Spécification des identités neuronales
publicité
Spécification des identités neuronales : mise en place des circuits neuronaux Françoise Helmbacher http://www.helmbacher-ibdml.eu Institut de Biologie du développement de Marseille Luminy, CNRS UMR 6216 Développement du système nerveux: Du tube neural au système nerveux adulte diencéphale mesencéphale Ébauche du cervelet n.III A télencéphale n.IV rhombencéphale g.V. trijumeau VO g.VII C1 g.VIII n.V n.XI C2 n.VII n.IX n.X n.XII C3 C4 Plexus brachial Innervation du membre antérieur P V D Système nerveux d’un embryon de souris de E13.5 Développement du système nerveux: formation du tube neural (neurulation) Embryon de souris noeud Gastrulation: mouvements de convergence-extension Ligne primitive et alantois Développement du système nerveux: formation du tube neural (neurulation) a: Plaque neurale (neural plate) b: goutière neurale (neural fold) c: tube neural Développement du système nerveux: Défauts de fermeture du tube neural Spina Bifida Développement du système nerveux: Défauts de fermeture du tube neural Exencephalie Développement du système nerveux: Défauts de fermeture du tube neural: les genes Fermeture du tube neural Intercalation cellulaire Cascade de polarité planaire Neurogenèse Ex: moelle épinière et différenciation neuronale Renouvellement des précurseurs: divisions symétriques Neurogénèse: divisions asymétriques (neurones = cellules post-mitotiques) régionalisation de la moelle épinière : Actions opposées de deux morphogènes: Shh et BMP BMPs Shh régionalisation de la moelle épinière ventrale par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) Shh (ARN) Shh (protéine) Shh produit par la notochorde + plaque du plancher (Floor plate) Des concentrations différentes de Shh induisent des réponses cellulaires distinctes Mise en place de domaines de progéniteurs distincts régionalisation de la moelle épinière ventrale par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) Expansion ventrale de Pax7 (type I-dorsal) Déplacement ventral des neurones V0 (Pax7 + En1) Perte de Nkx2.2 et HNF3β (typeII- ventraux) Absence de production de Motoneurones (islet-1, Lhx3) (neurones ventraux) régionalisation de la moelle épinière ventrale par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) Cross-régulations négatives entre facteurs de transcription Exemple de la frontière Nkx6-Dbx2 Vallstedt et al. 2001 Cross-régulations négatives entre facteurs de transcription Situation normale Cross-répression de Dbx2 et Nkx6 Nkx6.1-/- Influence indirecte sur l’identité des neurones produits Nkx6-/- 1- Développement du système nerveux: 1-e: régionalisation de la moelle épinière ventrale Domaines de progéniteurs ventraux Types de neurones ventraux 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Ganglions sensoriels (DRG: dorsal root ganglia) (racine dorsale) nocicepteurs Dorsal: sensoriel Corne dorsale Ventral: moteur mecanorécepteurs Propriocepteurs (ds muscles) Corne ventrale Racine ventrale, motrice Coupe de moelle épinière de souris adulte 1- Développement du système nerveux: Du tube neural au système nerveux adulte diencéphale mesencéphale Ébauche du cervelet n.III A télencéphale n.IV rhombencéphale g.V. trijumeau VO g.VII C1 g.VIII n.V n.XI C2 n.VII n.IX n.X n.XII C3 C4 Plexus brachial Innervation du membre antérieur P V D Système nerveux d’un embryon de souris de E13.5 Régionalisation antéro-postérieure du système nerveux •La formation de l’axe AP (ici souris) commence très précocement (avant la gastrulation) Exemples de régionalisation AP moléculaire Régionalisation antéro-postérieure du système nerveux Embryon de poulet •L’élongation de l’axe neural est concomitante de la gastrulation Signaux de l’environnement: acquisition de l’identité AP Stade 13 Destinée non déterminée (précurseurs) « naissance » des motoneurones Stade 15 Embryon de poulet Précurseurs engagés dans une voie de spécification (niveau AP) 1. Quels sont les signaux ? 2. D’où proviennent t-ils ? 3. Comment se manifeste l’identité AP ? Engagement des précurseurs neuraux dans une voie de différentiation AP Signaux de l’environnement: acquisition de l’identité AP Embryon de poulet Stade 15 1. Quels sont les signaux ? 2. D’où proviennent t-ils ? 3. Comment se manifeste l’identité AP ? Gènes Hox: facteurs de transcription à homéodomaine Expression précoce dans les précurseurs Signaux de l’environnement: acquisition de l’identité AP Embryon de poulet Stade 15 1. Quels sont les signaux ? 