Projet ANR-11-BSV4-0023 – TransiCor : Rôle « signalisateur » de neurones transitoires migrateurs dans la construction du cortex cérébral chez les mammifères
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Alessandra Pierani (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B)
Partenaires : Institut Jacques Monod; Laboratoire public
Montant : 415000.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Rôle des neurones transitoires migrateurs dans l’organisation du cortex cérébralNous proposons d’étudier les mécanismes moléculaires par lesquels les neurones transitoires migrateurs contrôlent l’état de prolifération et de différenciation des cellules voisines au cours du développement du cortex cérébral et de tester comment la manipulation de leur nombre et de leur survie affecte la mise en place des circuits neuronaux dans des modèles murins.
Mise au point de nouveaux modèles murins de désordres corticauxDe nombreuses maladies psychiatriques et neurologiques ont pour origine une altération des processus développementaux. Nous avons identifié chez la souris des sous-types de neurones, dérivés des progéniteurs exprimant le facteur de transcription Dbx1, qui présentent des caractéristiques uniques de haute motilité et de vie transitoire au cours du développement du cortex cérébral. Nous avons montré que leur présence et disparition sont indispensables à la mise en place des circuits cérébraux fonctionnels car ils émettent des signaux qui influencent la prolifération, la différenciation et la survie des cellules progénitrices avoisinantes et participent à la coordination du développement neural et craniofacial. Ces cellules ont la particularité d’être présentes de manière transitoire au cours du développement et leur persistance chez l’adulte a été observée dans des pathologies humaines et a été associée à des néoplasmes. Ces travaux nous ont permis d’introduire le concept de cellules «migratrices signalisatrices« permettant de délivrer des informations à longue distance au cours du développement du cortex cérébral. D’autre part, l’expression de Dbx1 et la génération de neurones transitoires migrateurs à la frontière pallium-sous pallium sont absentes chez le poulet, indiquant que ces cellules pourraient représenter une nouvelle acquisition au cours de l’évolution permettant ainsi la complexification du néocortex chez les mammifères. Le projet vise à identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans la fonction de signalisation des neurones transitoires migrateurs et à déterminer comment leur acquisition chez les mammifères pourrait représenter une étape cruciale de l’évolution du néocortex. Notre travail sur la fonction et la dysfonction de ces neurones devrait ainsi permettre la mise au point de nouveaux modèles murins de désordres corticaux.
Gain de fonction et perte de fonction de gènes dans des modèles murinsNous utilisons une approche multidisciplinaire en associant des techniques de génétique, permettant le traçage et l’ablation spécifique de sous types cellulaires, à des méthodes d’embryologie classique, d’étude du profil d’expression génique par puces à ADN et du comportement des souris mutantes. Nous couplons des expériences de gain de fonction et perte de fonction de gènes candidats par l’electroporation in utero, de manipulation pharmacologique et génétique des paramètres du cycle cellulaire et des cascades de signalisation dans des expériences de sauvetage d’embryons mutants ainsi qu’une analyse au niveau de la cellule unique par vidéomicroscopie et corticogenèse in vitro (paradigmes de différenciation de cellules souches embryonnaires). Enfin nous produirons un nouveau modèle murin, permettant d’empêcher la mort des neurones transitoires à la naissance, susceptible de reproduire les défauts du cortex cérébral observés dans des pathologies humaines.
