Rôle de la voie Nodal et du facteur de transcription pitx2c dans la mise en place des asymétries neurales dans l'épithalamus du poisson zèbre

Role of the nodal signalling pathway and of the pitx2c transcription factor in the establishment of neural asymmetries in the zebrafish epithalamus

• Auteur / Autrice : Laurence Garric
• Direction : Patrick Blader, Pascale Dufourcq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Gènes, cellules et développement
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Danio rerio

Stéréochimie

Épithalamus

Mots clés libres

Zebrafish

Poisson zébre

Epithalamus

Système nerveux

Asymétries

Parapinéale

Habenulae

Nodal

Pitx2c

Résumé

Malgré notre apparente symétrie, il existe de nombreuses différences entre nos côtés gauche et droit tant au niveau de nos viscères qu'au niveau de notre cerveau. Ces asymétries neuroanatomiques sous-tendent des asymétries fonctionnelles et comportementales : le langage, par exemple, est un processus principalement réalisé dans l'hémisphère gauche. Des défauts dans la latéralisation (ou orientation droite ou gauche des asymétries) ont été corrélés à des désordres neuropathologiques comme la schizophrénie, l'autisme ou des maladies neurodégénératives. Il semble donc nécessaire d'étudier la mise en place de ces asymétries dans un modèle plus simple pour pouvoir en disséquer les étapes. Le poisson zèbre émerge depuis plusieurs années comme un modèle de choix pour étudier la mise en place de ces asymétries grâce à une structure asymétrique, l'épithalamus, qui appartient au diencéphale. L'épithalamus est constitué des noyaux gauche et droit des habenulae situés de part et d'autre de la ligne médiane et du complexe pinéal, lui même composé de la glande pinéale médiane et de la glande parapinéale. La localisation de la parapinéale pointe une asymétrie flagrante car cette glande est située dans 95% des cas à gauche de l'axe médian. Mais en plus de cette asymétrie neuroanatomique, l'épithalamus comporte une asymétrie moléculaire au niveau des noyaux de l'habenula : l'expression préférentielle dans le noyau droit ou dans le noyau gauche de certains marqueurs comme kctd12. 1/leftover vont définir des sous domaines au sein de l'habenula. Il s'avère qu'une corrélation parfaite entre la latéralité de la parapinéale et la distribution des sous domaines existe grâce à une communication bidirectionnelle entre parapinéale et habenulae. Par ailleurs, il existe également une asymétrie de neurogenèse entre les noyaux habénulaires. En effet, des neurones apparaissent plus précocement au sein du noyau gauche de l'habenulae. La voie de signalisation TGF-ß/Nodal a été décrite comme coordonnant la mise en place des différentes asymétries présentes dans l'épithalamus du poisson zèbre : l'activité de cette voie dans le territoire gauche de l'épithalamus biaise la migration de la parapinéale vers la gauche et impose l'asymétrie de la neurogenèse. La façon dont Nodal régule latéralité et asymétries dans l'épithalamus reste néanmoins inconnue. Le projet dans lequel s'inscrit ce projet de thèse vise à révéler les gènes cibles de Nodal qui jouent un rôle dans la mise en place des différentes asymétries de l'épithalamus. Pitx2c, facteur de transcription appartenant à la famille des gènes à homéodomaines, connu pour être une cible directe de la voie Nodal, est un candidat de choix pour faire le lien entre la voie de signalisation Nodal, neurogenèse asymétrique et latéralité de l'épithalamus. De nombreuses études montrent le rôle essentiel de pitx2c dans la latéralité et l'asymétrie de structures viscérales comme le cœur ou les poumons. De plus, il est exprimé dans le territoire gauche de l'épithalamus. Dans ce contexte, mes travaux de thèse ont pu mettre à jour l'implication de pitx2c dans la mise en place des asymétries de l'épithalamus ; Pitx2c permet d'imposer l'asymétrie de neurogenèse des habenulae. De façon inattendue, pitx2c régule également la taille de la glande parapinéale qui est essentielle à l'établissement correct de l'identité des neurones habénulaires.

Although we consider ourselves to be symmetric along the left-right axis, our bodies display obvious asymmetries in structure and position of organs; our heart, for instance, is on the left side. Structural differences can also be found in the brain between the left and right hemispheres. These neuroanatomical asymmetries underlie functional and behavioural asymmetries, an example being language that is processed predominantly by the left hemisphere of our brain. Intriguingly, defects in brain lateralisation (the left or right orientation of asymmetries) have been recently correlated to neuropathological disorders such as schizophrenia, autism or neurodegenerative diseases. It seems, thus, that the correct establishment of neuroanatomical asymmetries is essential for a functional nervous system. In the zebrafish, Danio rerio, the establishment of left-right brain asymmetries is being addressed thanks to an asymmetrical brain structure, the epithalamus, which is located in the dorsal diencephalon. The epithalamus is made up of right and left habenular nuclei and the pineal complex, which contains the epiphysis (or pineal gland) and the parapineal gland. Parapineal location is an obvious neuroanatomical asymmetry because in 95% of cases it is located on the left side. Habenular nuclei also display asymmetries at neuroanatomic, cytoarchitectural and molecular levels which are conserved through vertebrate evolution. In the zebrafish, habenula asymmetries can be detected by differential expression of molecular markers, which define left and right nuclei identity. For instance, the kctd12. 1/leftover gene is preferentially expressed in the left nucleus. An asymmetry in habenular neurogenesis is also present: a pool of neurons appears earlier in the left habenular nuclei. A perfect correlation exists between the laterality (left or right orientation) of the parapineal migration and the distribution of the subdomains markers of habenulae. Studies have showed that this association is established through a stepwise series of interactions between the habenulae and parapineal during development. The TGF-ß/Nodal signaling pathway is a key factor in the establishment of epithalamic asymmetries: its activity in the left epithalamic territory biases the parapineal migration to the left and imposes asymmetry on neurogenesis. How Nodal impose laterality and asymmetries in the epithalamus remains unknown. My PhD project aims to identify Nodal targets genes that are involved in the establishment of asymmetry in the epithalamus. Pitx2c, a transcription factor, known to be a Nodal direct target gene, is a good candidate to bridge the gap between Nodal signaling, asymmetrical neurogenesis and laterality. Moreover, pitx2c has been shown to be involved in the positioning of organs relative to the midline and in asymmetrical organogenesis. In this context, my PhD work revealed the implication of pitx2c in building an asymmetrical epithalamus: pitx2c imposes asymmetric neurogenesis upon the impulsion of Nodal signalling. Unexpectedly, in parallel to its role in habenular neurogenesis, pitx2c also controls parapineal size which is crucial for correct acquisition of habenular neuronal identities.