Des signaux de guidage au remodellage du cytosquelette: Fidgetin-like 1 en tant qu' intégrateur pour la repulsion axonale – FidgetInTurning

Le système nerveux est un réseau complexe dont la connectivité fine entre les neurones est essentielle à son bon fonctionnement. L’assemblage des circuits neuronaux requiert une navigation axonale précise dont la perturbation peut causer des désordres neurologiques majeurs. Bien que les signaux guidant les axones aient été pour la plupart identifiés, notre connaissance des mécanismes moléculaires modulant la réponse de ces axones à ces signaux est loin d'être exhaustive. Dans ce contexte, le couplage entre le cytosquelette de microtubules (MT) et d’actin (F-actine) apparait comme un processus clé dans la régulation du comportement mécanique et adaptatif du cône de croissance. Cependant, les acteurs moléculaires connectant les signaux de guidages aux réseaux d’actine et de MTs et coordonnant leur remodelage pour diriger la croissance des axones restent peu connus.
Nous avons identifié l'enzyme de dépolymérisation de MTs, Fidgetin-like 1 (Fignl1) comme un acteur clé de la navigation axonale chez l’embryon de poisson zèbre. Nos données préliminaires révèlent des liens moléculaires étroits entre Fignl1, le cytosquelette de MTs et d’actin et la signalisation des molécules de guidage répulsives Slit/Robo. Nous avons notamment montré que Fignl1 interagit avec la Myosine 9b, un effecteur de Robo régulant la dynamique de l'actine. Ces résultats suggèrent que Fignl1 pourrait être un intégrateur clé des signaux répulsifs Slit modulant de façon synchrone la dynamique des MTs et de l'actine pour orienter les axones en croissance.
Dans ce projet, nous utiliserons une combinaison unique de systèmes biologiques - basée sur la complémentarité des expertises du consortium – et technologies de pointe en imagerie, pour disséquer le rôle de Fignl1 dans la répulsion axonale induite par Slit à l'échelle moléculaire, cellulaire et physiologique. Notre projet s’articule en deux axes ayant pour objectifs: (I) d’étudier le rôle de la Fignl1 dans le remodelage de l'actine induit par Slit et (II) de décrypter comment cette enzyme coordonne ce remodelage de l’actin avec celui des MTs pour repousser les axones exposés à cette molécule répulsive. Ces objectifs seront appréhendés en suivant la même démarche expérimentale. Nous utiliserons tout d'abord des systèmes reconstitués in vitro combinés à des approches biochimiques ou d’imagerie en temps réel pour évaluer l'impact de la Fignl1 sur la dynamique de l'actine, sa structure et son interaction avec les MTs. Nous utiliserons ensuite des approches ex-vivo (culture d’explants de rétine de souris) pour étudier l’impact de la perte de fonction de la Fignl1 sur le remodelage/couplage de la F-actin et des MTs (microscopie TIRF) et la rétraction axonale (imagerie DIC) induite par Slit. Nous effectuerons également des expériences de sauvetage et de dominant-négatif – visant à bloquer la liaison Fignl1/F-actine, /Myo9b ou /MTs – afin de discriminer la contribution de ces interactions à ces phénotypes. Enfin, ces approches génétiques seront transposées in vivo chez l’embryon de poisson-zèbre (imagerie en temps réel in vivo) et de souris (électroporation in utero et imagerie à feuille de lumière) afin d’évaluer la pertinence de ces interactions sur la navigation des axones rétinien au chiasma (i.e. point choix) et leur connectivité dans le cerveau.
Ainsi, notre projet aborde des questions conceptuelles et technologiques majeures dans le domaine de la biologie cellulaire de la connectivité neuronale : (i) le couplage entre deux éléments du cytosquelette jusqu'à présent souvent étudiés de façon isolée, (ii) la régulation de ce couplage par les molécules de guidage – une partie obscure du guidage axonal – et la manipulation génétique de ce couplage in vivo dans des axones en navigation. Ce projet permettra d’identifier des acteurs et interactions moléculaires clés au couplage MT/actine sous-tendant la connectivité neuronale et ainsi de nous éclairer sur l'étiologie de certaines maladies neurodevelopementales.