Rôle des interactions mécaniques entre tissus dans la mise en place du circuit olfactif du poisson-zèbre

Role of intertissue mechanical interactions in the construction of the zebrafish olfactory circuit

• Auteur / Autrice : Pauline Monnot
• Direction : Marie Bréau, Isabelle Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie
• Date : Soutenance le 17/06/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Magali Suzanne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Filippo Del Bene
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas David, Kristian Franze

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tissus (histologie) -- Propriétés mécaniques

Morphogenèse

Réseaux neuronaux (physiologie)

Développement

Danio rerio

Mots clés libres

Développement neuronal

Morphogénèse

Forces mécaniques

Circuit olfactif

Interactions entre tissus

Croissance axonale

Poisson-zèbre

Neural development

Morphogenesis

Mechanical forces

Olfactory circuit

Interactions between tissues

Axonal growth

Zebrafish

Résumé

Alors que les signaux biochimiques impliqués dans la croissance axonale et la migration neuronale sont largement étudiés, la contribution des signaux mécaniques dans la formation des circuits neuronaux reste peu explorée in vivo. Nous cherchons à étudier comment les forces mécaniques contribuent à la formation du circuit olfactif du poisson-zèbre. Ce circuit se développe durant la morphogénèse de la placode olfactive (PO), par le mouvement passif des corps cellulaires qui s’éloignent de l’extrémité de leurs axones. Mes travaux de thèse s’intéressent à la contribution mécanique de l’œil, qui se forme sous la PO par des mouvements d’évagination et d’invagination, à cette migration passive des neurones et à l’extension de leurs axones. L'analyse quantitative des mouvements cellulaires a tout d’abord révélé que les mouvements des cellules de la PO et de l’œil sont corrélés. Chez des embryons dans lesquels l’œil ne se développe pas, les mouvements des cellules de la PO sont affectés, ce qui produit des PO plus fines et des axones plus courts, et la tension mécanique dans la direction d’élongation des axones dans la PO est réduite. Enfin, la matrice extracellulaire s’accumule à l’interface oeil/PO et sa dégradation enzymatique réduit la corrélation entre les mouvements des cellules de la PO et de l’œil. Ces résultats suggèrent que l’œil en formation exerce des forces de traction sur la PO, transmises par la matrice, entrainant le mouvement des neurones et l’extension des axones. Ce travail apporte un éclairage nouveau sur le rôle des forces mécaniques échangées entre les neurones en développement et les tissus environnants dans la formation des circuits neuronaux in vivo.

Whereas the biochemical signals guiding axon growth and neuronal migration are extensively studied, the contribution of mechanical cues in neuronal circuit formation is still poorly explored in vivo. We aim at investigating how mechanical forces influence the construction of the zebrafish olfactory circuit. This circuit forms during the morphogenesis of the olfactory placode (OP) by the passive displacement of neuronal cell bodies away from the tip of their axons. My PhD work focuses on the mechanical contribution of the adjacent eye tissue, which develops underneath the OP through extensive evagination and invagination movements, to this passive neuronal migration and to their associated axon elongation. Quantitative live cell imaging analysis during OP morphogenesis first revealed that OP and eye cells undergo correlated movements. In embryos lacking eyes, the movements of OP cell bodies are affected, resulting in thinner placodes and shorter axons, and the mechanical stress along the direction of axon elongation within the OP is reduced. Finally, extracellular matrix was observed to accumulate at the eye/OP interface, and its enzymatic degradation decreased the correlation between OP and eye cell movements. Altogether, these results suggest that the developing eye exerts traction forces on the OP through extracellular matrix, mediating proper neuronal movements and axon extension. This work sheds new light on the role of mechanical forces exchanged between developing neurons and surrounding tissues in the sculpting of neuronal circuits in vivo.