Movement is a prerequisite for normal fetal development and growth. Intrauterine movement restrictions cause a broad spectrum of disorders in which the unifying feature is a reduction or lack of fetal movement, giving rise to the term fetal akinesia deformations sequence (FADS [OMIM 208150]). FADS corresponds to a clinically and genetically heterogeneous constellation of properties and is characterized by multiple joint contractures, facial abnormalities, and lung hypoplasia as a result of the decreased in utero movement of the fetuses. Affected babies are often prematurely and stillborn, and those born alive typically die within minutes or hours after birth. The genetic causes for this fatal disorder are ill-defined as a genetic diagnosis is rarely executed, but mutations in three genes, namely RAPSN, DOK7, and MUSK, as well as in the subunits of the muscular nicotinic acetylcholine receptor (AChR) have been described. These mutations are thought to affect neuromuscular junctions, although this has not been proven experimentally.The nucleoporin NUP88 is a constituent of the nuclear pore complex (NPC), the gate for all trafficking between the nucleus and the cytoplasm. NUP88 resides on both the cytoplasmic and the nuclear side of NPCs, and it is found in two distinct subcomplexes. It associates with NUP214 and NUP62 on the cytoplasmic face, while on the nuclear side NUP88 binds NUP98 and the intermediate filament protein lamin A. The NUP88-NUP214-NUP62 complex plays an essential role in the nuclear export of a subset of proteins and pre-ribosomes, which is mediated by the nuclear export receptor CRM1. NUP88 in particular somewhat participates in the nuclear export of NF-κB proteins in a CRM1-dependent manner. Moreover, NUP88 is frequently overexpressed in a variety of human cancers, and its role in cancer appears linked to the deregulation of the anaphase-promoting complex. Here, we report the first Mendelian disorders caused by mutations in NUP88 and with that the first lethal developmental human disease due to mutations in a nuclear pore component. We demonstrate that biallelic mutations in NUP88 are likely to cause fetal akinesia of the Pena-Shokeir subtype. We confirm in zebrafish that loss of NUP88 impairs movement and the mutations identified in the affected individuals resemble a loss-of-function phenotype. We show that loss of NUP88 affects expression and localization of rapsyn, the protein encoded by RAPSN, in human and mouse cell lines, and patient samples. Consistent with altered rapsyn, AChR clustering and neuromuscular junction formation in zebrafish are abnormal. We therefore propose that defective NUP88 function cause FADS by affecting neuromuscular junction formation.Keywords: Nuclear pore complex, NUP88, Fetal Akinesia Deformation Sequence, rapsyn, acetylcholine receptor clustering, synaptic transmission, fetal development, inherited developmental disorder. / Doctorat en Sciences / 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

Le but des recherches du laboratoire de génétique du développement est de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent le développement neural des vertébrés. C’est la raison pour la quelle, j’ai identifié deux EST (BC071005 et BC077938) spécifiques de l’expression génique chez le Xenopus laevis. Sur base de la littérature, ces deux gènes présentent des profils d’expression intéressants, caractéristiques des gènes impliqués dans la neurogenèse.<p><p>Le premier clone d’ADNc code pour l’homologue du facteur de transcription Homez, contenant trois homéodomaines et deux motifs leucine zipper et dont la fonction est inconnue. Mes résultats ont montré que chez l’embryon de xénope au stade neurula, Homez est exprimé préférentiellement dans la plaque neurale, l’expression la plus forte étant détectée dans les domaines où les neurones primaires apparaissent. Plus tard, Homez est détecté dans le tube neural dans des cellules neurales postmitotiques en cours de différenciation. En accord avec ce profil d’expression, j’ai observé que Homez est régulé positivement par l’atténuation des signaux BMPs et par le facteur proneural Ngnr1 et négativement par la voie Notch. Bien que le facteur Homez ne soit pas suffisant pour induire une expression ectopique de marqueurs neuronaux dans l’embryon de xénope, j’ai pu montrer, en utilisant une approche de morpholino antisens, que celui-ci est requis en aval du facteur Ngnr1 pour la différenciation des précurseurs neuraux en neurones primaires. <p><p>Le deuxième clone code pour l’homologue du facteur CBFβ qui s’associe avec une famille de protéines CBFα1-3/Aml1-3/Runx1-3 pour former un complexe hétérodimérique liant l’ADN. Alors que chez la souris, les facteurs Runx1 et Runx3 jouent un rôle important dans la neurogenèse dans les ganglions spinaux et que chez le xénope, Runx1 est requis pour la formation des neurones Rohon-Beard, le rôle de CBFβ au cours du développement du système nerveux est actuellement mal connu. Mes résultats ont montré que chez l’embryon de xénope au stade neurula, CBFβ est coexprimé avec les facteurs Runx1-3 en bordure de la plaque neurale, mais de manière plus étendue et plus précoce. Comme attendu pour un marqueur de la bordure de la plaque neurale, j’ai observé que l’expression de CBFβ est régulée par les signaux BMP, Wnt, FGF et Notch. De manière intéressante, son expression est induite par les facteurs proneuraux alors que celle de Runx1 est inhibée. Des expériences de perte de fonction à l’aide de morpholinos antisens bloquant la traduction de CBFβ ont été réalisées. Ces expériences suggèrent que le facteur CBFβ est nécessaire à la mise en place de la CN et à la différenciation des neurones de Rohon-Beard. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

- / Doctorat en Sciences Psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en sciences psychologiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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La perception d’un mouvement biologique correspond à l’aptitude à recueillir des informations (comme par exemple, le type d’activité) issues d’un objet animé en mouvement à partir d’indices visuels restreints. Cette méthode a été élaborée et instaurée par Johansson en 1973, à l’aide de simples points lumineux placés sur des individus, à des endroits stratégiques de leurs articulations. Il a été démontré que la perception, ou reconnaissance, du mouvement biologique joue un rôle déterminant dans des activités cruciales pour la survie et la vie sociale des humains et des primates. Par conséquent, l’étude de l’analyse visuelle de l’action chez l’Homme a retenu l’attention des scientifiques pendant plusieurs décennies. Ces études sont essentiellement axées sur informations cinématiques en provenance de différents mouvements (comme le type d’activité ou les états émotionnels), le rôle moteur dans la perception des actions ainsi que les mécanismes sous-jacents et les substrats neurobiologiques associés. Ces derniers constituent le principal centre d’intérêt de la présente étude, dans laquelle nous proposons un nouveau modèle descriptif de simulation bayésienne avec minimisation du risque. Ce modèle est capable de distinguer la direction d’un ballon à partir d’un mouvement biologique complexe correspondant à un tir de soccer. Ce modèle de simulation est inspiré de précédents modèles, neurophysiologiquement possibles, de la perception du mouvement biologique ainsi que de récentes études. De ce fait, le modèle présenté ici ne s’intéresse qu’à la voie dorsale qui traite les informations visuelles relatives au mouvement, conformément à la théorie des deux voies visuelles. Les stimuli visuels utilisés, quant à eux, proviennent d’une précédente étude psychophysique menée dans notre laboratoire chez des athlètes. En utilisant les données psychophysiques de cette étude antérieure 3 et en ajustant une série de paramètres, le modèle proposé a été capable de simuler la fonction psychométrique ainsi que le temps de réaction moyen mesurés expérimentalement chez les athlètes. Bien qu’il ait été établi que le système visuel intègre de manière optimale l’ensemble des indices visuels pendant le processus de prise de décision, les résultats obtenus sont en lien avec l’hypothèse selon laquelle les indices de mouvement sont plus importants que la forme dynamique dans le traitement des informations relatives au mouvement. Les simulations étant concluantes, le présent modèle permet non seulement de mieux comprendre le sujet en question, mais s’avère également prometteur pour le secteur de l’industrie. Il permettrait, par exemple, de prédire l’impact des distorsions optiques, induites par la conception de verres progressifs, sur la prise de décision chez l’Homme. Mots-clés : Mouvement biologique, Bayésien, Voie dorsale, Modèle de simulation hiérarchique, Fonction psychométrique, Temps de réaction / The ability to recover information (e.g., identity or type of activity) about a moving living object from a sparse input is known as Biological Motion perception. This sparse input has been created and introduced by Johansson in 1973, using only light points placed on an individual's strategic joints. Biological motion perception/recognition proves to play a significant role in activities that are critical to the survival and social life of humans and primates. In this regard, the study of visual analysis of human action had the attention of scientists for decades. These studies are mainly focused on: kinematics information of the different movements (such as type of activity, emotional states), motor role in the perception of actions and underlying mechanisms, and associated neurobiological substrates. The latter being the main focus of the present study, a new descriptive risk-averse Bayesian simulation model, capable of discerning the ball’s direction from a set of complex biological motion soccer-kick stimuli is proposed. Inspired by the previous, neurophysiologically plausible, biological motion perception models and recent studies, the simulation model only represents the dorsal pathway as a motion information processing section of the visual system according to the two-stream theory, while the stimuli used have been obtained from a previous psychophysical study on athletes. Moreover, using the psychophysical data from the same study and tuning a set of parameters, the model could successfully simulate the psychometric function and average reaction time of the athlete participants of the aforementioned study. 5 Although it is established that the visual system optimally integrates all available visual cues in the decision-making process, the results conform to the speculations favouring motion cue importance over dynamic form by only depending on motion information processing. As a functioning simulator, the present simulation model not only introduces some insight into the subject at hand but also shows promise for industry use. For example, predicting the impact of the lens-induced distortions, caused by various lens designs, on human decision-making. Keywords: Biological motion, Bayesian, Dorsal pathway, Hierarchical simulation model, Psychometric function, Reaction time