Genome in Enhancer Driven Gene Regulation

Intervenant(s)

Wendy Bickmore, MRC Human Genetics Unit, Institute of Genetics and Cancer, University of Edinburgh, Scotland

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Guillaume Andrey : Exploring the Cis-Regulatory Controls of Developmental Gene Trajectories

Intervenant(s)

Guillaume Andrey, Department of Genetic Medicine and Development Faculty of Medicine, University of Geneva, Switzerland

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

Colloque : Enhancers Sequences and Gene Regulation

Denis Duboule : Welcome and Introduction

Intervenant(s)

Denis Duboule, Professeur du Collège de France

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

06 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Évolution des séquences de régulation

Résumé

Différents mécanismes conduisant au rapprochement des enhancers de leurs gènes cibles. Dépendance et non-dépendance à CTCF. Pathologies induites par des causes impliquant des enhancers (enhanceropathies) et fonction des éléments transposables dans l'évolution des régulations génétiques.

Dans cette sixième et dernière leçon, différents mécanismes permettant de rapprocher des séquences régulatrices de leurs gènes cibles sont discutés. Alors que certains de ces mécanismes dépendent de la présence de CTCF, d'autres en sont indépendants.

Ensuite, la discussion porte sur les enhanceropathies, i.e., les pathologies dérivant de problèmes liés aux séquences régulatrices et non aux gènes eux-mêmes. Des exemples sont montrés, qui illustrent différentes catégories de telles pathologies, de l'absence pure et simple d'un enhancer à des remaniements complexes du génome qui affectent les contacts entre enhancers et promoteurs. Le cours se termine sur un bref aperçu de l'importance critique des éléments transposables dans l'évolution des régulations.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

05 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Logique et grammaire des séquences « enhancer »

Résumé

Types de paysages de régulations. Analyse des architectures chromatiniennes au niveau de la cellule unique par microscopie à super résolution.

Dans cette cinquième leçon, différents types d'organisation topologiques d'enhancers sont décrits, en particulier ceux permettant une expression pleïotropique du gène cible. Comment différents enhancers disposés dans le même domaine chromatinien peuvent être mobilisés dans des combinaisons différentes, avec des spécificités spatio-temporelles distinctes ?

Ensuite la question de l'analyse des architectures chromatiniennes au niveau de la cellule unique est posée, puisque les analyses courantes traitent d'un ensemble de cellules et donnent donc une représentation combinée d'un ensemble de possibilités, exclusives les unes des autres pour un allèle donné. Une étude est présentée qui utilise la microscopie à super résolution (STORM) pour établir le nombre de configurations possibles et leurs représentativités au locus du gène Sonic hedgehog (Shh).

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

04 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Éléments transposables et séquences « enhancer » ?

Résumé

L'origine possible des séquences enhancer au cours de l'évolution sera discutée, ainsi que le recrutement potentiel d'une séquence particulière préexistante pour accomplir une fonction supplémentaire (co-option). L'utilisation d'éléments transposables comme séquences de régulations semble aujourd'hui être une source importante de variations d'expression génique, des variations ayant peut-être accompagné l'émergence de nouveaux traits morphologiques ou physiologiques au cours de l'évolution.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

03 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Fonctionnement des séquences « enhancer » (suite)

Résumé

Détection d'enhancers par approches épigénétique et de structure de chromatine, approche multiome, mécanismes de fonction des enhancers pour initier la transcription d'un gène cible.

Dans cette troisième leçon, les différentes approches de profilages épigénétiques sont expliquées, ainsi que leurs relations avec les différents états fonctionnels de la chromatine. Les méthodes actuelles impliquant la capture des interactions chromosomiques dans le but d'établir la topologie de la chromatine sont alors décrites.

Ensuite, les mécanismes potentiels utilisés pour rapprocher les enhancers de leurs promoteurs cibles sont abordés (modèle du « loop extrusion ») et intégrés dans une présentation globale (simplifiée) des événements conduisant au démarrage de la transcription d'un gène cible par l'agrégation successive de facteurs. La spécificité cellulaire de ce processus se trouve dans les facteurs associés à l'enhancer, donc à sa séquence ADN.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

02 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Fonctionnement des séquences « enhancer »

Résumé

Approches (passées et récentes) de détection de telles séquences enhancers. Pièges à enhancers et méthodes de criblage à haut débit. Quelques exemples, en particulier de l'analyse dynamique d'une trajectoire de régulation.

