Le récepteur nucléaire orphelin COUP-TFI contrôle l’identité sensorielle et l'activité neuronale dans les cellules post-mitotiques du néocortex chez la souris

The orphan nuclear receptor COUP-TFI controls sensory identity and neuronal activity in post-mitotic cells of the mouse neocortex

• Auteur / Autrice : Elia Magrinelli
• Direction : Michèle Studer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 13/07/2016
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie Valrose - Institut de Biologie Valrose
• Jury : Président / Présidente : Jacques Noël
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michèle Studer, Jacques Noël, Eloisa Herrera, Xavier Leinekugel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eloisa Herrera, Xavier Leinekugel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cortex cérébral

Souris

Mots clés libres

Cortex cérébral de la souris

Neocortex

Développement

Connectivité thalamo-cortical

Activité neuronale

COUP-TFI

Egr1

Mouse cerebral cortex

Neocortex

Development

Thalamo-cortical connectivity

Neuronal activity

COUP-TFI

Egr1

Résumé

Le néocortex est une région du cerveau qui traite toutes les entrées sensorielles et créé des réponses comportementales. Il est subdivisé en zones fonctionnelles, chacune ayant une cytoarchitecture, un motif d’expression génique et un profil de connectivité spécifiques. L'organisation en zones est pré-modelée par des gènes organisateurs, et ensuite affinée par l’activité sensorielle. Dans cette étude, j'ai étudié d'abord si ce pré-modelage est établi dans les progéniteurs et/ou les cellules post-mitotiques, et si l'activité neuronale spontanée est nécessaire pour l’établissement de la connectivité correcte entre néocortex et thalamus, station relais principale des données sensorielles. Avec l'aide d'une série de souris transgéniques, j’ai montré que la fonction du gène organisateur COUP-TFI est suffisante et nécessaire pour organiser l'identité sensorielle dans les cellules post-mitotiques, et que COUP-TFI régule l'activité intrinsèque des neurones corticaux, influençant la bonne intégration des entrées thalamiques dans le cortex somatosensoriel. J’ai montré que COUP-TFI contrôle directement l'expression du gène Egr1, qui dépend fortement de l'activité neuronale. COUP-TFI et Egr1 agissent sur l'acquisition de la morphologie des cellules étoilées dans les neurones de la couche 4, cibles principales des axones thalamiques et trait typique des zones somatosensoriels primaires. En conclusion, ce travail montre que le pré-modelage cortical dépend primordialement d’un programme génétique établi dans les cellules post-mitotiques et que l'activité intrinsèque et les propriétés génétiques agissent ensemble pour façonner l'organisation des premiers circuits dans le néocortex.

The neocortex is a region of the brain that processes all sensory inputs creating appropriate behavioral responses. It is subdivided into functional areas, each with a specific cytoarchitecture, gene expression pattern and connectivity profile. The organization into areas is pre-patterned by the action of areal patterning genes, and subsequently refined by sensory evoked activity. In this study, I have first investigated whether early areal patterning is committed in progenitor and/or post-mitotic cells, and then assessed whether spontaneous neuronal activity is required in establishing correct connectivity between the neocortex and the thalamus, the principal relay station of peripheral sensory inputs. With the help of a series of transgenic mice, my work showed that the function of the areal patterning gene COUP-TFI is sufficient and necessary to organize sensory identity in post-mitotic cells, and that COUP-TFI regulates intrinsic activity properties of cortical neurons, and thus proper integration of thalamic inputs into the somatosensory cortex. In particular, I found that COUP-TFI directly controls the expression of the immediate early gene Egr1, which expression levels strongly depend on neuronal activity. Both COUP-TFI and Egr1 act on the acquisition of the stellate cell morphology of layer 4 neurons, the main targets of thalamic axons and a typical trait of primary somatosensory areas. In conclusion, this work demonstrates that cortical area patterning primordially depends on a genetic program established in post-mitotic cells and that intrinsic genetic and activity properties act together to shape the organization of early circuits in the neocortex.