Mise en place des interneurones GABAergiques de la couche moléculaire du cervelet au cours du développement

par Christelle Cadilhac

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Jean-Raymond Fabrice Ango.

Le président du jury était Laurent Fagni.

Le jury était composé de Jean-Raymond Fabrice Ango, Laurent Fagni, Isabelle Dusart, Christine Métin, Alexandre Dayer, Mireille Rossel.

Les rapporteurs étaient Isabelle Dusart, Christine Métin.


  • Résumé

    La mise en place des circuits neuronaux fonctionnels se construit autour d'une grande diversité cellulaire et nécessite l'accomplissement d'une série d'évènements complexes incluant la prolifération, la migration, la différenciation, le guidage axonal, la reconnaissance cellulaire et la synaptogenèse des progéniteurs neuronaux. Dans le cervelet, les interneurones GABAergiques de la couche moléculaire (IGCM) s‘intègrent au cours des deux premières semaines post-natales et se différencient en deux sous-types cellulaires, les cellules en panier (CP) qui innervent le segment initial de la cellule de Purkinje, cellule principale du cervelet, et les cellules étoilées qui innervent l'arbre dendritique de la cellule Purkinje. Bien que ces deux types cellulaires possèdent des morphologies distinctes et innervent des sous-domaines cellulaires spécifiques, aucun marqueur moléculaire ne permet de les discriminer. Depuis près d'un siècle, la controverse existe concernant leur identité et deux théories s'affrontent. La première suggère que ces deux cellules sont des variantes issues d'un même progéniteur et que les différences morphologiques sont dues à un changement progressif de l'environnement cellulaire alors qu'une autre hypothèse suggère que ces deux cellules proviennent de progéniteurs neuronaux différents. Au cours de ma thèse j'ai étudié l'intégration des IGCM au sein de la couche moléculaire (CM) en caractérisant deux étapes clés de la formation des circuits GABAergiques, la migration et l'innervation de leur cible. En utilisant une combinaison de techniques telles que la microscopie bi-photonique et les greffes in vivo de progéniteurs neuronaux, j'ai mis en évidence que durant la première semaine post-natale, les IGCM quittent leur lieu de naissance pour rejoindre la CM en réalisant une seule étape de migration radiale. De manière intéressante certains IGCM accomplissent une étape de migration supplémentaire inédite tangentiellement à la surface piale pendant la deuxième semaine post-natale. Cette nouvelle phase de migration tangentielle des IGCM se déroule au sein de la couche granulaire externe où résident les cellules granulaires pré-migratoires dont les fibres qui expriment TAG-1 jouent un rôle essentiel en tant que support physique et participent à l'établissement des IGCM en mode “inside-out”. De plus, nos résultats suggèrent que seule une sous-population de type cellule étoilée effectuerait cette étape supplémentaire, montrant ainsi une première divergence dans le processus de maturation des IGCM. Par la suite, je me suis intéressée à l'innervation des cellules de Purkinje par les CP nouvellement différenciées. En utilisant des techniques d'immuno-histochimie, j'ai tout d'abord montré que la Neuropiline-1 (NRP1), un des récepteurs de la Sémaphorine-3A, était exprimé au niveau des terminaisons axonales des CP. Enfin, grâce à l'analyse d'un mutant conditionnel pour NRP1, j'ai pu mettre en évidence qu'en plus de son rôle crucial dans le guidage axonal des CP, NRP1 est également impliquée dans l'innervation spécifique du segment initial axonal des cellules de Purkinje en interagissant avec une molécule d'adhésion cellulaire de la famille L1CAM, la Neurofascine. Ces résultats démontrent pour la première fois un rôle de NRP1 dans la transition entre l'étape de guidage avec celle de la reconnaissance cellulaire par les CP. En conclusion, nos résultats suggèrent fortement que les deux sous-types d'IGMC possèdent un programme génétique spécifique leur permettant de s'intégrer de manière unique au sein de la CM.

  • Titre traduit

    Development of the molecular layer GABAergic interneuron circuitry in the cerebellum


  • Résumé

    The establishment of functional neural circuits is built around a large cell diversity and requires the completion of a series of complexe events including proliferation, migration, differentiation, axon guidance, cell recognition and synaptogenesis of neural precursors. In the cerebellum, molecular layer GABAergic interneurons (MLGI) reach their final location during the first two post-natal weeks and differentiate into two cellular subtypes, the basket cells (BC) that innervate the Purkinje cell initial segment and the stellate cells that innervate the dendritic tree of the Purkinje cell, the principal cell of cerebellar cortex. Although these two cell types have distinct morphologies and innervate specific subcellular domains, no molecular marker allows to discriminate between them. For nearly a century, controversy exists concerning their identity and two theories exist. The first one suggests that these two cell types are variants derived from a single progenitor and that morphological divergence is due to a gradual change in the cellular environment while the other hypothesis suggests that these two cell types come from different progenitors. During my thesis, I studied the integration of the MLGI in the molecular layer (ML) characterizing two key steps in the formation of GABAergic circuits, migration and innervation of their target. Using a combination of techniques such as two-photon microscopy and in vivo transplantation of neural progenitors, I highlighted that during the first post-natal week, MLGI leave their birthplace to join the ML by performing a single radial migration step. Interestingly, some MLGI perform an unexpected additional migration step tangentially to the pial surface during the second post-natal week. This new phase of MLGI tangential migration takes place in the external granule cell layer where resident pre-migratory granule cells whose fibers expressing TAG-1 play an essential role as physical support and participate in the establishment of MLGI « inside-out » mode. In addition, our results suggest that only a stellate-like subpopulation would perform this extra step, bringing the first indication of an early divergence during MLGI maturation process. Then, I was interested in the innervation of Purkinje cells by newly differentiated BC. Using immunohistochemistry experiments, I first showed that Neuropilin-1 (NRP1), a Semaphorin-3A receptor, was expressed in the BC axon terminals. Finally, through the analysis of a NRP1 conditional mutant, I brought out that, in addition to its critical implication in axon guidance, NRP1 is also involved in the specific innervation of the Purkinje cell axon initial segment by interacting with a cell adhesion molecule belonging to the L1 family, Neurofascin. These results demonstrate for the first time a role of NRP1 in the transition between the guidance and the cell recognition steps by BC. In conclusion, our results strongly support that the two MLGI subtypes have a specific genetic program allowing them to integrate within the ML in a unique manner.

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