Construction des circuits neuronaux: dynamique spatio-temporelle et compartimentation des récepteurs de guidage axonal – YADDLE

Le projet a pour objectif d’explorer des mécanismes moléculaires clés de la construction des circuits neuronaux. Une première étape critique est la navigation axonale, au cours de laquelle les populations de neurones étendent leurs axones dans des voies très spécifiques pour se connecter à leurs cellules cibles et construire leurs synapses. Altérer la topographie de cette navigation peut avoir des conséquences dramatiques évidentes lorsque les connexions sont absentes ou très réduites. Cependant, un nombre croissant d’études relie des modifications plus subtiles de la navigation axonale à diverses pathologies, comme les troubles du spectre autistique. Envisager des thérapies innovantes nécessite une compréhension fine des mécanismes de la navigation axonale.

Deux décennies de travaux ont établi que les trajectoires axonales sont contrôlées par des signaux environnementaux aux effets attractifs et répulsifs. Comment est générée la diversité des trajets nécessaire au guidage spécifique de millions de faisceaux d’axones reste l'une des questions les plus fascinantes de la neurobiologie du développement. Les études fondatrices qui ont révélé le potentiel remarquable des cônes de croissance axonaux à moduler leur sensibilité aux signaux de guidage, ont assis l’idée que cette diversité émerge de contrôles spatiaux et temporels très spécifiques des récepteurs de guidage et de la machinerie de signalisation en aval. Malgré ces avancées, la dynamique des récepteurs de guidage dans les cônes de croissance, le contrôle de leur adressage de surface, leur répartition spatiale et leur réarrangement lors des décisions de guidage restent des processus très peu caractérisés, faute de modèles expérimentaux appropriés.

Ce projet rassemble des partenaires très complémentaires: V. Castellani (Partenaire 1, Lyon), spécialiste des mécanismes de guidage axonal; et O. Thoumine (Partenaire 2, Bordeaux), un biophysicien avec une forte expertise en microscopie de super-résolution de molécules uniques appliquée au cône de croissance et aux récepteurs synaptiques. V. Castellani a développé un set-up expérimental permettant de suivre en videomiscoscopie les décisions de guidage prises par une population d’axones dans un territoire clef de sa navigation. Elle a généré des outils pour explorer la dynamique des récepteurs de guidage dans ces axones à l’échelle subcellulaire. O. Thoumine apporte des ligands monomères nouvellement développés conjugués à des colorants organiques photostables pour étudier la dynamique et la distribution de ces récepteurs à l'échelle nanométrique en microscopie de super-résolution. Le modèle biologique de cette étude est la navigation des axones commissuraux au travers de la ligne médiane de la moelle épinière, un des modèles phares de l’étude des modulations des réponses axonales aux signaux de guidage. Les axones commissuraux ne perçoivent initialement que des signaux d’attraction qui les guident vers la ligne médiane. Puis au cours de la traversée, ils acquièrent une sensibilité à des signaux répulsifs locaux. Cette sensibilisation a pour objet de pousser les axones hors de la ligne médiane pour les empêcher de faire machine arrière. Les protéines Slit, clivées en fragment C-ter et fragment N-ter, et la Semaphorin3B (Sema3B) sont les principaux signaux répulsifs de la ligne médiane spinale des vertébrés. Le modèle mécanistique actuel propose qu’au moins trois signalisations répulsives sont activées lors de la traversée de la ligne médiane: Slit-N agissant via les récepteurs Robo, Slit-C agissant via le récepteur PlexinA1 et Sema3B via un complexe récepteur Neuropilin2 /PlexinA1.

Le consortium étudiera la mise en place de ces signalisations. Grâce à des technologies de pointe, Il explorera les changements temporels de la dynamique des récepteurs de guidage, leur insertion à la surface du cône de croissance, leur compartimentation dans l’axone, ainsi que les mécanismes de contrôle de ces séquences spatiales et temporelles.