Der Transkriptionsfaktor Pitx3 wird nur in postmitotischen mDA Neuronen des Mittelhirns exprimiert und zeigt eine vollständige Koexpression mit TH im VTA und der SN. Bei einem Verlust an Pitx3-Expression (aphakia-Maus) zeigen die mDA Neurone des VTA nahezu keine Veränderung, während sich jedoch die Neuronen der SN nicht entwickeln. Die Gründe hierfür sind bisher unklar.  In der vorliegenden Arbeit sollte analysiert werden, welche Rolle Pitx3 bei der Neurogenese der mDA spielt, indem Pitx3 im murinen Mittelhirn spezifisch überexprimiert wurde. Dies sind die ersten Ergebnisse einer in vivo Pitx3-Überexpressionsstudie in der Maus und die Ergebnisse könne wie folgt zusammengefast werden:  • Die Expression von TH-, DAT- und Nurr1-positiven Zellen im medialen Bereich des dopaminergen Areals, aus dem das VTA hervorgeht, ist bei allen Mutanten (Shh-Cre+/Pitx3OE, Foxa2-Cre+/Pitx, Wnt1-Cre+/Pitx3OE und En1-Cre+/Pitx3OE) signifikant erhöht. Dabei war dieser Phänotyp besonders bei den  Wnt1-Cre+/Pitx3OE Mutanten ausgebildet.  • An E12.5 ist die Expression von Lmx1a und Lmx1b  bei allen Mutanten in der VZ signifikant erhöht.  • Bei den Wnt1-Cre+/Pitx3OE Mutanten zeigte sich an E12.5 eine starke ektopische Wnt1-Expression in den Bereichen der VZ und SVZ. Ebenso konnte eine gesteigerte Proliferation (BrdU, Ki67) bei gleichzeitiger leichter Reduktion der Neurogenese (Ngn2) beobachtet werden. In den Bereichen der ektopischen Wnt1-Expression konnte weiterhin eine Inhibierung der Shh-Expression an E12.5 festgestellt werden.  • An E12.5 konnte bei den Wnt1-Cre+/Lmx1aOE und Wnt1-Cre+/Lmx1bOE Mutanten eine ektopische Wnt1-Expression in den Bereichen festgestellt werden, in denen Lmx1a/b konditional überexprimiert wurde. Hierbei zeigte sich eine starke Reduktion der TH- und Pitx3-Expression, die aber wahrscheinlich durch eine Störung des IsO hervorgerufen sein könnte.  Im Allgemeinen kann also gesagt werden, dass Pitx3 nicht nur an der Differenzierung, sondern auch an Prozessen der Koordination von Proliferation und Spezifikation – im Sinne von Aufrechterhaltung des mDA Bereiches bzw. der Abgrenzung alternativer neuronaler Zellschicksale  beteiligt sein könnte. Dabei beeinflusst Pitx3 wahrscheinlich indirekt den kanonischen Wnt-Signalweg, indem es eine Rückkopplungsschleife mit Lmx1a und/oder Lmx1b, oder einem Zwischenfaktor bildet.

Le développement du membre passe par des étapes complexes de polarisation, dans les axes dorso-ventral et antéro-postérieur, qui ont lieu en parallèle de la croissance proximo-distale du bourgeon. Le déterminisme génétique de ces étapes est encore imparfaitement connu. Il implique des facteurs de transcription dont l’expression est temporo-spatiale spécifique, compliquant leur identification. L’étude de cohortes homogènes de patients porteurs d’anomalies développementales des membres est l’un des moyens d’identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans leur modélisation. A cet effet, nous avons étudié des patients atteints de Syndrome Nail-Patella correspondant à un défaut de polarisation dorso-ventrale ; une grande famille de polydactylie préaxiale syndromique et une série de patients atteints de Syndrome de Nager comme modèles d’étude de la polarisation antéro-postérieure ; et enfin une cohorte de patients présentant des pieds et mains fendus correspondant à un défaut de la signalisation proximo-distale. Ces travaux nous ont permis de souligner le rôle crucial de la régulation d’expression génique dans la modélisation du bourgeon de membre et plus généralement dans le développement embryonnaire. / Limb development requires complex patterning along dorso-ventral, antero-posterior and proximo-distal axes. The molecular mechanisms underlying these stages are not fully delineated yet. Identification of the transcription factors involved is challenging because of their spatio-temporally restricted expression during limb bud development. Analysis of carefully selected series of patients affected with limb malformations is a clue to identify new mechanisms involved in this patterning. For this purpose, we studied several families presnsenting with Nail-Patella Syndrome corresponding to a disorder of dorso-ventral polarization; a large family affected with syndromic preaxial polydactyly and a series of Nager Syndrome cases as models of antero-posterior polarization; eventually, a cohort of patients affected with split hand/foot malformations corresponding to a defect in the signalisation center of proximo-distal growth and differenciation. This work has led us to emphasize the crucial role of gene expression regulation during limb bud patterning and more generally during embryological development.

