Projet ANR-12-BSV4-0012 – CONNECTBRAIN : Connecter le cerveau gauche et le cerveau droit: mécanismes de câblage et diversité fonctionnelle des projections inter-hémisphériques.
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Fanny MANN (Centre National de Recherche Scientifique Délégation Provence et Corse - Institut de Biologie de Développement de Marseille Luminy)
Partenaires : Institut de Biologie du Développement de Marseille
Montant : 317927.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Développement et fonction des connexions nerveuses reliant les deux hémisphères cérébraux.Ce projet étudie le développement des projections nerveuses  qui relient les deux hémisphères du cerveau (appelées commissures cérébrales) et l’impact de leur malformation sur le comportement. Nous abordons cette question en nous concentrant sur la plus large commissure du cerveau: le corps calleux (CC).
Comprendre et améliorer la prise en charge des agénésies du Corps Calleux.Les agénésies commissurales (affections neurologiques dans lesquelles une ou plusieurs commissures du cerveau ne se développent pas in utero) font partie des malformations cérébrales les plus fréquentes chez l'homme. Les plus courantes concernent le Corps Calleux, avec une prévalence estimée de 1 pour 4000 naissances vivantes. L’agénésie du Corps Calleux (AgCC) se traduit par un large spectre clinique allant d’un développement apparemment normal, à des troubles d’apprentissage et des troubles intellectuels sévères. Les facteurs responsables de cette variabilité sont inconnus. En outre, une plus forte prévalence d'anomalies commissurales est observée dans la population psychiatrique comparée à la population générale. Par conséquent, un lien de causalité entre une dysconnexion interhémisphérique et certaines manifestations cliniques associées à des troubles neuropsychiatriques a été suggéré. Ainsi, la compréhension des mécanismes fondamentaux du développement commissural aidera à déterminer les causes génétiques des agénésies commissurales et à identifier des indicateurs pronostiques précoces lorsque ces malformations sont détectées à un stade prénatal. Il est également important que les déficits fonctionnels associés aux malformations commissurales soient étudiés en détail dans le but de concevoir des traitements et des soins de réadaptations bénéfiques aux patients.
Analyse des mécanismes régulant la croissance dirigée des projections du Corps CalleuxLa démarche expérimentale proposée se décline selon trois axes principaux. Un premier axe cherche à identifier les molécules de guidage axonal permettant aux fibres callosales de franchir la ligne médiane séparant les deux hémisphères cérébraux lors du développement embryonnaire. Ce travail est poursuivi par une analyse 4D des mouvements migratoires des axones afin de déterminer, dans un contexte tissulaire, comment l’action des signaux de guidage régule la dynamique axonale. Le dernier objectif est la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des différents sous-types de fibres nerveuses composant le CC. Dans cette partie, nous nous concentrons sur l’étude d’un contingent de fibres callosales hétérotopiques, qui relient le cortex au striatum controlatéral, et à leur implication dans la latéralisation des comportements locomoteurs.
Résumé de la soumission : Ce projet mono-partenaire étudie comment les hémisphères droit et gauche du cerveau des mammifères sont interconnectés lors du développement et la façon dont les sous-types de projections inter-hémisphériques contrôlent le fonctionnement du cerveau et nos comportements. Nous aborderons cette question en nous concentrant sur un système modèle unique, le corps calleux, qui constitue la plus grande commissure reliant les deux hémisphères cérébraux.La première partie du programme scientifique est construite autour d'une étude antérieure de notre équipe impliquant la molécule chimioattractive Semaphorine (Sema) 3C dans la traversée de la ligne médiane du corps calleux chez la souris. En prenant cet exemple, nous  explorerons comment les signaux de guidage sont détectés par le cône de croissance axonal, traités dans le neurone puis traduits en changements de la dynamique de l'axone. Le premier objectif sera de définir le complexe récepteur auquel se lie Sema3C sur les axones callosaux. En combinant des analyses génétiques d’épistasie, de culture cellulaire et des expériences biochimiques, nous explorerons une coopération plausible entre les protéines Neuropiline-1 et Ephrine-Bs dans la spécification de l’effet attracteur de Sema3C. Nous poursuivrons ce travail en étudiant l'hypothèse que la croissance axonale ne dépend pas uniquement de la capacité des signaux extracellulaires à réguler la dynamique du cytosquelette axonal, mais aussi de moduler des fonctions nucléaires comme la transcription de gènes. Bien qu'un nombre croissant de preuves suggère des événements transcriptionnels dans le contrôle du développement axonal, jusqu'à présent, cependant, seuls quelques facteurs de transcription ont été impliqués et aucune cible transciptionnelle n’a été identifiée dans le cerveau des mammifères. Nos données originales, impliquant la fonction de beta-catenin-TCF/Lef dans la réponse des axones corticaux à Sema3C in vitro, constitueront la base d’expériences visant à (a) étudier la communication rétrograde entre l’extrémité de l’axone et le noyau, (b) caractériser la fonction des facteurs de transcription TCF/Lef lors du guidage axonal dans le corps calleux et (c) identifier les gènes régulés par Sema3C. Enfin, pour nous permettre d'acquérir de données nouvelles sur le développement du corps calleux, nous utiliserons l'imagerie « time-lapse» sur des préparations semi-intactes de cerveaux d'embryons de souris afin de décrire le comportement motile des axones callosaux à la ligne médiane et évaluer l'effet de la signalisation Sema3C sur cette dynamique. Cette approche d'imagerie sera ensuite étendue à un autre point de décision important sur la trajectoire des axones callosaux - le virage en direction de la ligne médial lors de l'entrée dans la matière blanche corticale - et des efforts seront faits pour identifier les molécules régulatrices.Le deuxième aspect du projet aborde la question de la diversité anatomique et fonctionnelle des neurones du corps calleux. En nous basant sur la découverte récente d'une expression du récepteur des sémaphorines PlexinD1 dans les neurones du corps calleux à double projection vers le cortex et le striatum, nous planifions (a) d’explorer la façon dont la signalisation Semaphorin-PlexinD1 influence la morphogenèse dendritique et /ou axonale de cette population neuronale et (b) de générer des modèles animaux permettant l’ablation ciblée des neurones callosaux corticostriataux afin d’étudier la fonction de ces projections hétérotopiques du corps calleux dans le contrôle des comportements émotionnels, locomoteurs et latéralisés.Ce programme devrait fournir des informations cruciales sur les principes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent le développement des circuits cérébraux et, à terme, devrait conduire à une meilleure compréhension de l'étiologie moléculaire des maladies associées à une connectivité inter-hémisphérique anormale.
Résultats : Les premiers résultats obtenus mettent en évidence de profondes différences dans la façon dont les axones du CC répondent aux signaux de guidage axonal avant et après avoir traversé la ligne médiane du cerveau.  Le trafic membranaire des récepteurs de surface axonal est étudié comme un mécanisme qui permettrait de réguler ces changements. Enfin, nous avons identifié un gène codant pour un récepteur de guidage axonal qui est spécifiquement exprimé dans les neurones cortico-striés croisés.
Perspectives : Les résultats de ce travail renseigneront sur les principes fondamentaux du développement cérébral et conduiront à une meilleure compréhension des pathologies malformatives des commissures.
Publications et brevets : Chauvet S, Mire E, Mann F. 2014. Characterizing Semaphorin signalling using isolated neurons in culture. Meth Mol Biol. In press.