2. D’où proviennent t-ils ? 3. Comment se manifeste l’identité AP ? Autres marqueurs différenciant les niveaux AP: RALDH2: LMCs BMP5: MNs thoraciques (spécifiques) Signaux de l’environnement: acquisition de l’identité AP Embryon de poulet Stade 15 1. Quels sont les signaux ? 2. D’où proviennent t-ils ? 3. Comment se manifeste l’identité AP ? Raldh2: rétinaldéhyde deshydrogénase 2 Enzyme de sythèse de l’acide rétinoique Technique d’electroporation du tube neural d’embryons de Poulet ADN - + Injection ADN 2 jours D’incubation electroporation Signaux de l’environnement: acquisition de l’identité AP Effet d’un signal postérieur ectopique (FGF8) sur l’identité AP des motoneurones Electroporation d’un plasmide d’expression FGF8 (+GFP) Coté électroporé Thoracique-Brachial Hoxc9-Hoxc6 FGF8/GFP Coté sauvage Coté électroporé Coté sauvage Conclusion Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Cartographie des colonnes motrices et codes de facteurs de transcription MMC Medial motor column Muscles axiaux (dos) LMC Muscles des membres lateral motor columns Target muscles Moelle épinière Muscles axiaux (intercostaux) subdivision des colonnes motrices latérales E10.5 Early born Produce RA E11.5 late born RA -> Lim1 E12.5 Seggregation LMC(m)/LMC(l) E15.5 Colonnes distinces LMC(m) isl1+-RALDH2+ RA New born LMC isl1+ LMC(l) Lim1+ Sockanathan & Jessell, 1998 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Spécification des trajectoires axonales par les FT Lim1 et Islet1 Generation des LMC(l) Isl1 RA Lim1 Lim1 isl1 Spécification des trajectoires axonales Dorsal Ventral LMC(m) Isl1 Lim1 LMC(l) Lim1 Dorsal Kania et al., 2003 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Technique d’electroporation du tube neural d’embryons de Poulet Kania et al., 2003 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Exemple des Facteurs de transcription Lim1 et Islet 1 Kania et al., 2003 Lim1 est suffisant pour l’innervation dorsale des LMCl Islet1 pour l’innervation ventrale Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Exemple du Facteur de Transcription Lim1 et de l’innervation dorsale Lim1TauLacZ Anti-NF Lim1tau-lacZ: trace LMC(l) axons Kania et al., 2000 Lim1 est nécessaire pour l’innervation dorsale des LMCl Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Mécanismes types de Guidage axonal Voir aussi cours Fanny Mann Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Molécules classiques de Guidage axonal Voir aussi cours Fanny Mann Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Signalisation bidirectionnelle par les ephrines et leurs récepteurs Ephs R. Klein 2008 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Les molécules contrôlant la trajectoire dorsale Ret Ab GDNF-lacZ GDNF Ab E11.5 EphA4 Ab Kramer et al., 2006 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: Role essentiel du Récepteur EphA4 EphA4+/- EphA4-/Helmbacher at al. 2000 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: Role essentiel du Récepteur EphA4 EphA4 EphrinAs WT EphrinAs EphA4-/Helmbacher et al. 2000 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: Role essentiel du Récepteur EphA4 EphA4 EphrinAs WT EphrinAs -/EphA4EphA4 overexpression Eberhart et al., 2002; Helmbacher al. 2000 Kania et al., et 2003 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: GDNF/Ret aussi GDNF GDNF Ret WT Ret-/Kramer et al., 2006 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: coopération de deux couples ligand/Récepteur GDNF Ret Instructive ? Permissive ? EphA4 EphrinAs repulsion Deux signaux pour une décision de guidage axonal Comment coopèrent-ils ? 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones ventraux: Semaphorines et Neuropilines Wild type Sema3F-/- ou Npn2-/Sema3F Npn2 (LMCm) LMCl Isl1 Dorsal tracer Huber et al., 2005 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? la vue d’ensemble epaxial hypaxial Dorsal limb muscles LMC(l) Lim1 Non-appendicular migratory muscles PEA3 Dorsal EphA4-ephrinAs (Helmbacher 2000, Kania 2003, Eberhardt 2004) Ret-GDNF (Kramer 2006) ? Ventral limb muscles Np1-Sema3 (Huber 2005) LMC(m) Isl1 Lim1 EphBs-EphrinBs (Luria, 2008) Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Le circuit reflexe Ia afferents Muscle spindle muscle Antagonist muscle Synergist muscle Motor pool position Muscle position Muscle – synapse - spindle Sensory neurons- interneuron
