Effet de l'ablation de D1R sur la migration des interneurones corticaux au cours du développement

Effect of D1R ablation on cortical interneuron migration during development

• Auteur / Autrice : Anne-Gaëlle Toutain
• Direction : Christine Métin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 05/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du Fer à Moulin (Paris ; 2007-2024)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Dusart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sonia Garel, Emmanuel Valjent
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alessandra Pierani, Fadel Tissir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytologie du développement

Cortex cérébral

Interneurones

Récepteurs dopaminergiques

Mots clés libres

Dopamine

D1R

Interneurone cortical

Migration

Non cellule-autonome

Dopamine

D1R

Cortical interneuron

Migration

Non cell-Autonomous

Résumé

La dopamine est synthétisée précocement dans le cerveau en développement, et ses récepteurs sont également exprimés dès les stades embryonnaires précoces, dans les deux territoires où sont respectivement générés les deux types de neurones, excitateurs et inhibiteurs, qui organisent ensemble les circuits corticaux. En effet, alors que les neurones principaux, glutamatergiques et excitateurs, sont produits localement et migrent radialement pour constituer les six couches corticales, les interneurones corticaux (INc), GABAergiques et inhibiteurs, naissent dans différentes structures subpalliales, principalement les éminences ganglionnaires médiane (EGM) et caudale et l'aire préoptique, et migrent tangentiellement pour atteindre la plaque corticale, avant de coloniser celle-ci par migration radiale. Cette expression précoce suggère un rôle développemental de la dopamine. Il a été montré que la stimulation de tranches organotypiques par un agoniste des récepteurs D1 de la dopamine (D1R) avait un effet promigratoire sur les INc en provenance de l'EGM, l'effet inverse étant obtenu avec un agoniste des récepteurs D2 de la dopamine (D2R). Mon travail de thèse avait pour objectif de caractériser le rôle de D1R dans la migration et la distribution corticale des INc. D1R est en effet exprimé plus précocement et plus fortement que D2R au cours du développement. Pour ce faire, j'ai étudié les effets de l'ablation de D1R sur la migration des INc, en analysant une lignée knock-out pour D1R (D1R-KO). L'analyse prélable d'une autre lignée, exprimant la GFP sous le contrôle du promoteur du gène Drd1 codant pour D1R, a montré une importante expression corticale de D1R, en regard d'une expression beaucoup plus faible dans l'EGM, ainsi qu'une distribution remarquable de cette expression corticale, le long des voies superficielles de migration des INc. En raison de cette forte expression corticale, j'ai non seulement étudié l'effet sur la migration des INc de l'ablation de D1R dans les INc eux-mêmes, en cultivant des explants d'EGM sauvages ou D1R-KO sur un substrat de migration synthétique permissif (laminine + N-cadhérine) ou sur un substrat de cellules corticales dissociées sauvages, mais également l'effet sur cette migration de l'ablation de D1R dans les cellules corticales, en cultivant des explants d'EGM sauvages sur un substrat cortical sauvage ou D1R-KO. J'ai ainsi pu mettre en évidence, outre un effet cellule-autonome anti-migratoire de cette ablation, un effet non cellule-autonome promigratoire de celle-ci. A E16.5, les altérations de la distribution des INc chez les animaux D1R-KO sont subtiles, mais les analyses in vivo menées chez l'adulte sont en faveur d'effets à long terme de la perturbation de la migration des INc par l'ablation de D1R, ainsi que de l'importance de la composante non cellule-autonome de cet effet. En effet, à P30 et P60, les animaux de la lignée D1R-KO présentent une augmentation généralisée de la densité d'INc, phénotype qui contraste fortement avec celui des animaux knock-out pour D1R dans les seuls neurones corticaux principaux, où on observe à P30 un gradient latéromédian croissant de densité des INc, doublée d'une augmentation de densité dans CA1. Ces résultats confirment l'implication de D1R dans la régulation de la migration des INc, et mettent au jour une double composante de celle-ci, cellule-autonome et non cellule-autonome, qui invite à analyser plus avant les interactions développementales entre les interneurones et les cellules excitatrices du cortex.

Dopamine is synthesised early in the developing brain, and its receptors are also expressed from the earliest embryonic stages, in the two territories where the two types of neurons, excitatory and inhibitory, which together organise the cortical circuits, are generated. While the excitatory and glutamatergic principal neurons are generated locally and migrate radially to form the six cortical layers, the inhibitory GABAergic cortical interneurons (cINs) are born in different subpallial structures, mainly the median (MGE) and caudal ganglionic eminences and the preoptic area, and migrate tangentially to reach the cortical plate before colonising it by radial migration. This early expression suggests a developmental role for dopamine. It has been shown that stimulation of organotypic slices with a dopamine D1 receptor (D1R) agonist had a promigratory effect on cINs from the MGE, with the opposite effect obtained with a dopamine D2 receptor (D2R) agonist. The aim of my thesis work was to characterise the role of D1R in the migration and cortical distribution of cINs. Indeed, D1R is expressed earlier and more strongly than D2R during development. To this end, I studied the effects of D1R ablation on cIN migration by analysing a D1R knockout line (D1R-KO). I first analyse another strain, expressing GFP under the control of the promoter of the Drd1 gene encoding D1R, which showed a high cortical expression of D1R, compared with a much lower expression in the MGE, as well as a remarkable distribution of this cortical expression along the superficial pathways of cIN migration. Because of this high cortical expression, I not only studied the effect on cIN migration of D1R ablation in the cINs themselves, by culturing wild-type or D1R-KO MGE explants on a permissive synthetic migration substrate (laminin + N-cadherin) or on a substrate of wild-type dissociated cortical cells, but also the effect on this migration of ablation of D1R in cortical cells, by culturing wild-type MGE explants on a wild-type or D1R-KO cortical substrate. I was thus able to demonstrate not only an anti-migratory cell-autonomous effect of this ablation, but also a promigratory non-cell-autonomous effect. At E16.5, alterations in the distribution of cINs in D1R-KO animals are subtle, but in vivo analyses in adults support the long-term effects of disruption of cIN migration by D1R ablation, as well as the importance of the non-cell-autonomous component of this effect. Indeed, at P30 and P60, animals in the D1R-KO line showed a general increase in cIN density, a phenotype which contrasts strongly with that of D1R knock-out animals in the principal cortical neurons alone, where at P30 we observed an increasing lateromedian gradient in cIN density, coupled with an increase in density in CA1. These results confirm the involvement of D1R in the regulation of cIN migration, and reveal a dual component of the latter, cell-autonomous and non-cell-autonomous, which invites further analysis of the developmental interactions between interneurons and excitatory cells in the cortex.