During development of the cerebral cortex, the various neuronal subtypes have to reach their correct final position in the post mitotic compartment where they complete their maturation and eventually establish functional networks. Precise positioning of individual neurons is acquired through tight regulation of the multiple transitions that neurons undergo on their way to the cortical plate. Neurons of the cerebral cortex are organized in layers and columns. Although several molecular mechanisms have been identified that control the final position of neurons along the radial dimension of the cortex (i.e. layer specificity), much less is known about how their final tangential, or mediolateral, distribution is controlled. However this may have a direct impact on the structural and functional organization of cortical columns, since sister neurons derived from the same progenitor display selective patterns of connectivity with each other and/or share similar functional properties. Here we studied the role of B-ephrins in the control of migration of cortical pyramidal neurons. Gain of function experiments using in utero electroporation of ephrin-B1 revealed a striking alteration of the tangential distribution of pyramidal neurons during the multipolar stage of radial migration, resulting in clustering of the pyramidal neurons in the cortical plate. Conversely, clonal analysis of migrating neurons in ephrin-B1 knockout mice showed a wider mediolateral dispersion of cortical neurons. Static and dynamic analyses of migrating neurons revealed that ephrin-B1 modulates the morphology of pyramidal neurons during their multipolar phase, thereby restricting their tangential migration at that stage. Our results demonstrate that ephrin-B1 is a specific inhibitor of non-radial migration of pyramidal neurons, thereby controlling the pattern of cortical columns. These data shed new light on this important aspect of pyramidal neuronal migration, and illustrate how alterations of patterns of migration can affect cortical column organization. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le cortex cérébral constitue l’une des structures les plus évoluées et complexes de notre cerveau. Sa surface est divisée en de nombreuses aires fonctionnelles. La mise en place des aires corticales dépend à la fois de facteurs intrinsèques comme la sécrétion de morphogènes ou l’expression en gradient de différents facteurs de transcription, mais elle dépend aussi de facteurs extrinsèques au cortex, en particulier l'innervation par le thalamus. <p>Les ephrines et leurs récepteurs Eph constituent une famille multigénique de facteurs de signalisation impliqués dans divers événements clé du développement cortical où ils sont exprimés selon des profils spatio-temporels complexes. Aux stades tardifs du développement, EphA7 et l’ephrine-A5 sont exprimés en gradients complémentaires au sein de chaque territoire des aires présomptives, constituant ainsi les marqueurs les plus précoces de ces aires corticales. <p>Par la combinaison d’approches in-vitro utilisant la technique d’électroporation focale de tranches corticales embryonnaires, puis in-vivo en utilisant la technique de transgénèse d’addition, nous avons identifié une séquence régulatrice de EphA7 appelée pA7, capable de mimer l’expression endogène de EphA7 au sein du télencéphale dorsal en développement. La lignée de souris pA7-GFP ainsi générée exprime la GFP spécifiquement au sein du télencéphale dorsal durant les stades précoces. Aux stades périnataux cette expression se régionalise au sein de la plaque corticale de chacune des aires présomptives selon des gradients récapitulant ceux observés pour EphA7. Nous avons ensuite purifié des neurones exprimant différents niveaux d’EphA7 par la technique de FACS «Fluorescence-Activated Cell Sorting » et l’analyse de leur transcriptome nous a permis de trouver un grand nombre de gènes différentiellement exprimés. Tous ceux testés par la technique d’hybridation in situ sont exprimés selon un gradient latéral fort et médial faible dans le cortex pariétal, similaire à celui d’EphA7. L’examination de leur profil au sein de cortex de souris dépourvus d’afférences thalamiques, nous a permis de conclure que l’expression de ces gènes incluant EphA7 s’établit indépendamment de celles-ci. Ainsi, notre étude a permis d'identifier un répertoire de gènes neuronaux, pouvant agir en amont ou en combinaison avec EphA7 pour contrôler les facteurs intrinsèques essentiels à l’établissement des aires corticales./<p>The cerebral cortex is subdivided into distinct cortical areas characterized by specific patterns of gene expression and neuronal connectivity. The patterning of cortical areas is thought to be controlled by a combination of intrinsic factors that are expressed in the cortex, and external signals such as inputs from the thalamus. EphA7 is a member of the ephrin/Eph family