Rôle des adénylates cyclases pendant le raffinement des projections rétiniennes

Oncogenesis of t-cell prolymphocytic leukemia

• Auteur / Autrice : Xavier Nicol
• Direction : Patricia Gaspar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adenylate Cyclase

Éphrines

Perforations de la rétine

AMP cyclique

Résumé

Les projections rétiniennes ont une organisation topographique précise au sein de leurs cibles primaires principales, le corps genouillé latéral dorsal (CGLd) et le colliculus supérieur (CS). D'une part, les projections en provenance des deux yeux sont ségrégées dans les cibles, et d'autre part les projections de chaque œil forment des cartes qui respectent la rétinotopie. L'acquisition de cette organisation se fait en différentes étapes au cours du développement. Après une phase d'exubérance, les axones rétractent leurs branches ectopiques. L'AMPc est un des acteurs importants de cette étape de raffinement. La synthèse d'AMPc par l'adénylate cyclase 1 (AC1) est requise pour la formation de cartes rétiniennes précises. Il existe neuf autres isoformes d'AC capables de synthétiser l'AMPc. Nous avons évalué le rôle des AC transmembranaires (AC1 à 9), et étudié les mécanismes d'action et de régulation de I'AC1 pendant le développement des projections rétiniennes. Nous avons identifié 4 AC fortement exprimées dans la rétine ou dans ses cibles et qui sont donc susceptibles de jouer un rôle dans le raffinements des cartes rétiniennes : Les AC1, AC2, AC5 et ACS. L'étude des projections rétiniennes des souris invalidées pour les gènes des AC1, ACS et ACS, nous a permis de montrer que seule I'AC1 est requise pour l'organisation de ces projections. Afin de déterminer le mode d'action de I'AC1, nous avons développé un système de culture qui mime le développement des projections rétiniennes dans le CS. Grâce à ce modèle, nous avons pu montrer de façon claire que I'AC1 est importante au niveau des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) mais pas au niveau des cellules cibles. La rétraction des branches ectopiques des axones rétiniens est initiée par des molécules de guidage répulsives : les éphrines A. La réponse des axones à ces signaux de guidage peut être séparée en deux phases : un « collapse » du cône de croissance suivi d'une rétraction axonale. Nous avons montré que I'AC1 est requise pour la rétraction mais pas pour le collapse induit par les éphrines A. L'activité spontanée générée dans la rétine est aussi un acteur important lors du raffinement des cartes rétinotopiques. Comme I'AC1 est stimulée par la dépolarisation, nous avons étudié le rôle de l'activité électrique dans les phénomènes de rétraction dépendants de I'AC1. Nous avons montré qu'au moins une part de l'effet de l'activité nerveuse ne dépend pas de la transmission synaptique et est donc cellulaire autonome. L'activité est requise pour la rétraction des axones rétiniens en réponse aux éphrines A. Ce rôle permissif de l'activité pour la rétraction axonale passe par la génération d'augmentations périodiques des niveaux d'AMPc dans les cônes de croissance. Ainsi, nous avons montré que pendant le raffinement des cartes rétiniennes, des oscillations de niveaux d'AMPc générés par l'activité spontanée de la rétine sont nécessaires à la rétraction des axones rétiniens induite par les éphrines A. Ces oscillations sont probablement liées à l'activité cyclique de I'AC1, car il s'agit de la seule adénylate cyclase dont le rôle est démontré pour le développement des cartes rétinotopiques.

CAMP occupies a strategic position to control responses to a large variety of developmental cues. However the role of individual adenylate cyclase subtypes is unclear. In the barrelless mouse strain (brl), déficient for the adenylate cyclase 1 (AC1) gene, the fine topography of the retinotectal map is altered, with a lack of confinement of retinal axon arbors in both the rostro-caudal and medio-lateral dimensions (Ravary et al. 2003). Two principal processes are known to be involved in the refinement of retinal axon topography: one depends on the repulsive guidance cues, ephrins, and the other depends on the spontaneous activity generated in the retina. We have identified the ACs involved in the development of retinal projections and investigated the interactions between cAMP, neuronal activity, and ephrin-As that are critical for the topography of retinal axons along the rostrocaudal axis of the superior colliculus (SC). To identify the ACs involved in the development of retinal maps, we have described the developmental expression of the ACs in the retina and in the brain. We have identified AC1, AC2, ACS, and ACS in the layer of cells projecting from the retina (the retinal ganglion cells (RGCs)). We found that AC1, AC2 and ACS are expressed in the targets of the retinal axons. To test whether these ACs are critical for the formation of retinal maps, we have traced the retinal axons in adult WT, AC1-/-, brl, AC5-/- and AC8-/- mice. Only AC1-/- and brl mice show altered retinal projections. Thus AC1 seems to be the only AC involved in the development of retinal maps. To study the role of AC1 we have developed a co-culture model that mimics the development of retinal projections in vivo. We have confronted temporal or nasal retinal explants with a mesencephalic slice containing the SC. In this model, temporal (and not nasal) axons retract from the caudal SC in an ephrin-A-dependent way. Temporal axons from brl temporal retina do not retract where confronted with a WT SC, whereas a brl mesencephalic slice does not alter the retraction of WT axons. Thus AC1 is required in the RGCs, not in the SC, for correct refinement of retinal projections. We have tested the interaction between AC1 and ephrin-As by inducing the retraction of retinal axons by soluble ephrin-A5. The rate of collapse of brl growth cones is normal but after collapsing their axons that to retract, showing that AC1 perturbs the normal targeting of retinal axons by altering thé ephrin-A response. As AC1 is stimulated by extracellular calcium entry and neuronal activity is required for thé formation of retinal projections, we hypothesized that thé stimulation of AC1 by activity is critical for the ephrin-A induced axonal retraction. In our co-culture model, blocking activity alters the retraction of temporal axons in a manner similar to thé absence of AC1 and the perturbation of ephrin-A signalling. The retraction defects of retinal axons that lack AC1 are reproduced by blocking activity with TTX. These defects are rescued by generating cAMP oscillations in TTX treated growth cones, but not by a continuous stimulation of the ACs. A manuscript describing thèse findings is in préparation. Thus AC1 is the only AC required for the refinement of retinal projections, and acts in the growth cones by generating cAMP oscillations in response to neuronal activity in order to allow the axonal retraction induced by ephrin-As.