Projet ANR-12-BSV4-0010 – Corridor : Migration de neurones guides dans le développement du cerveau antérieur
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Sonia Garel (Equipe "Développement et plasticité du cerveau")
Partenaires : Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure; Institut Interdisciplinaire de Neurosciences
Montant : 448348.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Migration de neurones guides dans le développement du cerveau antérieurL’assemblage des circuits cérébraux repose sur le positionnement précis de différents types de neurones. Le projet corridor vise à comprendre comment une population de neurones guides organise topologiquement et fonctionnellement les axones qui apportent l’information sensorielle et motrice au cortex cérébral.
assemblage des circuits neuronaux: de l’intégration moléculaire au fonctions cérébralesLe fonctionnement du cerveau repose sur des circuits neuronaux complexes qui commencent à se former au cours de l’embryogenèse. Comme des anomalies de développement participent à l’étiologie de diverses maladies neuropsychiatriques, comprendre comment le cerveau se forme est essentiel tant pour les neurobiologistes que pour les cliniciens.Le projet corridor vise à décrypter les mécanismes moléculaires intégrés gouvernant la mise en place d’une connexion nerveuse essentielle au fonctionnement du cerveau, les projections thalamocorticales (TCA). Ces projections apportent une majorité de l’information sensorielle et motrice au cortex cérébral et nos travaux antérieurs avaient montré que les TCA sont guidées et organisées par une petite population de neurones « guides » situés sur leur trajet. Comprendre comment ce processus est coordonné permettra d’une part de déterminer les mécanismes contrôlant l’assemblage fonctionnel du cerveau et également de mettre en place de nouvelles approches thérapeutiques visant à manipuler la pousse et la repousse axonale.
De la microfluidique au cablage cérébral pour comprendre un processus intégréLa démarche utilisée dans le projet utilise une grande palette de techniques pour caractériser depuis l’intégration moléculaire, mécanismes cellulaires et in vivo comment les neurones guides du corridor guides les axones. Les approches de microfluidiques et printing protéiques permettent de comprendre comment la combinatoire de molécules produites par les neurones corridor agit. Les traçages ex vivo et in utero permettent d’identifier l’origine et le devenir des cellules du corridor et de leurs progéniteurs. Et enfin, l’utilisation de souris trangéniques et mutantes permet de suivre les cellules in vivo et de tester leurs rôles dans l’emergence de circuits fonctionnels.
Résumé de la soumission : Déterminer comment les circuits neuraux sont élaborés au cours du développement du cerveau antérieur des mammifères est essentiel pour progresser dans notre compréhension de son fonctionnement normal et de diverses pathologies humaines neurologiques et psychiatriques. La migration cellulaire et le guidage axonal jouent des rôles centraux dans le développement cérébral en contrôlant respectivement le positionnement des différents sous-types neuronaux et la formation de connexions nerveuses stéréotypées. Nous avons récemment montré chez la souris que ces deux processus sont coordonnés de manière remarquable pour assurer la mise en place de connexions axonales essentielles au cerveau des mammifères  (Lopez-Bendito et al., 2006; Niquille et al., 2009; Bielle et al., 2011a). Nous avons mis en évidence qu’une nouvelle migration tangentielle au sein des ganglions de la base génère un « corridor » permissif requis pour la navigation des projections thalamocorticales, qui relaient l’information au cortex cérébral. Ces résultats ont révélé un nouveau rôle de la migration cellulaire dans le guidage axonal et ont ouverts des perspectives sur les mécanismes gouvernant la mise en place de la connectivité cérébrale. En outre, nous avons montré que les cellules du corridor agissent également pour organiser topographiquement les axones thalamocorticaux en exprimant des gradients de molécules de guidage et que deux de ces facteurs présentent une activité combinatoire émergente non-prévisible (Bielle et al., 2011b). Dans l’ensemble, nos travaux posent la question des mécanismes sous-jacents à la migration et fonction des neurones « guides » dans la connectivité du cerveau antérieur et soulèvent la possibilité que les