Somatosensory neurons are essential for detecting diverse environmental stimuli, thus critical for survival of mammals. In order to achieve sensory modality specificity, many somatosensory subtypes emerge with various receptor and ion channel expression, as well as terminal morphologies. How the somatosensory system achieves such a high variety of neuronal subtypes is unknown. In this thesis, I used a newly discovered subtype, VGLUT3-expressing unmyelinated low-threshold mechanoreceptors (C-LTMRs), as a model to try to answer this question. C-LTMRs have been proposed to play a role in pleasant touch in humans or pain in mice. Previously, our lab has identified the Runt domain transcriptional factor Runx1 to be pivotal for the development of a cohort of sensory neurons such as pain related nociceptors, thermal receptors, as well as itch related pruriceptors. Here I found that Runx1 is also required to establish all known features associated with C-LTMRs. In search of the mechanism of how Runx1 controls C-LTMR development, I found that the zinc finger protein Zfp521 is predominantly expressed in C-LTMRs and its expression is Runx1 dependent. By generating and analyzing Zfp521 conditional knock out animals, I found Zfp521 is required for part of C-LTMR molecular identities and nerve terminal morphologies. Our studies suggest that Runx1 acts through Zfp521-dependent and Zfp521-independent pathways to specify C-LTMR identities. To study C-LTMR functions, we performed a series of behavioral analysis and found the loss of VGLUT3 and mechanosensitivities in C-LTMRs does not markedly affect acute or chronic mechanical pain measured from the hind paws, which argues against the proposed role of VGLUT3 in C-LTMRs in mediating mechanical pain in mice. In the future, we will continue to use our mutant mice to study physiological functions of C-LTMRs.

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Comme tous les marsupiaux, l’opossum Monodelphis domestica nait dans un état très immature – glabre, aveugle, sourd – mais doit grimper sur le ventre de la mère pour trouver une tétine à laquelle il s’accroche afin de poursuivre son développement. Pour ce faire, il rampe à l’aide de ses membres antérieurs, qui sont mobiles contrairement aux membres postérieurs, et se dirige vers une tétine qu’il avale partiellement. Des sens céphaliques sont nécessaires pour qu’il trouve la tétine et s’y accroche. Le toucher est un des sens qui est fonctionnel dès la naissance. Ce sens repose sur des cellules spécialisées qui ont la propriété de percevoir des déformations mécaniques des tissus et d’y répondre en déclenchant l’activation de fibres nerveuses. Cette propriété s’appelle mécanotransduction et est rendue possible par la présence de récepteurs moléculaires à la surface des cellules dont la tâche est de réagir aux stimuli mécaniques afin de provoquer la réponse. Peu de ces récepteurs ont été formellement identifiés et caractérisés. Toutefois, Piezo2 est un canal transmembranaire retrouvé dans une vaste gamme de mécanorécepteurs et qui joue un rôle crucial dans la perception du toucher, en plus d’être impliqué dans la vestibulation (sens de l’équilibre) et l’audition. Le rôle de Piezo2 a surtout été étudié chez des mammifères euthériens matures. Peu d’études ont porté sur son expression développementale, et aucune ne concernait les marsupiaux. L’objectif principal de cette thèse était de décrire l’expression de Piezo2 au niveau de la tête d’opossums en développement. L’expression du gène a été examinée par RT-PCR et hybridation in situ, alors que la présence de la protéine a été démontrée par immunohistochimie. La RT-PCR montre une expression de l’ARNm de Piezo2 à tous les âges à partir de la naissance jusqu’au 21e jour postnatal (P21). L’immunohistochimie n’a pas permis de mettre en évidence Piezo2 dans la peau faciale ni chez les nouveau-nés ni chez l’adulte. Cependant, Piezo2 est présent dans l’oreille interne dès la naissance. Dans le vestibule, le marquage Piezo2 est observé sous la forme de disques à la surface de l’épithélium dans la macule utriculaire dès la naissance et dans la macule sacculaire et les crêtes ampullaires à P7. Ces disques ont une morphologie similaire à ceux formés par l’accumulation d’actine où se développent les cils des cellules ciliées, ce qui permet de penser que Piezo2 se trouve à la surface des cellules ciliées présomptives. Dans la cochlée, la protéine est aussi présente sur toute la surface apicale de l’organe de Corti présomptif. Avec l’âge, le patron de marquage se restreint à la surface des cellules ciliées externes, dont les trois rangées sont visibles à P11. À P14, les disques de marquage Piezo2 sont bien nets dans tous les organes