EphA4 - Francoise Helmbacher`s team at the IBDM
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Diversification des identités neuronales au cours du développement de la moelle épinière Françoise Helmbacher (IBDML) [email protected] http://www.helmbacher-ibdml.eu 1- Développement du système nerveux: 1-a: 1-a: régionalisation régionalisation du du tube tube neural neural A P V D 1- Développement du système nerveux: 1-b: 1-b: formation formation du du tube tube neural neural 1- Développement du système nerveux: 1-c: 1-c: Formation Formation du du tube tube neural neural et et neurogenèse neurogenèse a: Plaque neurale (neural plate) b: goutière neurale (neural fold) d: neurogenèse c: tube neural d: moelle épinière: différenciation neuronale Renouvellement des précurseurs: divisions symétriques Neurogénèse: divisions asymétriques (neurones = cellules post-mitotiques) Adapted from Jessell 2000 1- Développement du système nerveux: 1-d: régionalisation dorso-ventrale de la moelle •Actions opposées de deux morphogènes: Shh et BMP BMPs Shh 1- Développement du système nerveux: 1-e: 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 Price and Briscoe 2004 1- Développement du système nerveux: 1-e: régionalisation de la moelle épinière ventrale par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) Price and Briscoe 2004 1- Développement du système nerveux: 1-e: régionalisation de la moelle épinière ventrale par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) Domaines de progéniteurs ventraux Types de neurones ventraux 1- Développement du système nerveux: 1-e: régionalisation de la moelle épinière ventrale par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) 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 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Expériences de traçages rétrogrades Injection de colorants vitaux: DiI, HRP, autres 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Cartographie des pools de MNs par tracages rétrogrades Marquages rétrogrades de deux pools de motoneurones dans des embryons sauvages ou suite à une greffe homotopique Sartorius femorotibialis Matise and Lance-Jones 1996 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Cartographie des pools de MNs par tracages rétrogrades Vrieseling et al., 2006 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Colonnes Motrices Latérales Innervation des muscles des membres Muscles dérivés de la masse musculaire dorsale Division des LMCs LMC(l): Lim1 + Isl2 LMC(m): Isl1 + Isl2 Muscles dérivés de la masse musculaire ventrale 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Diversification fonctionnelle des motoneurones MMC Medial motor column Muscles axiaux (dos) LMC Muscles des membres lateral motor columns Target muscles Moelle épinière Muscles axiaux (intercostaux) 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Pools de Motoneurones spécifiques des muscles Innervation des muscles des membres Expression MN-Pool-spécifique de Facteurs de Transcription ETS: PEA3, ER81 Autres… Les motoneurones innervant un muscle sont regroupés en pools. Pas de mélange des MNs de Pools distincts 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Marqueurs de Pools de Motoneurones Lin et al., 1998 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Le circuit reflexe Neurones sensoriels proprioceptifs Ia afferents + +- Interneurone inhibiteur Motoneurones Flexion extension Muscle extenseur antagoniste Muscles Fléchisseurs synergiques 2- Les différents types neuronaux dans la moelle épinière: Pools de MNs et Neurones proprioceptifs Lin et al., 1998 3- A quoi tout ca ressemble ? Moelle épinière dans l’embryon Embryon de souris, E12.5 3- A quoi tout ca ressemble ? Moelle épinière dans l’embryon Embryon de souris, E12.5 Moelle épinière disséquée Hybridations in situ sur moelles épinières disséquées: 3- A quoi tout ca ressemble ? Moelle épinière dans l’embryon PEA3 + ER81 PEA3 + Tel Embryon de souris, E12.5 Hybridations in situ sur moelles épinières disséquées: LMC brachial e MMC thoracique LMC lombaire 4- Contrôle des trajectoires des axones moteurs ? Spécification précoces des trajectoires axonales Manipulations dans l’embryon de poulet: transpositions de fragments de tube neural en position ectopique (ou inversée) à des stades précoces Lance-Jones and Landmesser 1981; Matise and Lance-Jones 1996 4- Contrôle des trajectoires des axones moteurs ? Spécification