Blanc SVSE 4 - Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes : Neurosciences

cross-talks moléculaires au cours de la formations des commissures de la moelle épinière – YADDLE

Acteurs moléculaires de la formation des circuits neuronaux

La mise en place des connexions nerveuses au cours de la vie embryonnaire est un processus complexe et hautement contrôlé. Son exécution correcte est cruciale à l’intégrité future du système nerveux et peut être altérée dans diverses pathologies. Le projet vise à élucider des régulations moléculaires majeures de ce processus.

Elucidation d’une séquence d’interactions moléculaires nécessaires à la mise en place de connexions de la moelle épinière.

L’orientation des axones en croissance dans l’organisme en développement qui préfigure la mise en place des circuits neuronaux, repose sur un grand nombre d’acteurs moléculaires dont on sait qu’ils agissent à la fois de façon extrêmement spécifique mais également synergique. Les mécanismes d’intégration des signaux de guidage dans la structure réceptrice de l’axone, le cône de croissance, restent très peu connus, et sont pourtant un facteur clef du contrôle de la navigation axonale. Notre projet s’intéresse à un réseau de connexions nerveuses de la moelle épinière qui est un modèle particulièrement adapté à l’étude de ces mécanismes d’intégration. Nous avons identifié plusieurs acteurs moléculaires qui contribuent à orienter ces connexions et nous cherchons à caractériser les mécanismes d’intégration de ces différents signaux. Ce projet nous amène à caractériser de nouveaux jeux d’interactions, de nouvelles modalités d’action des signaux de guidage. Ces données peuvent apporter des éléments intéressants dans la compréhension de différents processus biologiques, car les acteurs moléculaires à l’étude ont une action large, à la fois au cours du développement de l’organisme mais aussi dans des contextes pathologiques. Dans ce cadre, les résultats de ce projet pourraient identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.

Le projet s’appuie sur l’exploitation de plusieurs modèles de souris déficientes pour les signaux moléculaires d’intérêt. A l’aide de techniques de traçage des projections axonales et l’observation en microscopie à fluorescence, des défauts des projections de la moelle épinière sont recherchés qui attestent du rôle joué par des signaux dans le contrôle de la trajectoire de ces axones. De nombreuses expériences s’appuient également sur la mise au point de modèles de cultures neuronales qui permettent d’investiguer les mécanismes moléculaires et les régulations qui s’opèrent. Des manipulations par biologie moléculaire de la structure des molécules permettent d’identifier des domaines importants pour les interactions entre ces signaux et leurs récepteurs exprimés par les axones.

Le projet a permis d’identifier de nouvelles fonctions pour une classe de molécules qui sont les facteurs neurotrophiques, connus pour leur rôle essentiel dans la survie neuronale. Il a également conduit à la caractérisation de nouveaux jeux d’interactions entre différentes familles de molécules, et de nouveaux mécanismes de régulation de la trajectoire des axones. Ces résultats pourront être appliqués à de nombreux autres contextes biologiques, comme la migration cellulaire ou encore la formation de métastases.

Ce projet est avant tout un projet de recherche fondamentale. Il permet de générer de nouvelles connaissances sur les modes d’action de signaux moléculaires variés, dont les fonctions ne sont pas restreintes au contexte étudié dans le cadre du projet mais qui au contraire jouent des rôles extrêmement variés dans la physiologie de l’organisme mais aussi dans la survenue de pathologies. A ce titre, le projet pourrait impulser des recherches plus ciblées, de mise au point d’outils interférant qui pourraient être testés dans ces divers contextes pathologiques.

Le projet comprend deux axes distincts. Les résultats produits par le premier axe sont sous presse dans le journal Neuron. Le deuxième axe a déjà généré des résultats qui laissent espérer une deuxième publication dans l’année à venir.

L’objectif de notre projet est d’explorer de nouveaux cross-talks moléculaires intervenant dans la formation des projections commissurales spinales. Les interneurones dorsaux de la moelle épinière élaborent un réseau complexe de connexions avec des neurones localisés dans la moelle et dans les centres nerveux supérieurs. Ces projections participent à différents circuits de traitement des informations sensorimotrices et jouent un rôle clef dans la coordination droite-gauche des commandes motrices. Elles sont symétriques et dites commissurales car elles interconnectent des neurones situés dans des côtés opposés du système nerveux. Leur mise en place un processus complexe, qui fait intervenir de multiples signalisations de guidage axonal. Une des étapes clefs de la navigation des axones commissuraux est la traversée de la ligne médiane dans une structure ventrale gliale localisée à la base du canal épendymaire de la moelle épinière, la plaque du plancher (PP).

La sensibilité des terminaisons axonales, les cônes de croissance, responsables de la perception et l’intégration des informations de guidage, aux signaux environnementux, est un élément clef de la navigation axonale. Compte tenu du nombre relativement limité de signaux de guidage au regard de la complexité des projections neuronales, des régulations de réponse semblent indispensables pour accroître la diversité des trajectoires et moduler les propriétés moléculaires des tissus. La compréhension des processus de navigation axonale nécessite d’investiguer en détail ces régulations qui restent encore très largement méconnues. La traversée de la ligne médiane s’est avérée être un modèle d’étude particulièrement intéressant, permettant d’interroger les mécanismes qui régulent les réponses axonales aux signaux de guidage.

Notre programme s’articule autour de d’une famille de molécules de guidage, les Sémaphorines, principalement la classe 3 regroupant les signaux sécrétés chez les Vertébrés. Nous avons identifié deux nouvelles signalisations potentiellement modulatrices des réponses de guidage des axones commissuraux au cours de la traversée de la ligne médiane.

Dans un récent travail, nous avons décripté un mécanisme d’acquisition d’une réponse répulsive à un signal Sémaphorine répulsif de la ligne médiane, Sema3B. Nous avons montré qu’une activité protéasique, la calpain1 désensibilise les axones commissuraux à Sema3B pour leur permetre d’entrer dans la PP en clivant une sous-unité du récepteur de Sema3B, Plexin-A1. Puis lorsque les axones entrent dans la PP, des signaux locaux inhibent l’activité calpain, et restaurent l’expression de surface de la sous-unité, permettant alors aux axones d’acquérir une sensibilité au signal Sema3B. L’effet répulsif qui en résulte contribue alors à repousser les axones hors de la PP.

Nous avons identifié une signalisation de la PP impliquant une coopération de deux signaux, le facteur neurotrophique GDNF et la molécule d’adhérence NrCAM, qui contrôlent l’activité calpain et le clivage de Plexin-A1. La première partie de notre projet propose d’investiguer par des approches combinant des cultures cellulaires, des modèles murins et d’imagerie, les voies moléculaires en jeu dans cet effet coopératif.

Nous nous intéresserons dans une deuxième partie à divers aspects moléculaires du clivage de la protéine Plexin-A1.

Enfin dans une troisième partie, nous explorerons une régulation nouvelle impliquant cette fois Plexin-A1 et une signalisation majeure de la traversée de la ligne médiane, Robo/Slit. Nous avons en effet mis en évidence une interaction biochimique entre Plexin-A1 et le ligand Slit1. Par des approches biochimiques, nous analyserons le réseau d’interactions entre protéines Plexins, Robo et Slit, puis par l’étude de modèles murins et modèles ex vivo nous rechercherons les fonctions de ces interactions dans le processus de traversée de la ligne médiane.

Coordinateur du projet

Madame Valérie Castellani (UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON I) – valerie.castellani@univ-lyon1.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CGMC UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON I

Aide de l'ANR 337 549 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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