sensoriels de l’oreille interne. Du marquage Piezo2 a aussi été observé dans la membrane tectoriale de la cochlée et les membranes otolithiques des macules vestibulaires, ce qui suggère qu’il joue un rôle dans le développement de ces structures acellulaires. Ces résultats suggèrent que Piezo2 n’est pas impliqué dans la mécanosensation tactile faciale à la naissance et pourrait jouer un rôle mineur dans le toucher chez l’opossum. L’expression de Piezo2 dans l’oreille interne indique qu’une forte maturation des cellules ciliées a lieu au cours de la 1re semaine postnatale dans la macule utriculaire et lors de la 2e semaine pour les autres organes sensoriels vestibulaires. Les cellules ciliées cochléaires auraient une maturation un peu plus tardive, au cours de la 2e semaine postnatale. La forte présence de Piezo2 dans l’épithélium cochléaire dès la naissance, alors que les cellules ciliées sont encore indifférenciées, suggère que cette molécule pourrait jouer un rôle dans la différenciation cellulaire. En résumé, cette étude montre que Piezo2 n’est pas impliqué dans la mécanosensation précoce chez l’opossum, mais qu’il joue un rôle dans le développement de la vestibulation et de l’audition. / Like most marsupials, the opossum Monodelphis domestica is born in a very immature state, ie. blind, glabrous and deaf. To pursue its development and growth, the newborn crawls with its forelimbs on its mother’s belly to find a teat where it attaches. Cephalic senses are needed to find the teat and trigger the attachment. Touch is one of the senses, which depends on mechanoreceptors, sensory cells capable of perceiving the mechanical changes in tissues and to transmit them as neural inputs, a process called mechanotransduction. Of the few molecular receptors underlying mechanotransduction identified so far, Piezo2 is the best candidate. It is a mechanosensitive cation channel found in a wide variety of mechanoreceptors and plays a crucial role in the perception of touch, as well as having been linked to the vestibular and auditory vestibular systems. While having been well characterized in mature eutherian mammals, few studies have looked at its role during ontogenesis and none were done in marsupials. The main objective of this thesis was to describe the developmental expression of Piezo2 in the head of the opossum. Gene expression was examined by RT-PCR and in situ hybridization, while the presence of the protein was demonstrated by immunohistochemistry. RT-PCR has shown that gene expression of Piezo2 is present from birth (postnatal day 0, P0) until P21. Immunohistochemistry did not reveal the presence of Piezo2 in cephalic skin tissues at any stage from birth to adulthood. However, Piezo2 is present in the inner ear from birth onwards. In the vestibular labyrinth, disk-shaped patches of Piezo2 labeling are present in the utricular macula at P0 and can be observed at P7 in the saccular macula and in the crista ampullaris. In all these sensory organs, Piezo2 labeling is similar to that of disk-shaped patches of actin accumulation where the stereocilia of hair cells develop. This suggests that Piezo2 is located at the surface of the hair cells in the inner ear. In the auditory system, the protein is present over the surface of the whole presumptive organ of Corti at P0. With age, Piezo2 labeling was restricted to the apical surface of the outer hair cells by P11. At P14, numerous discs are present in all the sensory organs of the inner ear and the only difference with P21 seems to be an increase in their number. Piezo2 labeling was also observed in the tectorial membrane of the cochlea and the otolithic membranes of the macula, suggesting that it plays a role in the development of these acellular structures. These results indicate that Piezo2 is not involved in skin facial mechanosensation at birth in the opossum and may be less important in the perception of touch in marsupials than in eutherians. The pattern of expression of Piezo2 in the vestibular system suggests that the maturation of the hair cells is important during the first postnatal week in the utricular macula and during the second postnatal week in the other vestibular sensory organs. The hair cells in the organ of Corti are maturating more during the late second postnatal week. Moreover, the strong expression of Piezo2 in the undifferentiated cochlear epithelium during the first postnatal weeks suggests that it may play a role in the differentiation of the cells of the organ of Corti of the opossum Monodelphis domestica. In summary, this study highlights that Piezo2 is not involved in early mechanosensation in opossums but plays a role in the development of both the vestibular and auditory systems.