Résumé de la soumission : Le néocortex représente la structure du cerveau qui a subit une expansion majeure de sa taille relative et de sa complexité au cours de l'évolution des mammifères. La réalisation d'une telle architecture très complexe s'appuie sur une orchestration précise de la prolifération des progéniteurs et de l’enclenchement de la neurogenèse, de la production spatio-temporelle des différents types cellulaires et du contrôle de la migration. Une relation étroite semble s’établir entre l'altération des processus de développement et l'étiologie de nombreuses maladies psychiatriques et neurologiques. Ces malformations du cortex cérébral s’étendent de l'épilepsie au retard mental, jusqu’à la dysplasie corticale.Nous avons montré que les progéniteurs exprimant Dbx1, aux frontières du pallium en développement, donnent naissance à des cellules hautement migratoires qui se positionnent sur de longues distances à partir de leur site de production. Ces progéniteurs ont la particularité d’être présents de manière transitoire au cours du développement. Par traçage génétique, nous avons montré qu'un nombre élevé de  neurones "transitoires", dérivées de Dbx1,  existe dans le télencéphale, en plus des cellules de Cajal-Retzius (CR) déjà connues et des neurones pionniers. Par ablation génétique, nous avons montré que la présence de ces neurones transitoires est cruciale pour le développement du cortex cérébral et pour la mise en place de réseaux corticaux fonctionnels. Les sous-types de CR dérivés des progéniteurs Dbx1 dans la zone marginale/couche I et les neurones transitoires de la plaque corticale (CP) sont impliqués, respectivement, dans la croissance tangentielle (régionalisation précoce et formation d’aires corticales) et la croissance radiale du néocortex, par signalisation d'une manière non-cellules autonomes sur les progéniteurs corticaux. Nos travaux ont montré qu'une nouvelle stratégie semble être mise en place dans le "patterning" du cortex cérébral à grande distance, en plus de la diffusion passive des morphogènes, grâce à la migration de cellules "signalisatrices". Le rôle de la frontière pallium-sous-pallium (PSB), le site d'origine de ces neurones transitoires, dans l'évolution du néocortex a fait l'objet de débats depuis de nombreuses années. Cependant, à ce jour rien n’est encore établi. Nos résultats montrent que le PSB génère des cohortes successives de neurones transitoires migrant tangentiellement, qui par leur position au sein de la zone marginale (CR) et de la CP semblent participer, respectivement, à la coordination de la formation d'aires corticales et au réglage précis du nombre de neurones du néocortex. Ils suggèrent fortement que chez les mammifères, l'acquisition d’un nouveau domaine de progéniteurs et la migration tangentielle de cellules transitoires "signalisatrices" auraient contribué à l'évolution du cortex cérébral en augmentant sa complexité et ses fonctions cognitives.Ce projet vise à la dissection moléculaire de comment les neurones "transitoires"  exercent leur fonction de "signalisation" dans le développement du néocortex et comment le fait de prévenir leur mort à la fin de la corticogénèse modifierait les réseaux corticaux.Ainsi, nous avons l'intention d'utiliser l’analyse du profil d’expression génique par des puces ADN, des expériences de gain et de perte de fonction chez la souris ainsi que la vidéomicroscopie et l'analyse à la résolution de cellule unique. Ces stratégies nous permettraient d’étudier comment les neurones transitoires, dérivés de Dbx1, peuvent avoir une fonction d'organisateurs structuraux au cours de la corticogénèse et comment leur manipulation moléculaire pourrait fournir de nouveaux outils génétiques afin de développer des stratégies de sauvetage des anomalies corticales en utilisant la migration de cellules signalisatrices comme vecteurs de transport de molécules thérapeutiques à longue distance.
Résultats : Nous avons caractérisé les mécanismes moléculaires régulant la migration et la distribution des neurones transitoires dans le cortex en développement. Nous avons étudié les mécanismes par lesquels les neurones transitoires se repartissent de manière précise dans les différentes régions du cortex cérébral en développement. Nos résultats montrent qu’ils utilisent des cinétiques de migration distinctes entre eux et qu’ en modifiant ces cinétiques la formation des aires corticales, importantes pour les fonctions motrice, sensoriel et cognitive, est altérée. 
Nous avons réalisé une analyse du transcriptome des neurones transitoires migrateurs purifiés qui indique qu’ils expriment une multitude de molécules sécrétés et de contact impliquées dans le développement neural. Nous avons sélectionné 41 gènes dont nous étudions la fonction dans la régulation du mode de prolifération des cellules souches du cortex cérébral par gain et perte de fonction. 
Nous avons identifié un rôle pour le facteur de transcription Dbx1 dans la génération des neurones transitoires et dans l’organisation du cortex cérébral ainsi que caractérisé son expression chez d’autres espèces et notamment l’homme.
La poursuite de ces travaux devrait permettre d’identifier les molécules impliquées dans la coordination de la génération d’un nombre précis de neurones corticaux. Il permettra d’identifier des marqueurs spécifiques afin d’étudier la présence des cellules transitoires migratrices dans le cortex humain en développement ou pathologique.
Perspectives : Ce projet devrait ouvrir des perspectives pour la compréhension et le diagnostic des maladies développementales chez l’homme et fournir de nouveaux outils génétiques afin de créer des modèles murins de désordres corticaux et développer des stratégies d’utilisation de cellules signalisatrices comme vecteurs de transport de molécules thérapeutiques à longue distance.
Publications et brevets : Trois manuscrits sont en préparation. Ces manuscrits couvrent : (1) la fonction du gène Dbx1 dans la génération des neurones transitoires migrateurs et le développement du cortex cérébral; (2) les mécanismes de migration et de distribution de ces neurones et (3) ceux sous-jacents à leur fonction dans la survie du cerveau.