Dynamique de la signalisation AMPc pendant la migration neuronale

Dynamics of cAMP signaling during neuronal migration

• Auteur / Autrice : Julie Stoufflet
• Direction : Isabelle Caillé, Pierre Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 06/07/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurosciences Paris-Seine (2014-2024) - Adaptation biologique et vieillissement (Paris ; 2014-2024)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Schneider-Maunoury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Platel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hannah Monyer, Olivier Raineteau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aspect moléculaire

Syndrome de l'X fragile

Métabolisme

AMP cyclique

Cils (cytologie)

Centrosomes

Migration neuronale

Mots clés libres

Migration neuronale

AMPc

Cil primaire

Centrosome

Biosenseur spécifique

Syndrome de l'X fragile

Neuronal migration

CAMP

Primary cilium

Centrosome

FRET-Biosensor

Fragile X syndrome

Résumé

L'AMPc joue un rôle crucial dans le développement du système nerveux central. Cependant, le rôle de l'AMPc lors de la migration neuronale est encore largement inexploré. Pour analyser la dynamique de l'AMPc dans les neurones en migration, nous avons effectué de l'imagerie sur tissu vivant d'un biosenseur spécifique de l’AMPc dans les neurones en migration le long du courant de migration rostral (CMR). Ces cellules présentent un mode de migration saltatoire cyclique avec une alternance de nucléokinese (NK) et de pauses, ainsi qu'un mouvement stéréotypé du centrosome (CTR). Nous avons découvert un hotspot dynamique riche en AMPc entourant le CTR pendant les NKs. Le CTR est situé à la base du cil primaire (CP), ce qui suggère que le CP pourrait être le lieu de production de l’AMPc. L'ablation génétique du CP dans les cellules en migration ralentit la migration et entraîne des défauts de mouvement du CTR, ainsi que la disparition du hotspot riche en AMPc. L'adénylate cyclase 3 (AC3) est localisée dans le CP et son inhibition par ARN interférence conduit à des défauts de migration similaires à l'ablation du CP ainsi que la disparition du hotspot, ce qui suggère l'importance de la production d'AMPc ciliaire pour la migration neuronale. La protéine kinase A dépendante de l’AMPc (PKA) est localisée au niveau du CTR des neurones en migration. Pour tester si le hotspot riche en AMPc pouvait agir sur la PKA centrosomale, nous avons exprimé une PKA dominante négative non localisée au centrosome, qui a conduit aux mêmes défauts de migration que l'ablation du CP et l'inhibition de l’AC3. Nos données montrent ainsi un nouveau mécanisme régulant la migration saltatoire neuronale par la production ciliaire d'AMPc diffusant au centrosome et activant localement la PKA. Le hotspot d'AMPc est également présent lors de la migration tangentielle adulte du CMR, lors de la migration radiaire postnatale dans le bulbe olfactif et lors de la migration radiaire embryonnaire ce qui suggère son importance générale pour la migration neuronale. Le syndrome de l’X fragile (SXF) est un trouble neurodéveloppemental et la forme héréditaire la plus courante de déficience intellectuelle. Nous avons découvert que les neurones en migration des souris modèle du SXF affichent plusieurs hotspot d’AMPc ainsi qu'une migration anormale. Les neurones mutants migrent plus lentement et font plus de pauses. Des recherches plus approfondies sur le mécanisme moléculaire sous-jacent à ces phénotypes sont nécessaires pour déterminer comment et si les défauts de migration neuronale sont liés à la dérégulation de l'AMPc. Cela pourrait mettre en évidence un nouveau phénotype neurodéveloppemental impliqué dans le syndrome de l’X fragile.

CAMP is crucially involved in brain development. However, the role of cAMP during neuronal migration is still largely unexplored. To analyze cAMP dynamics in migrating neurons, we performed live imaging of a cAMP specific FRET-based biosensor in newly formed migrating neurons of the postnatal Rostral Migratory Stream (RMS). These cells display a cyclic saltatory mode of migration with alternations of nucleokinesis (NK) and pauses, along with stereotypical movement of the centrosome (CTR). We discovered a cAMP-rich dynamic hotspot surrounding the CTR during NK. The CTR is located at the basis of the primary cilium (PC). Genetic ablation of the PC in migrating cells slows-down migration and triggers defects in CTR movements, as well as disappearance of the cAMP-rich hotspot. Adenylyl Cyclase 3 (AC3) is localized in the PC and its downregulation by RNA interference leads to similar migration defects as PC ablation as well as hotspot disappearance, suggesting the importance of ciliary cAMP production for normal migration. Protein Kinase A (PKA) is located at the CTR of migrating cells. To test whether the cAMP-rich hotspot could act on PKA, we expressed a non-centrosomally located dominant-negative PKA, which led to the same migration defects as PC ablation and AC3 knock-down. Our data unveil a new mechanism regulating neuronal saltatory migration through ciliary production of cAMP diffusing to the centrosome, and locally activating PKA. The cAMP hotspot is also present during adult tangential migration along the RMS, in postnatal radial migration in the olfactory bulb and in embryonic radial migration, suggesting its general importance for neuronal migration. Fragile X syndrome (FXS) is a neurodevelopmental disorder and the most common inherited form of intellectual disability. We discovered that migrating neurons of FXS mice display multiple, deregulated cAMP hotspots along with abnormal migration. FXS neurons migrate slower and pause more than the control. More investigation on the molecular mechanism underlying these phenotypes are needed to determine how and if neuronal migration defects are linked to cAMP deregulation. This could highlight a new neurodevelopmental phenotype of FXS.