Study of the spatio-temporal dynamics of guidance receptors during commissural axon navigation in the spinal cord

Étude de la dynamique spatio-temporelle des récepteurs de guidage au cours de la navigation des axones commissuraux de la moelle épinière Les commissures forment un ensemble de connexions nerveuses assurant la communication entre les neurones de chaque hémi partie du système nerveux central des bilatériens. Au cours du développement embryonnaire, les axones des neurones commissuraux sont guidés au travers de la ligne médiane délimitant ces deux parties. Plusieurs sources de signaux de guidage attractifs et répulsifs agissent de concert pour organiser les trajectoires de ces axones. Dans la moelle épinière, les axones commissuraux traversent la ligne médiane dans un territoire ventral, la plaque du plancher (PP). Au cours de la traversée de la PP, ils acquièrent une sensibilité à des signaux répulsifs exprimés par ce territoire qui leur empêchent de rebrousser le chemin et qui les poussent hors de la PP. Plusieurs couples ligands/récepteurs médient ces forces répulsives mais les mécanismes qui sous-tendent l'acquisition de la sensibilité aux signaux répulsifs restent encore peu connus. Par exemple on ignore si les axons se sensibilisent à tous les signaux répulsifs en même temps, quand précisément ce switch de réponse se fait, et les contributions précises de chacun de ces signaux. Une spécificité fonctionnelle est suggérée par l'analyse des phénotypes d'invalidation des gènes codant pour ces récepteurs chez la souris ou encore par des manipulations d'expression chez l'embryon de poulet. L'objectif de mes travaux de thèse a été de tester l'hypothèse selon laquelle la génération de spécificités fonctionnelles pourrait résulter de contrôles précis et distincts de la dynamique spatiale et temporelle des récepteurs de guidage à la surface du cône de croissance. J'ai tout d'abord développé un dispositif de vidéomicroscopie adapté à l'enregistrement de cônes de croissance accomplissant la traversée de la PP, sur des moelles épinières en configuration de «livre ouvert». Afin de visualiser l'adressage à la surface du cône de croissance, j'ai exploité une forme de GFP sensible au pH, dont les propriétés de fluorescence à pH neutre permettent un suivi spécifique du pool de surface des protéines (Nawabi et al., 2010; Delloye-Bourgeois et al, 2014). J'ai utilisé ce paradigme pour comparer la dynamique temporelle de 4 récepteurs médiant les réponses aux divers signaux répulsifs de la PP: Nrp2, Robo1, Robo2 et PlxnA1. Les vecteurs d'expression de ces formes pHLuo de récepteurs ont été introduits dans les neurones commissuraux de la moelle épinière d'embryon de poulet par électroporation in ovo. Par des approches de microscopie à super-résolution sur les livres-ouverts, j'ai aussi étudié la distribution spatiale des récepteurs répulsifs à la surface des cônes de croissances au cours de la traversée. L'ensemble de ces expériences a pu démontrer que les récepteurs sont adressés à la membrane à différents temps de la navigation de la PP et occupent, de plus, des domaines distincts du cône de croissance. J'ai ensuite adapté la technique d'électroporation à la moelle épinière d'embryon de souris. Ces expériences ont montré que les séquences temporelles observées chez le poulet sont conservées chez la souris. J'ai également réintroduit le récepteur Robo1 dans une lignée de souris présentant une invalidation des récepteurs Robo1/2 et montré que l'altération de la traversée de la PP caractéristique de cette lignée est abolie dans la population d'axones capables d'adresser le récepteur Robo1 à la membrane. Au final, mes résultats démontrent que les axones commissuraux ne sont pas sensibilisés aux signaux répulsifs par la mise en œuvre d'un programme général. Au contraire, les récepteurs de guidage possèdent des profils de dynamiques temporelles spécifiques, et des domaines de distribution distincts dans le cône de croissance. Le contrôle de la dynamique d'adressage représente ainsi un mécanisme permettant de discriminer des signaux concomitants, en les fonctionnalisant à différents temps de la navigation de la moelle épinière