précoces des trajectoires axonales Inversion des segments LS1-3; Les MNs verts se retrouvent en position postérieure, et les rouges en position antérieure. Comment cela affecte t-il leurs projections ? les MNs (precurseurs) sont déjà programmés pour trouver leurs cibles respectives Engagés dans une voie de spécification (commitment) Matise and Lance-Jones 1996 4- 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 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Technique d’electroporation du tube neural d’embryons de Poulet ADN - + Injection ADN 2 jours D’incubation electroporation 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Technique d’electroporation du tube neural d’embryons de Poulet Kania et al., 2003 4- 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 4- 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 LMC(m) Isl1 Lim1 LMC(l) Lim1 Dorsal Ventral Kania et al., 2003 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Mécanismes types de Guidage axonal Voir aussi cours Fanny Mann 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Molécules classiques de Guidage axonal Voir aussi cours Fanny Mann 4- 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 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: Role essentiel du Récepteur EphA4 EphA4+/- EphA4-/Helmbacher at al. 2000 4- 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 4- 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 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: GDNF/Ret aussi Lim1tau-lacZ/+;nes-ret Lim1tau-lacZ/+ A B C D Lim1tau-lacZ: trace LMC(l) axons Kramer et al., 2006 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: GDNF/Ret aussi GDNF GDNF Ret WT Ret-/Kramer et al., 2006 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: GDNF/Ret aussi GDNF Ret WT GDNF Ret + Ret overexpression Kramer et al., 2006 4- 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 dorsaux: coopération de deux couples ligand/Récepteur EphrinAs Ret EphA4 GDNF EphrinAs TWO signals for one guidance decision 4- Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs ? Guidage des axones dorsaux: coopération de deux couples ligand/Récepteur EphrinAs Ret EphA4 Ret ? GDNF EphA4 EphrinAs Ret ? TWO signals for one guidance decision THREE signals for one guidance decision Modèle adapté de 1- Marquardt T et al., 2005 2- Kramer ER et al., 2006 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 5- Contrôle de la position des pools de motoneurones? 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 5- Contrôle de la position des pools de motoneurones? ségrégation des pools: rôles des cadhérines MN Cad Une combinatoire de cadherines complemente le code LIM eF Cad Price et al., 2002 5- Contrôle de la position des pools de motoneurones? ségrégation des pools: rôles des cadhérines Surexpression des Cadhérines dans le tube neural par Electroporation Price et al., 2002 5- Contrôle de la position des pools de motoneurones? ségrégation des pools: rôles des cadhérines MN cad in the A pool (adductor muscle) eF MNs overexpressing MN cad mix with A MNs A MNs expressing DN-MN cad mix with eF MNs Price et al., 2002 6- Contrôle transcriptionnel de l’identité des pools? Identité des pools PEA3+ pea3 6- Contrôle transcriptionnel de l’identité des pools? Identité des pools PEA3+ Pea3-/- Ab- anti Neurofilament WT PEA3 est essentiel pour déterminer la trajectoire vers les muscles cibles From Livet et al., 2002 6- Contrôle transcriptionnel de l’identité des pools? Identité des pools PEA3+ Dorsal limb muscles LMC(l) Lim1 non limb migratory muscles PEA3 Dorsal EphA4-ephrinAs Ret-GDNF Non limb ? Ventral limb muscles LMC(m) Isl1 Lim1 Np1-Sema3 6- Contrôle transcriptionnel de l’identité des pools? Injection de colorants vitaux: DiI, HRP, autres Expériences de traçages rétrogrades 6- Contrôle transcriptionnel de l’identité des pools? PEA3 contôle le profil d’arborisation dendritique des MNs PEA3+ PEA3+ Expériences de traçages rétrogrades Vrieseling et al., 2006 6- Contrôle transcriptionnel de l’identité des pools? PEA3 contôle la mise en place du circuit sensori-moteur Deppmann and Ginty al., 2006 6- Contrôle transcriptionnel de l’identité des pools? PEA3 contôle la mise en place du circuit sensori-moteur Neurones sensoriels proprioceptifs Ia afferents + +- Interneurone inhibiteur Motoneurones Flexion extension Muscle extenseur antagoniste Muscles Fléchisseurs synergiques