Dans cette deuxième leçon, après un bref rappel de quelques définitions, des méthodes sont présentées qui permettent d'identifier des « enhancers » sans introduire de biais particulier au départ. Ces méthodes dérivent toutes de l'approche par « piège à enhancers », dans des versions actualisées par les développements technologiques récents (STARR-seq). Quelques avantages et inconvénients de ces approches sont discutés.

Ensuite, les systèmes de détection de l'activité « enhancer » utilisés actuellement chez les mammifères sont décrits, de la production de souris transgéniques par simple injection, à des systèmes d'agrégations de cellules ES qui permettent des analyses plus rapides. L'utilisation de la capacité des cellules ES à être réintroduites dans des embryons, voire même à les former entièrement, est ensuite discutée à l'aide de quelques exemples récents.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2024-2025

01 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Introduction générale, contexte historique

Résumé

Introduction et objectifs du cours. Une brève histoire de la découverte des séquences enhancers, importance de ce nouveau concept en relation avec la notion d'équivalence génomique. Approches (passées et récentes) de détection de telles séquences ainsi que quelques tests fonctionnels.

Cette année, le cours a comme objectif de traiter des développements les plus récents dans le domaine de la régulation des gènes du développement par l'entremise de séquences « enhancers ». Après une introduction générale sur la raison d'être de ces séquences de régulation et quelques points historiques touchant à la pleïotropie ainsi qu'à la découverte des enhancers eux-mêmes au début des années 1980, cette première leçon présente et discute certaines des façons d'isoler de telles séquences ainsi que les tests fonctionnels qui permettent de leur attribuer le qualificatif de « séquence enhancer ». En particulier, les systèmes de « reporter genes » sont décrits, basés soit sur l'activation du gène LacZ, soit de gènes codant pour des protéines fluorescentes. Les avantages et les inconvénients de ces approches alternatives sont discutés.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : Fabriquer et cultiver des « embryons » in vitro : un état des lieux, cadres éthique et légal

Emmanuelle Rial-Sebbag : Modèles embryonnaires : quelles conditions juridiques pour leur usage en recherche ?

Intervenant(s)

Emmanuelle Rial-Sebbag, CERPOP, Inserm, Université Paul Sabatier, Toulouse

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : Fabriquer et cultiver des « embryons » in vitro : un état des lieux, cadres éthique et légal

Jean-François Guérin : Quel statut éthique pour les modèles embryonnaires (embryoïdes) humains ?

Intervenant(s)

Jean-François Guérin, Conseil d'orientation de l'Agence de la Biomédecine, Lyon

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : Fabriquer et cultiver des « embryons » in vitro : un état des lieux, cadres éthique et légal

Nicolas Rivron : Pourquoi diable et comment forme-t-on des modèles d'embryons humains en laboratoire ?

Intervenant(s)

Nicolas Rivron, IMBA, Vienne Autriche

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : Fabriquer et cultiver des « embryons » in vitro : un état des lieux, cadres éthique et légal

Alain Chédotal : Un atlas cellulaire pour cartographier l'embryon humain en 4 dimensions

Intervenant(s)

Alain Chédotal, Institut de la vision, Paris, et MeLIS Lyon

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : Fabriquer et cultiver des « embryons » in vitro : un état des lieux, cadres éthique et légal

Denis Duboule : Introduction

Intervenant(s)

Denis Duboule, Professeur du Collège de France

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : The Making of "Embryos" in Vitro: State of the Art

Barbara Treutlein : Understanding Human Brain Development with Organoids and Single-Cell Analysis

Intervenant(s)

Barbara Treutlein, ETH, Zurich, Suisse

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : The Making of "Embryos" in Vitro: State of the Art

Jacob Hanna : Synthetic Ex Utero Embryogenesis: From Naive Stem Cell to Complete Embryo Models

Intervenant(s)

Jacob Hanna, Weizmann Institute of Science, Rehovot Israel

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : The Making of "Embryos" in Vitro: State of the Art

Alfonso Martinez-Arias : The Human Embryo: A Changing Perspective

Intervenant(s)

Alfonso Martinez-Arias, ICREA Universidad Pompeu Fabra, Barcelona

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

Colloque : The Making of "Embryos" in Vitro: State of the Art

Denis Duboule : Welcome

Intervenant(s)

Denis Duboule, Professeur du Collège de France

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

04 - La fabrique des « embryons » : Les pseudo-embryons « intégrés » de type SEM. Fabrication et potentiel futur

Résumé

Pseudo-embryons intégrés ; définition, caractérisation et comparaison souris/humains. Potentiel expérimental et quelques questions éthiques et sociales.

