Otx2-glycosaminoglycan interaction to regulate visual cortex plasticity

par Clémence Francoise Bernard

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Ariel Di Nardo.

Soutenue le 26-09-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) .

Le jury était composé de Sonia Garel, Thomas Bourgeron, Alain Trembleau, Michela Fagiolini, Alberto Bacci, Fabienne Poulain, Alain Prochiantz.

  • Titre traduit

    Etude des interactions entre l’homéoprotéine Otx2 et les glycosaminoglycanes pour la régulation de la plasticité du cortex visuel


  • Résumé

    Pendant le développement postnatal du cortex cérébral visuel, l'homéoprotéine Otx2 est transférée préférentiellement dans les interneurones inhibiteurs à parvalbumine (cellules PV), induit leur maturation et régule la période critique de plasticité pour la dominance oculaire. Pendant cette période critique, les cellules PV sont progressivement entourées par une matrice extracellulaire riche en glycosaminoglycanes (GAGs), qui pourraient être impliqués dans la capture d'Otx2. Pour étudier comment l'interaction entre Otx2 et les GAGs à la surface des cellules PV régule la période critique, nous avons analysé une lignée de souris transgéniques Otx2-AA chez lesquelles cette interaction est perturbée. Ces souris présentent une spécificité réduite de l'Otx2 cortical pour les cellules PV et un retard dans l'ouverture et la fermeture de la période critique pour la dominance oculaire. Nous avons montré que la protéine Otx2 se lie aux chaines de chondroïtine sulfates à la surface des cellules PV et qu'elle a une forte affinité pour le chondroïtine sulfate CS-E. Chez l'adulte, le cortex est maintenu à l'état non plastique par un apport continuel d'Otx2. Afin de ré-ouvrir une fenêtre de plasticité chez l'adulte, nous avons développé deux modèles pour perturber le transfert d'Otx2 : un analogue synthétique de CS-E qui se lie à Otx2 et une souris knock-in inductible pour contrôler la sécrétion d'un anticorps simple chaine contre Otx2. Ces résultats confirment et précisent le rôle in vivo de l'interaction entre Otx2 et les GAGs, à la fois pour la mise en place des périodes critiques pendant le développement postnatal et pour le maintien de l'état non plastique du cortex chez l'adulte.


  • Résumé

    During postnatal development of the visual cerebral cortex, Otx2 homeoprotein is transferred preferentially into parvalbumin inhibitory interneurons (PV-cells), induces their maturation and regulates a critical period of plasticity for binocular vision. During the critical period, PV-cells are gradually enwrapped by perineuronal nets enriched in glycosaminoglycans (GAGs), which are likely involved in the capture of Otx2. To understand how Otx2 interacts with GAGs at the surface of PV-cells for critical period regulation, we have analyzed a transgenic Otx2-AA mouse line in which the interaction between Otx2 and GAGs is disrupted. These mice show a reduced specificity of cortical Otx2 for PV-cells with concomitant delayed onset and closure of critical period for ocular dominance. We have also identified that Otx2 protein binds chondroitin sulfate chains of the perineuronal nets and that it has a high affinity for the chondroitin sulfate CS-E. We have therefore developed a sugar-ase protection assay for identifying specific glycan sequences involved in homeoprotein recognition. Throughout adulthood, the cortex receives Otx2 to maintain a consolidated, non-plastic state. To interfere with Otx2 transfer in the adult and reopen a window of plasticity, we have developed two models: a synthetic hexasaccharide analogue of CS-E that binds to Otx2 and an inducible, knock-in mouse allowing spatio-temporal control of a secreted single chain antibody against Otx2. All these results confirm and clarify the in vivo role for Otx2-GAG interaction, both in the timing of critical periods during postnatal development and in the maintenance of the non-plastic state of the cortex in the adult.


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