Du destin cellulaire à la formation des circuits dans les ganglions de la base

From fate specification to circuit formation within the basal ganglia

• Auteur / Autrice : Andrea Tinterri
• Direction : Sonia Garel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurobiologie du Développement
• Date : Soutenance le 30/09/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie de l'École normale supérieure (Paris ; 2010-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Hervé, Jean-Antoine Girault, Alessandra Pierani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Vernier, Kenneth Campbell

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris

Corps strié

Neurones

Mots clés libres

Striatum

Souris

Neurones

Cerveau

Développement

Ganglions de la Base

Basal ganglia

Striatum

Neurons

Résumé

Les ganglions de la base (BG) sont un ensemble de noyaux qui contrôle des taches fondamentales de la vie quotidienne, notamment le control des mouvements, ainsi que l’apprentissage et le reward. En particulier, le striatum est le noyau principal des BG et le majeur relais d’input. Il est formé par deux sous-types de neurones de projection (SPN) qui modulent l’activité de sortie des BG directement (dSPN) ou indirectement (iSPN) via d’autres structures. Les deux populations sont intermelangés, ce qui permet l’activation parallèle des deux voies. Une perte d’équilibre entre l’activité des dSPN et des iSPN est partie de l’étiologie de plusieurs neuropathies des BG, y compris la maladie de Parkinson et celle de Huntington. Malgré l’importance fonctionnelle de ces neurones, on a une connaissance très incomplète de comment les deux sous-types sont spécifiés au cours du développement; de plus, la question de comment les deux sous-types se mélangent pour former l’architecture fonctionnelle du striatum reste à élucider. Utilisant une combinaison unique d’outils génétiques disponible dans la souris, j’ai montré que les dSPN et iSPN sont spécifiés dés très tôt et diffèrent dans leur distribution dans le striatum embryonnaire pour s’intermélanger progressivement. De plus, je montre que ce processus de mélange repose sur l’expression du facteur de transcription Ebf1, un gène qui est exprimé spécifiquement dans le dSPN et contrôle aussi l’intégration de ces derniers dans les circuits des BG. Mes résultats fournissent un nouveau contexte pour investiguer les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’assemblage du striatum et donnent des informations essentielles pour la génération de neurones striataux in vitro. Une autre population des BG, les neurones du corridor, ont la même origine que les SPN; cependant, au lieu de migrer vers le striatum, ces neurones forment une structure provisoire qui est cruciale pour former la capsule interne, un des majeurs faisceaux d’axones dans le cerveau des mammifères. Malgré leur importance pour le développement de la connectivité cérébrale, on ne sait pas si ces neurones jouent aussi un rôle dans le cerveaux adulte. À travers une combinaison de fate mapping génétique et d’analyse moléculaire à différent stades du développement, je montre que ces neurones contribuent à des noyaux spécifiques de l’amygdale étendue, une structure impliquée dans le control de la peur et de l’anxiété. Ces résultats montrent que les neurones du corridor pourraient contribuer à la régulation de l’anxiété et améliorent notre connaissance sur la formation de ces structures, qui sont très conservés au cours de l’évolution et qui ont un grand intérêt pathologique. Pris dans l’ensemble, mes résultats fournissent non seulement des nouvelles et très importantes informations sur la façon dont les circuits des BG sont formés, mais déterminent un nouveau cadre conceptuel pour investiguer le développement et la connectivité du cerveau antérieur.

Basal ganglia (BG) are a set of brain nuclei that control crucial aspects of everyday life such as motor control, habit learning and reward. In particular, the striatum is the biggest nucleus and input station of BG. It is formed by two subsets of projection neurons (SPN) that modulate BG output activity either directly (dSPN) or indirectly via other BG structures (iSPN). The two populations are intermixed, allowing parallel activation of the two pathways. Impaired balance of dSPN and iSPN activity is part of the aetiology of many BG neuropathies, including Parkinson’s and Huntington’s diseases; however, to date we have poor knowledge on how the two subtypes are specified and how they intermix during development. Using a unique combination of mouse genetic tools, here I show that dSPN and iSPN are specified early as independent populations, have different early distribution and gradually intermix. Moreover, I show that the process of intermix relies on expression of transcription factor Ebf1 in dSPN, a gene that also controls dSPN ability to integrate in BG circuits. These findings provide a new framework to investigate the molecular mechanisms controlling striatal mosaic assembly and will provide instrumental to generate fully formed striatal neurons in vitro. Another BG population, corridor neurons, shares common origin with SPN; however, instead of migrating toward the striatum, these cells form a transient corridor (Co) that is crucial for the formation of the internal capsule, a major axonal pathway in mammals. Despite their importance for brain wiring, whether Co cells also play a role in the adult brain is unknown. Through a combination of genetic fate map and in vivo timecourse, I surprisingly show that these cells participate to specific nuclei of the central extended amygdala, a structure implicated in anxiety and fear response. This finding indicates that Co neurons might contribute to anxiety regulation and sheds new light on the formation of evolutionarily conserved structures of great behavioral and clinical interest. Taken together, my findings not only provide new and critical information on neuronal migration and circuit formation in the BG, but also a new conceptual framework to investigate the formation of nuclear structures of the anterior brain.