of guidance factors that is involved in key aspects of the development of the cortex, and is expressed in several gradients within developing cortical areas. <p>By combining in vitro transcriptional assays and mouse transgenics, we identified a regulatory element of the EphA7 promoter, named pA7, that can recapitulate salient features of the pattern of expression of EphA7 in the developing forebrain, including gradients in the cortex. Using a mouse reporter line where GFP expression recapitulates EphA7 expression, we developed a GFP-based cell sorting procedure to isolate cortical neuron populations displaying different levels of EphA7 expression. Transcriptome analysis of these populations enabled to identify a specific array of differentially expressed genes. All genes validated further in vivo were confirmed to be expressed along distinct gradients in the developing cortical plate, similarly to EphA7. The expression of these genes was unchanged in mutant mice defective for thalamocortical projections, indicating that their graded pattern is largely intrinsic to the cortex. Our study identifies a novel repertoire of cortical neuron genes that may act upstream of, or together with EphA7, to control the intrinsic patterning of cortical areas. <p> <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le cortex cérébral est composé d’un grand nombre de types de neurones organisés radialement en couches cellulaires et tangentiellement en aires corticales fonctionnellement distinctes. Son développement est régulé par des signaux fonctionnant comme morphogènes sécrétés par des centres organisateurs situés à la périphérie du télencéphale dorsal. Ces morphogènes contrôlent l’expression dans les progéniteurs corticaux de gènes codant pour des facteurs de transcription qui régulent la prolifération, la différenciation et la spécification des progéniteurs corticaux. Les cascades de gènes impliquées dans la mise en place du cortex cérébral dans lesquelles ces signaux et facteurs de transcription interviennent restent cependant actuellement mal connues.<p>Les gènes Dmrt3 et Dmrt5 appartiennent à une famille de gènes fortement conservée évolutivement codant pour des facteurs de transcription à doigt de zinc connus pour leur rôle dans le développement sexuel. Des résultats obtenus dans le laboratoire ayant montré que Dmrt5 joue un rôle crucial dans la neurogenèse au niveau du système olfactif chez le xénope, j’ai voulu savoir, dans un premier temps, si la fonction de Dmrt5 dans la neurogenèse était une fonction ancestrale. Pour répondre à cette question, j’ai recherché des gènes Dmrts chez une espèce de Cnidaire, Nematostella vectensis, et ai étudié leur expression au cours du développement. L’un d’entre-eux, NvDmrtB, est fortement exprimé dans le système nerveux et s’est avéré être requis pour la différenciation des cellules nerveuses chez N. vectensis, suggérant que les gènes Dmrts avaient déjà un rôle dans la neurogenèse dans l’ancêtre commun des Bilatériens et des Cnidaires.<p>Par ailleurs, d’autres travaux ont montré que chez la souris les gènes Dmrt5 et Dmrt3 sont exprimés dans le cerveau en développement au niveau du télencéphale dorsal. Afin d’approcher leur fonction dans le développement cortical, j’ai analysé leur expression au cours du développement embryonnaire, caractérisé les anomalies de développement du cortex cérébral des souris knockout Dmrt5-/- et Dmrt3-/- ainsi que des souris double knockout Dmrt3-/-;Dmrt5-/- et étudié leur régulation. Mes résultats ont montré que Dmrt3 et Dmrt5 sont coexprimés dans les progéniteurs corticaux en gradient avec un maximum d’expression du côté caudo-médian. J’ai également observé que l’absence de Dmrt5 induit une réduction de la taille des vésicules télencéphaliques et que les structures de la partie caudo-médiane du cortex telles que le plexus choroïde et l’hippocampe sont altérées ainsi que les aires visuelle et somato-sensorielle. Au niveau moléculaire, mes résultats ont montré que Dmrt5 est requis pour l’expression de différents gènes codant pour les signaux Wnt et Bmp sécrétés au niveau de la région caudo-médiane des vésicules télencéphaliques, et qu’il contrôle négativement Pax6 et positivement Emx2, des déterminants respectivement de l’identité rostro-latérale et caudo-médiane du cortex cérébral. Bien que la taille des vésicules télencéphaliques n’apparaisse pas affectée chez les souris Dmrt3-/-, l’expression de différents composants de la voie Wnt et celle d'Emx2 et Pax6 est légèrement altérée, comme chez les souris Dmrt5-/-. Chez les souris double knock-out Dmrt3-/-;Dmrt5-/-, une réduction de la taille du cortex et des altérations de l’expression des gènes similaires et plus sévères que celle des souris Dmrt5-/- ont été observées. Nous avons également mis en évidence que l’expression de Dmrt3 est réduite chez les souris Dmrt5-/- et que inversement celle de Dmrt5 est légèrement augmentée chez les souris Dmrt3-/-. Enfin, nous avons observé que l’expression de ces deux gènes est dépendante du facteur de transcription Gli3 et que seul l’expression de Dmrt3 requiert les facteurs de transcription Pax6 et Emx2.