Cette quatrième leçon traite de la forme la plus aboutie parmi les différents pseudo-embryons humains traités dans ce cours 2024, les embryoïdes intégrés de type SEM (modèles d'embryons dérivés de cellules souches). Après quelques définitions, des expériences conduisant aux conditions de production de ces embryoïdes sont décrites. Ensuite, l'analyse de ces pseudo-embryons intégrés est discutée, impliquant à la fois des marquages cellulaires à l'aide d'anticorps spécifiques, des analyses d'ARN en cellules uniques et des approches telles que l'ATAC-seq. Quelques conclusions générales sont données, la principale étant que ces objets biologiques portent beaucoup de ressemblance avec des embryons humains réels, comme le montre également la présence de types cellulaires très spécialisés. Cependant, ces embryoïdes ne regroupent pas l'ensemble des caractéristiques nécessaires pour les faire considérer comme de vrais embryons humains. Néanmoins, ces embryoïdes intégrés de type SEM seront probablement de vrais atouts dans notre compréhension de certains mécanismes du développement des humains, qui restent jusqu'à présent inaccessibles pour des raisons de logistique et d'éthique.

La leçon (et le cours) se termine par une discussion rapide de quelques éléments touchant aux cadres éthique et légal associés à ces nouvelles technologies et à leurs utilisations potentielles dans le futur.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

03 - La fabrique des « embryons » : Les gastruloïdes humains ; un ersatz d'embryon incomplet mais pratique

Résumé

Les gastruloïdes ; définition, production, caractérisation et comparaisons souris/humains. Des gastruloïdes comme objets d'étude et comme tubes à essai.

Cette troisième leçon commence par un bref historique de la production de gastruloïdes et de leur caractérisation initiale. Puis, l'adaptation du « protocole souris » à la production de gastruloïdes humains est discutée, ainsi que la caractérisation de ces gastruloïdes humains par une approche tomographique d'analyse des ARNs (Tomo-seq). Cette même approche permet de comparer les gastruloïdes humains et murins, au niveau de la coordination de l'expression globale des ARNs et, bien que l'aspect général soit bien conservé entre ces deux espèces, des différences notables sont toutefois observées.

La leçon se poursuit par la discussion de deux travaux récents. Le premier illustre comment évaluer de façon assez objective les différentes fonctions de la protéine BMP4 sur les voies de différenciation cellulaires pendant le développement des gastruloïdes. Le second montre comment de tels pseudo-embryons peuvent être utilisés comme tubes à essai pour analyser une question importante touchant à la régulation génétique de l'expression de gènes essentiels pendant le développement embryonnaire, un problème souvent difficile à résoudre en utilisant de vrais embryons.

Denis Duboule

Collège de France

Évolution du développement et des génomes

Année 2023-2024

02 - La fabrique des « embryons » : La culture d'embryons ex-utero et la fabrication de blastoïdes humains

Résumé

Quelques notions d'embryologie comparée, cellules ES et cellules iPS comme matériel de base pour fabriquer des pseudo-embryons. Culture d'embryons à long terme ex-utero ; production de blastoïdes humains, efficacité, tests d'implantation in vitro, comparaison avec la souris.

Cette deuxième leçon commence par la description de quelques différences entre le développement précoce des embryons de souris et d'humains, puis par un rappel de la fonction globale de la gastrulation dans l'organisation spatiale des feuillets embryonnaires. Ensuite, un nouveau protocole est décrit qui permet de faire pousser en culture des embryons murins pré-gastrulation jusqu'à un stade fœtal avancé permettant ainsi un suivi in vitro de la morphogenèse, une approche encore impossible il y a quelques années.

La leçon se poursuit par un rappel de l'origine et des potentialités des cellules souches embryonnaires ESCs et des cellules reprogrammées iPSCs, qui sont à la base de la production de pseudo-embryons. Puis, le premier type de pseudo-embryons, les blastoïdes, est décrit et les protocoles utilisés soit chez les rongeurs, soit chez les humains sont comparés. Les cellules souches humaines sont capables par elles-mêmes de s'autoorganiser et de produire de tels modèles de blastocystes avec une fréquence élevée. En utilisant un système d'implantation in vitro basé sur des organoïdes d'endomètre utérin, il apparaît même que ces blastoïdes humains peuvent s'implanter dans une muqueuse utérine après une stimulation hormonale.