Décisions Cellulaires: Moelle épinière et Diversification des identités neuronales

Transcription

1 Décisions Cellulaires: Moelle épinière et Diversification des identités neuronales Françoise Helmbacher

2 Plan du cours Partie I Neurogénèse dans la moelle épinière Patterning Dorso-ventral de la neurogénèse Programme de spécification de l identité Motoneurones Partie II Diversification des Motoneurones Specification des colonnes de MNs Distinction de sous-classes Contrôle transcriptionnel des trajectoires axonales

3 Développement des Motoneurones: Induction & Diversification Induction neurale Diversification des types neuronaux dans la moelle épinière Diversification des motoneurones

5 Développement du système nerveux: diencéphale mesencéphale A télencéphale n.iii n.iv Ébauche du cervelet rhombencéphale g.v. trijumeau g.vii VO n.xi C1 g.viii C2 n.v n.vii C3 n.ix n.x n.xii C4 P Plexus brachial Innervation du membre antérieur V D Système nerveux d un embryon de souris de E13.5

6 Développement du système nerveux: formation du tube neural (neurulation) a: Plaque neurale (neural plate) b: goutière neurale (neural fold) c: tube neural

7 Neurogénèse Ex: moelle épinière et différenciation neuronale Renouvellement des précurseurs: divisions symétriques Neurogénèse: divisions asymétriques (neurones = cellules post-mitotiques)

8 régionalisation Dorso-Ventrale de la moelle épinière : Actions opposées de deux morphogènes: Shh et BMP BMPs Shh

9 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

10 Développement du système nerveux: régionalisation de la moelle épinière ventrale Domaines de progéniteurs ventraux Types de neurones ventraux

11 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)

12 régionalisation de la moelle épinière ventrale par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh)

13 Cross-régulations négatives entre facteurs de transcription Exemple de la frontière Nkx6-Dbx2 Vallstedt et al. 2001

14 Cross-régulations négatives entre facteurs de transcription Situation normale Nkx6.1 -/- Nkx6 -/- Cross-répression de Dbx2 et Nkx6 Influence indirecte sur l identité des neurones produits

15 Signalisation par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) En absence de Shh En présence de Shh

16 Signalisation par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) Drosophile Vertébrés Ci: Cubitus interruptus Ci rep Ci act Gli (Gli1, Gli2, Gli3) Gli R Gli A

17 Signalisation par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) En absence de Shh En présence de Shh Chez la Drosophile Therond & Briscoe, 2005

18 Signalisation par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh) En absence de Shh En présence de Shh

19 Mode d action du gradient de Sonic Hedgehog Modele 1: nombre et affinité des sites de liaison Gli

20 Mode d action du gradient de Sonic Hedgehog Modele 2: Gli agit en combinaison avec des répresseurs/activateurs supplt.

21 Mode d action du gradient de Sonic Hedgehog Modele 3: mecanismes de type «Feed-Forward ou Feed-back» Boucle «Feed-Forward» Positive «Feedback»

22 régionalisation de la moelle épinière ventrale par le morphogene Sonic Hedgehog (Shh)

23 Mécanismes de correction des erreurs

24 Développement du système nerveux: régionalisation de la moelle épinière ventrale Domaines de progéniteurs ventraux Types de neurones ventraux

25 Specification des Motoneurones

26 Specification des Motoneurones Chx10 Hb9 Complexe NLI +/- Islet1: Choix dichotomique MN vs V2

27 Specification des Motoneurones Hb9 Chx10

28 Specification des Motoneurones Couplage Neurogénèse et spécification identité MN

29 Specification des Motoneurones Cross-répressions: répression des gènes MN dans les V2 répressions des gènes V2 dans les MNs

30 Specification des Motoneurones Cross-répressions: répression des gènes MN dans les V2 répressions des gènes V2 dans les MNs HB9 et LMO4: Consolidation de l identité MN

32 Diversification des motoneurones Sous-types de MNs: Distribution géographique Kanning, Kaplan & Henderson, 2010

33 Diversification des motoneurones MMC Medial motor column Muscles axiaux (dos) LMC lateral motor columns Muscles des membres Target muscles Muscles axiaux (intercostaux) Moelle épinière

34 Expériences de traçages rétrogrades Injection de colorants vitaux: DiI, HRP, autres

35 Cartographie des pools de MNs par traçages 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

36 Cartographie des pools de MNs par traçages rétrogrades

37 Expression de combinaisons de facteurs de transcription Chaque pool de motoneurones est aussi reconnaissable par les genes (combinaisons de gènes) qu il exprime

38 Expression de combinaisons de facteurs de transcription MMC Medial motor column Muscles axiaux (dos) LMC lateral motor columns Muscles des membres Target muscles Muscles axiaux (intercostaux) Moelle épinière

39 Action combinatoire/séquentielle de facteurs de transcription

42 Patterning de la moelle épinière le long des axes DV et AP

43 Signaux de l environnement: acquisition de l identité AP Embryon de poulet Stade 15 Raldh2: rétinaldéhyde deshydrogénase 2 Enzyme de sythèse de l acide rétinoique

