La respiration est une activité rythmique motrice bilatéralement synchronisée présente chez le fœtus et vitale à la naissance. Au cours du développement, des interneurones dans le tronc cérébral s'organisent en réseaux qui génèrent et modulent la commande rythmique respiratoire. Ils y forment deux oscillateurs, actifs chez l'embryon et vitaux à la naissance : l'oscillateur parafacial et le complexe preBötzinger. Les mécanismes qui gouvernent l'assemblage et contraignent la fonction de ces réseaux sont étudiés dans le laboratoire avec des outils génétiques, des techniques histologiques, électrophysiologiques et d'imagerie chez la souris. Etudiant le développement du complexe preBötzinger, nous montrons que des progéniteurs neuraux exprimant le gène à homéobox Dbx1 donnent naissance aux interneurones qui constituent le cœur de l'oscillateur. Ces interneurones (i) sont glutamatergiques et nécessaires à la genèse du rythme, (ii) expriment le gène Robo3 requis pour que leurs axones croisent la ligne médiane et conditionnent la synchronisation de l'activité. Cette étude illustre et affine les liens existant entre les schémas de régionalisation du tube neural et l'émergence de modules fonctionnels en permettant de proposer une signature transcriptionnelle des neurones rythmogènes principaux de la respiration.

Chez les espèces ayant une symétrie morphologique bilatérale, les connections entre la gauche et la droite au sein du système nerveux sont appelées commissures. Le développement de nouveaux circuits commissuraux et la modification des circuits existants ont accompagné l’émergence de caractéristiques neurobiologiques essentielles. D’un point de vue moléculaire, le guidage des commissures dépend de couplage ligand-récepteur tels que Netrin-1/DCC, responsable de l’attraction des axones commissuraux, et tel que Slit/Robo3, responsable de la répulsion des axones ayant traversé la ligne médiane. Plusieurs commissures ne se développent pas en absence d’un unique récepteur, le Robo3, contestant ainsi une présumée redondance moléculaire. Tout d’abord, il est impérial de caractériser le mécanisme moléculaire sous-jacent à cette fonction unique de Robo3 chez les mammifères et au cours de l’évolution. Ensuite, nous visons à extrapoler vers une indentification de nouvelles molécules impliquées dans le développement commissural. Nos travaux ouvrent la voie à une réévaluation du contrôle développemental assuré par Robo3 au sein du système commissural des mammifères. Par biochimie fonctionnelle, nous avons observé que Robo3 du mammifère ni se lie, ni ne réagit aux slits. Par ailleurs, Robo3 interagit avec DCC, ce qui produit une phosphorylation intracellulaire sélective de Robo3 par l’entremise de la Nétrine-1. Cette dernière n’a pas d’effet attractif sur les neurones pontiques dépourvus de Robo3; phénomène qui peut être rétabli chez des souris Robo3 -/- par l’expression de Robo3 mammifère, mais non par l’expression de Robo3 non-mammifère. En conclusion, nous démontrons que la fonction de Robo3 a été spécifiquement convertie lors de l’évolution des mammifères. Une telle diversification mécanistique dérivée de l’évolution moléculaire d’un gène spécifique est susceptible d’être à la base de la précision du contrôle des mouvements volontaires chez les mammifères. / In species with bilateral morphological symmetry, connections between left and right in the nervous system are called commissures. The development of novel commissural circuits and modification of existing ones have accompanied the emergence of key neurobiological features in vertebrate evolution. Molecularly, guidance of commissures relies on ligand-receptor pairs such as Netrin-1/DCC mediating attraction of commissural axons to, and Slit/Robo mediated repulsion of post-crossing axons away from the midline. Arguing against assumed molecular redundancy, many commissures fail to develop in absence of a single receptor, Robo3. The objective of the current work is threefold: first, it sets out to characterize the molecular mechanisms underlying this unique function of Robo3 in mammals and evolutionarily across species. Secondly, we aim to extrapolate towards the identification of new molecules important for commissure development to lastly functionally evaluate some of these putative novel commissural signaling pathways. Our work paves the way to a complete reevaluation of Robo3-mediated developmental control in mammalian commissural systems. Using functional biochemistry, we find that mammalian Robo3 does neither bind nor respond to Slits. Moreover, Robo3 interacts with DCC and Netrin-1 selectively triggers intracellular phosphorylation of mammalian Robo3. Netrin-1 fails to attract pontine neurons lacking Robo3 and attraction can be restored in Robo3-/- mice by expression of mammalian, but not nonmammalian, Robo3. Conclusively, we show that Robo3 function has been uniquely converted during mammalian evolution. Such mechanistic diversification through molecular evolution in one specific gene likely underlies fine-tuning of mammalian voluntary movement control.