Évolution du développement et des génomes - Denis Duboule

Denis DubouleChaire Évolution du développement et des génomesCollège de FranceAnnée 2025-2026Nos ancêtres les poissonsConférence - Neil Shubin : How Do New Biological Inventions Arise in Evolution? Lessons from Fossils, Embryos, and GenesNeil ShubinUniversité de Chicago, Président élu de l'Académie nationale des sciences (NAS), États-UnisRésuméWhen 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 DubouleChaire Évolution du développement et des génomesCollège de FranceAnnée 2025-2026Nos ancêtres les poissonsConférence - Neil Shubin : The Evolutionary Origins of Bones and TeethNeil ShubinUniversité de Chicago, Président élu de l'Académie nationale des sciences (NAS), États-UnisRésuméTeeth 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 DubouleChaire Évolution du développement et des génomesCollège de FranceAnnée 2025-2026Nos ancêtres les poissonsConférence - Neil Shubin : Discovering How Fish Evolved to WalkNeil ShubinUniversité de Chicago, Président élu de l'Académie nationale des sciences (NAS), États-UnisRésuméThe 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 DubouleChaire Évolution du développement et des génomesCollège de FranceAnnée 2025-2026Conférence - Neil Shubin : Nos ancêtres les poissons : Finding The History We Share With FishNeil Shubin est invité par l'assemblée du Collège de France sur proposition du Pr Denis Duboule.PrésentationIl 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 ShubinUniversité 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 DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationAlex Stark : Decoding Transcriptional RegulationIntervenant(s)Alex Stark, IMP, Vienna BioCenter, Vienna, Austria

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationJustin Crooker : Exploring the Evolutionary Limits of Transcriptional EnhancersIntervenant(s)Justin Crooker, EMBL, Heidelberg, Germany

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationAna Pombo : Variations in 3D Genome Structure Between Cell Types and in Stimulus ResponsesIntervenant(s)Ana Pombo, Max-Delbrück-Centrum for Molecular Medicine, Berlin, Germany

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationAlexandre Mayran : Cooperative Assignment of Enhancer Activity Underlies Pattern Formation and Cell Fate SpecificationIntervenant(s)Alexandre Mayran, École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) Suisse

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationSusanne Mandrup : Transcriptional Networks and Chromatin Architecture Regulating AdipogenesisIntervenant(s)Susanne Mandrup, Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Southern Denmark

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationRenée Beekman : Translocations Can Drive Expression Changes of Multiple Genes in Regulons Covering Entire Chromosome ArmsIntervenant(s)Renée Beekman, CRG, Single Cell Epigenomics and Cancer Development, Barcelona, Spain

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationDuncan Odom : Enhancers Sequences and Gene Regulation : Mechanisms of Mammalian Genome Control and EvolutionIntervenant(s)Duncan Odom, DKFZ, Division of Regulatory Genomics and Cancer Evolution, Heidelberg, Germany

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationMira T. Kassouf : Using a Model Locus to Understand Enhancer-driven Gene RegulationMira T. KassoufRadcliff Department of Medicine, Medical science division, University of Oxford, UK

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationWendy Bickmore : Role of the 3D Genome in Enhancer Driven Gene RegulationIntervenant(s)Wendy Bickmore, MRC Human Genetics Unit, Institute of Genetics and Cancer, University of Edinburgh, Scotland

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationGuillaume Andrey : Exploring the Cis-Regulatory Controls of Developmental Gene TrajectoriesIntervenant(s)Guillaume Andrey, Department of Genetic Medicine and Development Faculty of Medicine, University of Geneva, Switzerland

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-2025Colloque : Enhancers Sequences and Gene RegulationDenis Duboule : Welcome and IntroductionIntervenant(s)Denis Duboule, Professeur du Collège de France

Denis DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-202506 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Évolution des séquences de régulationRésuméDifférents 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 DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-202505 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Logique et grammaire des séquences « enhancer »RésuméTypes 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 DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-202504 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Éléments transposables et séquences « enhancer » ?RésuméL'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 DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-202503 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Fonctionnement des séquences « enhancer » (suite)RésuméDétection 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 DubouleCollège de FranceÉvolution du développement et des génomesAnnée 2024-202502 - Régulation des gènes du développement embryonnaire ; séquences « enhancer » : Fonctionnement des séquences « enhancer »RésuméApproches (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.