facteurs de guidage puissent de manière plus générale agir différemment en fonction de leur combinatoire. Le but de ce projet est de caractériser les cascades moléculaires et cellulaires contrôlant la migration tangentielle dans les ganglions de la base et de déterminer sa fonction dans la mise en place des circuits neuronaux. En combinant diverses approches comme la génétique de la souris, les manipulations ex vivo, la technologie microfluidique et l’imagerie dynamique, nous caractériserons : i) les mécanismes gouvernant la spécification des cellules du corridor,  leurs trajets migratoires et leur devenir in vivo; ii) la nature des interactions entre cellules guides et axones thalamocorticaux ainsi que leurs rôles dans l’émergence d’une connectivité corticale mature. Ces objectifs spécifiques seront atteints grâce à la réalisation de quatre activités de recherches interconnectées : i) Mécanismes contrôlant la spécification et migration des cellules corridor; ii) Lignage cellulaire et ablation génétique in vivo des cellules du corridor; iii) Activités combinatoires des molécules de guidage exprimées par les cellules corridor dans la topographie des axones thalamiques; iv) Interactions entre cibles intermédiaires et axones thalamiques et rôles dans la formation des circuits corticaux. Ce programme de recherche nous permettra d’acquérir une vision intégrée des mécanismes moléculaires et cellulaires gouvernant la mise en place de la connectivité du cerveau antérieur au cours du développement.Bielle, F., et al., Slit2 activity in the migration of guidepost neurons shapes thalamic projections during development and evolution. Neuron, 2011a. 69(6): p. 1085-98.Bielle, F., et al., Emergent growth cone responses to combinations of Slit1 and Netrin 1 in thalamocortical axon topography. Curr Biol, 2011b. 21(20): p. 1748-55.Lopez-Bendito, G., et al., Tangential neuronal migration controls axon guidance: a role for neuregulin-1 in thalamocortical axon navigation. Cell, 2006. 125(1): p. 127-42.Niquille, M., et al., Transient neuronal populations are required to guide callosal axons: a role for semaphorin 3C. PLoS Biol, 2009. 7(10): p. e1000230.
Résultats : Notre projet à mi-parcours a remarquablement bien avancé. D’une part, nous avons maintenant identifié l’origine et le devenir des cellules du corridor par une combinaison d’approches in vitro, ex vivo et in utero (Andréa Tinterri et Ludmilla Lokmane). L’ensemble de ces résultats est l’objet d’un manuscrit en préparation (Tinterri et al., en préparation). En parallèle, nous avons analysé le rôle d’une combinatoire de facteurs de guidage dans la navigation des axones par les neurones corridor (Isabelle Dupin). Ces travaux, qui ont montré l ‘intégration non linéaire des signaux et mis en évidence un rôle inédit de leur combinatoire, est actuellement soumis pour publication (Dupin et al., soumis).
Enfin, suite à nos travaux précédents qui ont montré le rôle clés des neurones du corridor dans le développement des cartes sensorielles corticales (Lokmane et al., Current Biology, 2013), nous avons largement continué la caractérisation des défauts fonctionnels induits par une anomalie de développement du corridor (en collaboration avec le laboratoire de Clément Léna, IBENS).
Perspectives : Nous allons poursuivre l’analyse intégré des signaux de guidage, le devenir et l’assemblage des cellules du corridor et de leurs voisines (neurones striataux) ex vivo et in vivo. L’étude fonctionnelle des circuits qui requiert la production de modèles animaux adultes est encore largement à réaliser, mais les premiers résultats obtenus sont extrêmement prometteurs.
Publications et brevets : Tinterri A, Deck M, Keita M, Lokmane L, Ekker, M, Kessaris, N, Bielle F et Garel S. Corridor guidepost cells for thalamic axons contribute to fear circuits. en preparation 
Dupin I, Lokmane L, Dahan M, Garel S et Studer V. Subrepellent doses of Slit1 promote Netrin-1 chemotactic responses in subsets of axons. Soumis pour publication
Lokmane L et Garel S (2014) Map transfer from the thalamus to the neocortex: Inputs from the barrel field. Seminar in Cell and Developmental Biology, sous presse.
Garel S et Lopez-Bendito G (2014) Inputs from the thalamocortical system on axon pathfinding mechanisms. Current Opinion in Neurobiology 27 : 143-50.
Dupin, I., Dahan, M., Studer, V. (2013) Investigating axonal guidance by microdevice based approaches. J. Neuroscience 33(45):17647-17655;