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En els darrers anys s'ha produït un gran avenç en l'enteniment dels mecanismes implicats en la inducció de la placoda òtica. Tanmateix, poc es coneix encara de com s'estableix un domini amb competència neural i un altre no-neural i aquest ha estat l'objectiu d'aquesta tesi doctoral. Hem analitzat els mecanismes moleculars rellevants per la regionalització primarenca de la placoda òtica i hem explorat el paper de Sox3 i Lmx1b en l'establiment i manteniment d'un territori competent neural, emprant l'embrió de pollet com organisme model. Els resultats mostren que el gen Sox3, inicialment expressat en un territori extens, es regionalitza en un domini òtic i epibranquial proneural. La sobreexpressió de Sox3 a estadis preòtics, indueix la generació de precursors neuronals que expressen Sox2 i Delta1, però aquests no aconsegueixen progressar a estadis de major diferenciació. A la vegada, Sox3 és capaç de inhibir la expression de Lmx1b, un gen expressat en el domini no-neural, suggerint que el seu patró final depèn de l'activitat neurogènica de la oïda interna. Finalment, presento evidències que la senyalització mitjançada per BMP té un paper primerenc en l'establiment de l'expressió de Lmx1b en el territory òtic, però que ni l'activitat de BMP ni l'expressió de Lmx1b influencien el procés de determinació neural. En conclusió, els nostres resultats posen de relleu nova informacióour dels mecanismes moleculars que governen els primers passos de la competencia neural i regionalizació de la placoda òtica en un territori neural i un no-neural. / During the last years, a great progress has been made in understanding the mechanisms involved in otic induction but the mechanism behind otic patterning into neural and non-neural domains is still an open question and the major aim of this work was to address this question. We have analyzed the molecular mechanisms underling the early regionalization of the otic placode, and explored the role of Sox3 and Lmx1b in the establishment and maintenance of a neural competent domain in the otic placode by using the chick as a model system. The results show that Sox3 expression initially expressed in a broad domain gets regionalized in otic/epibranchial proneural domain. Overexpression of Sox3 at preotic stages can induce ectopic neuronal precursor cells expressing Sox2 and Delta1 but does not allow the ectopically developed neuronal precursor cells for further differentiation. Sox3, besides providing neural competence to the proneural domain, regulates the posterior non-neural gene Lmx1b suggesting that its final expression pattern depends on the neural activity. Finally, I present evidence that BMP signaling has an early role in inducing Lmx1b expression in the otic field but that neither BMP activity nor Lmx1b expression influence neural commitment. Taken together, our results provide new information and shed light on the molecular mechanisms that underlie the first steps of the neural competence and otic patterning in proneural and non-neural domain.

Les cellules souches embryonnaires (cellules ES) sont pluripotentes et ont donc le potentiel de se différencier en cellules des trois feuillets embryonnaires, ainsi qu’en cellules de la lignée germinale. Ces propriétés en font un modèle pour l’étude des mécanismes de prolifération et de différenciation. Le facteur de transcription Lmx1b est impliqué dans la maintenance du phénotype différencié des neurones dopaminergiques mésencéphaliques. Et il a aussi été montré comme un facteur clef dans la différenciation et la maintenance des neurones sérotoninergiques du rhombencéphale générés dans les noyaux du Raphé. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux capacités de Lmx1b d’influencer la différenciation des cellules ES de souris en neurones sérotoninergiques. La première stratégie adoptée a résulté en une expression ectopique stable de Lmx1b dans les cellules ES et leurs dérivés. Le niveau d’expression de Lmx1b a fortement influencé les capacités de différenciation neuronale des cellules. Puis, l’analyse de marqueurs de différenciation spécifiques a montré une augmentation de l’expression des marqueurs sérotoninergiques, au contraire des marqueurs dopaminergiques ou de neurones moteur. La seconde stratégie a consisté en une surexpression inductible de Lmx1b dans les précurseurs neuraux dérivés de cellules ES pour mimer l’expression physiologique de Lmx1b. Après induction, Lmx1b était bien exprimé dans les cellules durant toutes les étapes de différenciation neuronale. L’activation de l’expression de Lmx1b au stade des colonies neuroépithéliales a aussi résulté en une amélioration de la différenciation sérotoninergique. Les résultats de ce travail soulignent les capacités de Lmx1b à diriger la différenciation des précurseurs neuraux dérivés de cellules ES vers la voie sérotoninergique in vitro. / Pluripotent Embryonic Stem Cells (ESC) have the potential to develop into cells of the three germ layers and of the germ line. Therefore, they are used as a model to study the proliferation and differentiation mechanisms. The LIM homeodomain transcription factor Lmx1b is involved in the maintenance of the differentiated phenotype of midbrain dopaminergic neurons. And it has been also demonstrated to be a key factor in differentiation and maintenance of hindbrain serotonergic neurons generated in the Raphe Nuclei. Here, we explored the capacity of Lmx1b to direct differentiation of mouse ESC (mESC) into serotonergic neurons. In the first approach, stable ectopic expression of Lmx1b was achieved. First, the level of Lmx1b expression was found to strongly influence the capacity of mESC to accomplish neuronal differentiation. Then, analysis of lineage-specific differentiation markers showed an increase in serotonergic markers’ expression by contrast to dopaminergic or motor neurons markers. In the second approach, Lmx1b was over-expressed in mESC-derived neural precursors by an inducible system in order to mimic the physiological onset of Lmx1b expression. After induction, Lmx1b was found to be stably expressed throughout neuronal differentiation. Activation of Lmx1b expression in neuroepithelial colonies resulted in enhancement of serotonergic differentiation, consistently with the stable system results. The results of this work highlight the capacity of Lmx1b to promote the shift of mESC-derived neural precursors toward a serotonergic fate in vitro.

