Development and specification of cortical areas in the non human primate

Abstract

The primate cerebral cortex has undergone evolutionary expansion and complexification, which is reflected by an increase in the number of cortical areas and an enlargement of the supragranular neuron layers. The developmental mechanisms involved in cortical expansion and aerial specification in primates are considered to be key factors underlying functional dynamics of the primate cortex as well as the highly developed computational abilities of the human brain. This PhD thesis seeks to refine our understanding of non human primate (NHP) cortical specification through two parallel approaches. The first part focuses on the analysis of the development of a cortical area rarely studied, the frontal cortex. Using long term live imaging with two-photon time lapse video microscopy on organotypic slices of embryonic NHP cortex as well as immunostainings experiments, we have characterized the morphology and proliferative behavior of frontal cortex progenitors. While our results point to conserved characteristics of cortical development between caudal and rostral regions of the cortex, it also reveals a differential temporal regulation of the balance between proliferative and differentiative divisions between the visual and the frontal cortex. In the second part of this work, we aimed to assess the role of thalamocortical afferents (TCA) on areal identity, focusing on their influence on cortical progenitor proliferation in the visual cortex of the embryonic NHP. A first aim was to determine the relationship between the thalamocortical pathway and the germinal zones in the visual cortex, before assessing the influence of TCA on cell cycle kinetics. Tracing experiments show that the spatiotemporal features of embryonic TCA development provide the necessary circumstances for TCA to interact with and have an influence on progenitors during corticogenesis. We provide evidence of a temporally regulated and area-specific mitogenic effect by TCA on progenitors in the embryonic visual NHP cortex. Together, the results of this PhD thesis provide new insights on area specific features of NHP corticogenesis and on the mechanisms involved in areal specification

Alternative Title

Développement et spécification des aires corticales chez le primate non humain
Abstract

Le cortex cérébral primate a subi une expansion et une complexification au cours de l’évolution, ce qui s’est traduit par une augmentation du nombre de zones corticales et un élargissement des couches de neurones supra granulaires. Les mécanismes développementaux impliqués dans l'expansion corticale et la spécification des aires corticales chez le primate sont considérés comme des facteurs clés sous-jacents à la dynamique fonctionnelle du cortex des primates et des capacités de computation hautement développées du cerveau humain. Cette thèse de doctorat cherche à affiner notre compréhension de la spécification corticale des primates non humains (PNH) à travers deux approches parallèles. La première partie se concentre sur l'analyse du développement d'une aire corticale rarement étudiée, le cortex frontal. En utilisant des techniques d'immunofluorescence et de microscopie en temps réel, nous avons caractérisé la morphologie et le comportement prolifératif des progéniteurs du cortex frontal. Alors que nos résultats indiquent des propriétés conservées du développement cortical entre les régions caudale et rostrale du cortex, ils révèlent également une régulation temporelle différentielle de l'équilibre entre la prolifération et la différenciation des progéniteurs corticaux entre le cortex visuel et le cortex frontal. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons cherché à évaluer le rôle des axones thalamocorticaux (TCA) sur l'identité des aires corticales, en nous concentrant sur leur influence sur la prolifération des progéniteurs corticaux dans le cortex visuel du PNH embryonnaire. Un premier objectif était de déterminer la relation entre la voie des TCA et les zones germinales du cortex visuel, avant d'évaluer leur influence sur la cinétique du cycle cellulaire. Des expériences de traçage montrent que les TCA sont en mesure d'interagir avec les progéniteurs corticaux pendant la corticogenèse. Nous montrons également que les TCA modulent le cycle cellulaire des progéniteurs du cortex visuel embryonnaire du PNH. Ensemble, les résultats de cette thèse fournissent de nouvelles perspectives sur les propriétés de la corticogenèse chez le PNH et sur les mécanismes impliqués dans la spécification des aires corticales