44 Signaux de l environnement: acquisition de l identité AP Gènes Hox: facteurs de transcription à homéodomaine Expression précoce dans les précurseurs

45 Codes HOX et colonnes de motoneurones Dasen et al., 2008

46 FoxP1: un cofacteur des Hox? Dasen et al., 2008

47 FoxP1: low-foxp1 spécifie les neurones préganglionnaires Dasen et al., 2008

48 FoxP1: high-foxp1 spécifie les LMC (innervation des membres) Dasen et al., 2008

50 Définition séquentielle des divisions des LMCs E10.5 E11.5 E12.5 E15.5 Early born Isl1 + Produce RA late born RA -> Lim1 Lim1 -- Isl1 Seggregation LMC(m)/LMC(l) Colonnes distinces LMC(m) isl1 + -RALDH2 + RA New born LMC isl1 + LMC(l) Lim1+ Sockanathan & Jessell, 1998

51 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) LMC(l) Ventral Isl1 Lim1 Lim1 Dorsal Kania et al., 2003

52 Technique d electroporation du tube neural d embryons de Poulet - ADN + Injection ADN electroporation 2 jours D incubation

53 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs? Technique d electroporation du tube neural d embryons de Poulet Kania et al., 2003

54 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

55 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs? Exemple du Facteur de Transcription Lim1 et de l innervation dorsale Lim1 TauLacZ Anti-NF Lim1 tau-lacz : trace LMC(l) axons Kania et al., 2000 Lim1 est nécessaire pour l innervation dorsale des LMCl

56 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs? la vue d ensemble epaxial hypaxial Non-appendicular migratory muscles PEA3? Dorsal limb muscles LMC(l) Lim1 Dorsal EphA4-ephrinAs (Helmbacher 2000, Kania 2003, Eberhardt 2004) Ret-GDNF (Kramer 2006) Ventral limb muscles LMC(m) Isl1 Lim1 Np1-Sema3 (Huber 2005) EphBs-EphrinBs (Luria, 2008)

57 Contrôle des trajectoires des axones moteurs? signalisation bi-directionnelle par les ephrines et leurs récepteurs Eph R. Klein 2008

58 Contrôle des trajectoires des axones moteurs? Les molécules contrôlant la trajectoire dorsale EphA4 Ab Ret Ab GDNF-lacZ GDNF Ab E11.5 Kramer et al., 2006

59 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs? Guidage des axones dorsaux: Role essentiel du Récepteur EphA4 EphA4 EphrinAs EphrinAs WT EphA4 -/- Helmbacher et al. 2000

60 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs? Guidage des axones dorsaux: Role essentiel du Récepteur EphA4 EphA4 EphrinAs EphrinAs WT EphA4 EphA4 overexpression -/- Eberhart et al., 2002; Kania Helmbacher et al., 2003 et al. 2000

61 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs? Guidage des axones dorsaux: GDNF/Ret aussi GDNF GDNF Ret WT Ret -/- Kramer et al., 2006

62 Contrôle Transcriptionnel des trajectoires des axones moteurs? Guidage des axones dorsaux: coopération de deux couples ligand/récepteur GDNF Ret Instructive? Permissive? EphrinAs repulsion EphA4 Deux signaux pour une décision de guidage axonal Comment coopèrent-ils?

63 TWO THREE signals for for one one guidance decision EphrinAs EphA4 Ret GDNF EphA4 EphrinAs Ret? Ret?

64 Guidage DV: Role attractif de epha4 dans le mésenchyme dorsal? EphrinAs EphA4/7 Dudanova and Klein 2012

65 Guidage DV: Role attractif de epha4 dans le mésenchyme dorsal? EphrinAs EphA4/7 Addition de EphA4 ventralement Dudanova and Klein 2012

66 Guidage DV: Role attractif de epha4 dans le mésenchyme dorsal? EphrinAs EphA4/7 Dudanova and Klein 2012

67 Guidage DV: Ablation tissus-spécifique de EphA4 EphA4 EphrinAs EphA4/7 EphrinAs Dudanova and Klein 2012

68 Guidage DV: Ablation tissus-spécifique de EphA4 Dudanova and Klein 2012

69 Guidage DV: Ablation tissus-spécifique de EphA4 EphA4-GFP: pas de domaine tyrosine kinase pas de signalisation Forward compétent pour la signalisation réverse Dudanova and Klein 2012

70 Guidage DV: Ablation tissus-spécifique de EphA4 Dudanova and Klein 2012

71 Guidage DV: Ablation tissus-spécifique de EphA4 Signalisation Réverse Attraction par les EphA dorsaux: Minoritaire Signalisation Forward Prédominant Répulsion par les ephrines ventrales: Dudanova and Klein 2012

72 Selection des trajectoires dorsales et ventrales La totale!! Bonanomi and Pfaff, 2012

73 Selection des trajectoires dorsales et ventrales Bilan complet Bonanomi and Pfaff, 2010