<p>This dissertation explains why behavioral genetic research can be better informed by using characteristics in the human iris as biomarkers for personality, and is divided into five parts. Part I gives an introduction to the classical twin method and an overview of the findings that have led most developmental researchers to recognize that the normal variation of personality depends on a complex interplay between genetic and environmental factors. Part II highlights empirical findings that during the last twenty years have gradually moved genetic and environmental theory and research to evolve toward one another, and also presents the theory of genetics and experience that currently is used to explain how the interplay between genes and the environment works. Part III explains why, from a developmental perspective, it is of interest to identify candidate genes for personality, and gives a brief overview of genes that have been associated with personality. Problems associated with genetic research on the molecular level and how these apply to personality are also highlighted. Part IV examines molecular research on the iris and the brain, which suggests that genes expressed in the iris could be associated with personality, and explains how the use of iris characteristics can increase power to test candidate genes for personality by taking advantage of the self-organizing properties of the nervous system. The empirical foundation for the questions posed in this dissertation and also the empirical results are presented here. Part V discusses the associations found between iris characteristics and personality, and exemplifies how iris characteristics can be used within the theoretical frameworks presented in parts I, II, III and IV. In other words, Part V explains how iris characteristics – in addition to identify as well as test candidate genes for personality – can be used to investigate how people’s experiences in themselves are influenced by genetic factors.</p>

Les cellules souches embryonnaires (cellules ES) sont pluripotentes et ont donc le potentiel de se différencier en cellules des trois feuillets embryonnaires, ainsi qu'en cellules de la lignée germinale. Ces propriétés en font un modèle pour l'étude des mécanismes de prolifération et de différenciation. Le facteur de transcription Lmx1b est impliqué dans la maintenance du phénotype différencié des neurones dopaminergiques mésencéphaliques. Et il a aussi été montré comme un facteur clef dans la différenciation et la maintenance des neurones sérotoninergiques du rhombencéphale générés dans les noyaux du Raphé. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux capacités de Lmx1b d'influencer la différenciation des cellules ES de souris en neurones sérotoninergiques. La première stratégie adoptée a résulté en une expression ectopique stable de Lmx1b dans les cellules ES et leurs dérivés. Le niveau d'expression de Lmx1b a fortement influencé les capacités de différenciation neuronale des cellules. Puis, l'analyse de marqueurs de différenciation spécifiques a montré une augmentation de l'expression des marqueurs sérotoninergiques, au contraire des marqueurs dopaminergiques ou de neurones moteur. La seconde stratégie a consisté en une surexpression inductible de Lmx1b dans les précurseurs neuraux dérivés de cellules ES pour mimer l'expression physiologique de Lmx1b. Après induction, Lmx1b était bien exprimé dans les cellules durant toutes les étapes de différenciation neuronale. L'activation de l'expression de Lmx1b au stade des colonies neuroépithéliales a aussi résulté en une amélioration de la différenciation sérotoninergique. Les résultats de ce travail soulignent les capacités de Lmx1b à diriger la différenciation des précurseurs neuraux dérivés de cellules ES vers la voie sérotoninergique in vitro.

This dissertation explains why behavioral genetic research can be better informed by using characteristics in the human iris as biomarkers for personality, and is divided into five parts. Part I gives an introduction to the classical twin method and an overview of the findings that have led most developmental researchers to recognize that the normal variation of personality depends on a complex interplay between genetic and environmental factors. Part II highlights empirical findings that during the last twenty years have gradually moved genetic and environmental theory and research to evolve toward one another, and also presents the theory of genetics and experience that currently is used to explain how the interplay between genes and the environment works. Part III explains why, from a developmental perspective, it is of interest to identify candidate genes for personality, and gives a brief overview of genes that have been associated with personality. Problems associated with genetic research on the molecular level and how these apply to personality are also highlighted. Part IV examines molecular research on the iris and the brain, which suggests that genes expressed in the iris could be associated with personality, and explains how the use of iris characteristics can increase power to test candidate genes for personality by taking advantage of the self-organizing properties of the nervous system. The empirical foundation for the questions posed in this dissertation and also the empirical results are presented here. Part V discusses the associations found between iris characteristics and personality, and exemplifies how iris characteristics can be used within the theoretical frameworks presented in parts I, II, III and IV. In other words, Part V explains how iris characteristics – in addition to identify as well as test candidate genes for personality – can be used to investigate how people’s experiences in themselves are influenced by genetic factors.