<p>Ensemble, nos résultats indiquent que les facteurs de transcription Dmrt5 et Dmrt3 contrôlent le développement de la partie caudo-médiane du cortex, Dmrt5 agissant en amont de Dmrt3. Ils suggèrent également que ces facteurs y joueraient des rôles partiellement redondants en régulant l’expression de cibles communes tels les gènes Wnt3a et Pax6.! / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The cerebral cortex is one of the most complex and divergent of all biological structures and is composed of hundreds of different types of highly interconnected neurons. This complexity underlies its ability to perform exceedingly complex neural processes. One of the most important questions in developmental neurobiology is how such a vast degree of diversity and specificity is achieved during embryogenesis. Furthermore, understanding the cellular and genetic basis of cortical development may yield insights into the mechanisms underlying human disorders such as mental retardation, autism, epilepsies and brain tumors. <p>During this Phd-project, we set out to identify novel transcription factors involved in cortical neurogenesis. Therefore, we initially took advantage of a model of in vitro embryonic stem cell (ESC)-derived corticogenesis that was previously established in the lab (Gaspard et al. 2008) and from several previously generated ESC lines that allow overexpression of specific transcription factors potentially involved in corticogenesis (van den Ameele et al. 2012). <p>Among the genes tested, Bcl6, a B-cell lymphoma oncogene known to be expressed during cortical development but without well-characterized function in this context, displayed a strong proneurogenic activity and thus became the main focus of this thesis. <p><p>During neurogenesis, neural stem/progenitor cells (NPCs) undergo an irreversible fate transition to become neurons. The Notch pathway is well known to be important for this process, and repression of Notch-dependent Hes genes is essential for triggering differentiation. However, Notch signalling often remains active throughout neuronal differentiation, implying a change in the transcriptional responsiveness to Notch during the neurogenic transition.<p>We showed that Bcl6 starts to be expressed specifically during the transition from progenitors to postmitotic neurons and is required for proper neurogenesis of the mouse cerebral cortex. Bcl6 promotes this neurogenic conversion by switching the composition of Notch-dependent transcriptional complexes at the Hes5 promoter. Bcl6 triggers exclusion of the co-activator Mastermind-like 1 and recruitment of the NAD+-dependent deacetylase Sirt1, which we showed to be required for Bcl6-dependent neurogenesis in vitro. The resulting epigenetic silencing of Hes5 leads to neuronal differentiation despite active Notch signalling. These findings thus suggest a role for Bcl6 as a novel proneurogenic factor and uncover Notch-Bcl6-Sirt1 interactions that may affect other aspects of physiology and disease (Tiberi et al. 2012a). <p><p>A subsequent yet unpublished part of this Phd-project focused on unraveling roles for Bcl6 in regionalization of the cerebral cortex. In all mammals, the three major areas of the neocortex are the motor, somatosensory and visual areas, each subdivided in secondary domains and complemented with species-specific additional areas. All these domains comprise of neurons with different functionality, molecular profiles, electrical activity and connectivity. Spatial patterning of the cortex is mainly under the control of diffusible molecules produced by organizing centers, but is also regulated by intrinsic, cell-autonomous programs (Tiberi et al. 2012b). <p>Since Bcl6 expression is confined to frontal and parietal regions of the developing cerebral cortex and remains high in postmitotic neurons, also after completion of neurogenesis, we hypothesized it would be involved in acquisition of motor and somatosensory identity. As expected from the neurogenesis defect in these regions, we observed a trend towards a reduced size of the frontal areas in the Bcl6 mutant cortex. Preliminary data from cDNA microarray profiling after gain- and loss-of-function of Bcl6 and from in situ hybridization on mouse cortex however do not show dramatic changes in molecular markers of different cortical areas. Similarly, the coarse-grained pattern of thalamocortical and efferent projections of motor and somatosensory neurons appears to be spared. These preliminary findings thus suggest that Bcl6 is not strictly required for proper acquisition of motor and somatosensory areal identity. / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished