cross-talks moléculaires au cours de la formations des commissures de la moelle épinière – YADDLE

Le projet s’appuie sur l’exploitation de plusieurs modèles de souris déficientes pour les signaux moléculaires d’intérêt. A l’aide de techniques de traçage des projections axonales et l’observation en microscopie à fluorescence, des défauts des projections de la moelle épinière sont recherchés qui attestent du rôle joué par des signaux dans le contrôle de la trajectoire de ces axones. De nombreuses expériences s’appuient également sur la mise au point de modèles de cultures neuronales qui permettent d’investiguer les mécanismes moléculaires et les régulations qui s’opèrent. Des manipulations par biologie moléculaire de la structure des molécules permettent d’identifier des domaines importants pour les interactions entre ces signaux et leurs récepteurs exprimés par les axones.

Le projet a permis d’identifier de nouvelles fonctions pour une classe de molécules qui sont les facteurs neurotrophiques, connus pour leur rôle essentiel dans la survie neuronale. Il a également conduit à la caractérisation de nouveaux jeux d’interactions entre différentes familles de molécules, et de nouveaux mécanismes de régulation de la trajectoire des axones. Ces résultats pourront être appliqués à de nombreux autres contextes biologiques, comme la migration cellulaire ou encore la formation de métastases.

Ce projet est avant tout un projet de recherche fondamentale. Il permet de générer de nouvelles connaissances sur les modes d’action de signaux moléculaires variés, dont les fonctions ne sont pas restreintes au contexte étudié dans le cadre du projet mais qui au contraire jouent des rôles extrêmement variés dans la physiologie de l’organisme mais aussi dans la survenue de pathologies. A ce titre, le projet pourrait impulser des recherches plus ciblées, de mise au point d’outils interférant qui pourraient être testés dans ces divers contextes pathologiques.

Le projet comprend deux axes distincts. Les résultats produits par le premier axe sont sous presse dans le journal Neuron. Le deuxième axe a déjà généré des résultats qui laissent espérer une deuxième publication dans l’année à venir.

L’objectif de notre projet est d’explorer de nouveaux cross-talks moléculaires intervenant dans la formation des projections commissurales spinales. Les interneurones dorsaux de la moelle épinière élaborent un réseau complexe de connexions avec des neurones localisés dans la moelle et dans les centres nerveux supérieurs. Ces projections participent à différents circuits de traitement des informations sensorimotrices et jouent un rôle clef dans la coordination droite-gauche des commandes motrices. Elles sont symétriques et dites commissurales car elles interconnectent des neurones situés dans des côtés opposés du système nerveux. Leur mise en place un processus complexe, qui fait intervenir de multiples signalisations de guidage axonal. Une des étapes clefs de la navigation des axones commissuraux est la traversée de la ligne médiane dans une structure ventrale gliale localisée à la base du canal épendymaire de la moelle épinière, la plaque du plancher (PP).

La sensibilité des terminaisons axonales, les cônes de croissance, responsables de la perception et l’intégration des informations de guidage, aux signaux environnementux, est un élément clef de la navigation axonale. Compte tenu du nombre relativement limité de signaux de guidage au regard de la complexité des projections neuronales, des régulations de réponse semblent indispensables pour accroître la diversité des trajectoires et moduler les propriétés moléculaires des tissus. La compréhension des processus de navigation axonale nécessite d’investiguer en détail ces régulations qui restent encore très largement méconnues. La traversée de la ligne médiane s’est avérée être un modèle d’étude particulièrement intéressant, permettant d’interroger les mécanismes qui régulent les réponses axonales aux signaux de guidage.

Notre programme s’articule autour de d’une famille de molécules de guidage, les Sémaphorines, principalement la classe 3 regroupant les signaux sécrétés chez les Vertébrés. Nous avons identifié deux nouvelles signalisations potentiellement modulatrices des réponses de guidage des axones commissuraux au cours de la traversée de la ligne médiane.

Dans un récent travail, nous avons décripté un mécanisme d’acquisition d’une réponse répulsive à un signal Sémaphorine répulsif de la ligne médiane, Sema3B. Nous avons montré qu’une activité protéasique, la calpain1 désensibilise les axones commissuraux à Sema3B pour leur permetre d’entrer dans la PP en clivant une sous-unité du récepteur de Sema3B, Plexin-A1. Puis lorsque les axones entrent dans la PP, des signaux locaux inhibent l’activité calpain, et restaurent l’expression de surface de la sous-unité, permettant alors aux axones d’acquérir une sensibilité au signal Sema3B. L’effet répulsif qui en résulte contribue alors à repousser les axones hors de la PP.

Nous avons identifié une signalisation de la PP impliquant une coopération de deux signaux, le facteur neurotrophique GDNF et la molécule d’adhérence NrCAM, qui contrôlent l’activité calpain et le clivage de Plexin-A1. La première partie de notre projet propose d’investiguer par des approches combinant des cultures cellulaires, des modèles murins et d’imagerie, les voies moléculaires en jeu dans cet effet coopératif.

Nous nous intéresserons dans une deuxième partie à divers aspects moléculaires du clivage de la protéine Plexin-A1.

Enfin dans une troisième partie, nous explorerons une régulation nouvelle impliquant cette fois Plexin-A1 et une signalisation majeure de la traversée de la ligne médiane, Robo/Slit. Nous avons en effet mis en évidence une interaction biochimique entre Plexin-A1 et le ligand Slit1. Par des approches biochimiques, nous analyserons le réseau d’interactions entre protéines Plexins, Robo et Slit, puis par l’étude de modèles murins et modèles ex vivo nous rechercherons les fonctions de ces interactions dans le processus de traversée de la ligne médiane.