Suite à leur neurogénèse, les neuroblastes postmitotiques en migration dans la IZ se différencient en neurones dopaminergiques dans la MZ (Figure 9). Ce processus de différenciation est régulé par plusieurs facteurs de transcription précoces précédemment mentionnés, dont Otx2, Lmx1a/b, FoxA1/2, ainsi que par les facteurs de transcriptions à homéodomaine En1/2, demeurant exprimés par les cellules dopaminergiques postmitotiques, chacun incapable d’induire individuellement un phénotype dopaminergique complet, suggérant qu’ils fonctionnent en coopération (Hegarty et al., 2013). Ces facteurs de transcriptions précoces régulent l’expression et l’activité de facteurs de transcription tardifs, tel Nurr1 et Pitx3, contrôlant l’acquisition progressive des facteurs neurotrophiques appropriés et du phénotype de neurotransmission dopaminergique (Arenas et al., 2015).
Les mécanismes moléculaires contrôlant la diversité phénotypique et fonctionnelle des sous-populations neuronales dopaminergiques du mésencéphale sont encore à ce jour peu décrits. Cependant, plusieurs évidences pointent vers un rôle de Otx2 comme facteur permettant ces signalisations distinctes au cours du développement. Alors que FoxA2, En1, Lmx1b, Nurr1 et Pitx3 sont globalement exprimés par les neurones
Figure 9 : Expression génétique dans la lignée des neurones dopaminergiques. A) Représentation schématique d’une section du mésencéphale ventral à E11.5. La zone ventriculaire (VZ) contient les cellules de la glie radiale (RG; bleu), générant les neuroblastes postmitotiques (Nb, jaune) qui migrent radialement par la zone intermédiaire (IZ) et se différenciant en neurones mDA (rouge) une fois la zone du manteau (MZ) atteinte. Les flèches indiquent la migration radiale (RM) des Nb et la migration tangentielle (TM) des neurones mDA. B) Les cellules RG expriment des morphogènes, ainsi que des facteurs de transcription précoces et proneuronaux, dont l’expression de certains persiste dans les Nb et neurones mDA, définissant l’entière lignée dopaminergique.
dopaminergiques du mésencéphale postmitotiques, l’expression de Otx2 se limite aux neurones de la VTA dans le cerveau adulte (Di Salvio, Di Giovannantonio, Omodei, Acampora, & Simeone, 2010). Otx2 fut démontré comme régulant l’identité des neurones de la VTA en réprimant l’expression de Girk2 et de DAT, en plus d’offrir une certaine neuroprotection contre les effets neurotoxiques du MPTP (1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-
tetrahydropyridine) (Di Salvio, Di Giovannantonio, Acampora, et al., 2010).
Le facteur de transcription LIM à homéodomaine Lmx1b est largement exprimé dans la région mésencéphalique précédant la fermeture du tube neural, son expression ne devenant spécifique aux progéniteurs dopaminergiques qu’à E10.5 chez la souris, aux côtés de Lmx1a et Msx1 (E. Andersson, Tryggvason, et al., 2006; Smidt et al., 2000). LMX1A/B régulent directement l’expression de Pitx3 et Nurr1, permettant l’acquisition du phénotype dopaminergique (Chung et al., 2009). Bien que la perte de son expression résulte en une perte de neurones mDA, la souris nulle pour Lmx1b exprime normalement Nurr1 et
TH au cours du développement précoce, mais ne parvient pas à exprimer Pitx3 (Smidt et al., 2000). Ces
neurones dénués de Pitx3 sont perdus à la naissance, suggérant un rôle important de Lmx1b dans la régulation de l’expression de Pitx3 et dans la survie des neurones mDA.
L’étude de la perte de fonction de Foxa1 et Foxa2 révéla leur importance dans la maturation des neurones mDA par la régulation de Nurr1 et En1 dans les neurones dopaminergiques immatures (H. L. Doucet-Beaupré, M., 2013). Au cours des phases précoces et tardives de la différenciation des neurones mDA, ils réguleront également l’expression de Pitx3, TH, DAT, VMAT2, et de AADC (Ferri et al., 2007; Lin et al., 2009; Nakatani et al., 2010; Stott et al., 2013). Également importants à la formation de l’IsO, En1 et En2 sont critique à la génération et à la maintenance des neurones mDA (Liu & Joyner, 2001b; H. H. Simon, Saueressig, Wurst, Goulding, & O'Leary, 2001). Suite à leur expression initiale à la frontière du mésencéphale et du rhombencéphale, les neurones mDA commencent à exprimer En1 et En2 entre E11.5 et E14.5 et continueront de les exprimer à l’âge adulte (Albéri, Sgadò, & Simon, 2004; Davis & Joyner, 1988). La perte d’expression de ces deux paralogues résulte en l’apoptose caspase-dépendante des neurones mDA au moment de l’initiation de leur expression chez les souris sauvages (H. H. Simon et al., 2001). La dégénération progressive des neurones mDA de la SNc, caractéristique de la maladie de Parkinson, fut également observée chez des souris hétérozygotes pour En1 et nulles pour En2 (Sgadò et al., 2006). Ces résultats supportent une fonction important dans la promotion de la survie des neurones dopaminergiques par EN1/2.
Exprimés par les neurones mDA postmitotiques à partir d’E10.5 jusqu’aux stades adultes, Nurr1 et Pitx3 contrôlent l’acquisition du phénotype dopaminergique mature. Nurr1 est un facteur de transcription faisant partie de la superfamille de récepteurs nucléaires activés par les hormones stéroïdes thyroïdiennes, lequel ne possédant aucune cavité à ligand ou site de liaison pour coactivateur canonique (Law, Conneely, DeMayo, &
O'Malley, 1992; Wang et al., 2003). Nurr1 est un gène immédiat précoce activé en réponse au stress, prédominant, mais non exclusivement exprimé au niveau du cerveau (Martinez-Gonzalez & Badimon, 2005; M. A. Maxwell & Muscat, 2006; Sirin, Lukov, Mao, Conneely, & Goodell, 2010). L’expression de Nurr1 est à son apogée entre E13 et E15 chez le rat, alors que les neurones mDA entreprennent leur différenciation terminale (Volpicelli, Perrone-Capano, Da Pozzo, Colucci-D'Amato, & di Porzio, 2004). Nurr1 est considéré comme un maitre régulateur de l’induction de l’identité dopaminergique et contrôle l’expression de plusieurs protéines clefs de la synthèse et régulation dopaminergique (H. L. Doucet-Beaupré, M., 2013). En absence de Nurr1, les neurones mDA n’expriment pas la TH, l’AADC, VMAT2 et DAT, soit l’ensemble des marqueurs neuronaux témoignant de l’acquisition de l’identité dopaminergique (Castillo et al., 1998; Filippi et al., 2007; Smits, Ponnio, Conneely, Burbach, & Smidt, 2003). Nurr1 régule également l’expression du Bdnf et de Cdkn1c (cyclin-dependent kinase inhibitor 1C) (Joseph et al., 2003; Volpicelli et al., 2007). Il fut démontré que l’induction et la régulation de l’expression de Nurr1 sont indépendantes de la signalisation Shh (Sakurada, Ohshima-Sakurada, Palmer, & Gage, 1999). Nurr1 est donc un maitre régulateur de l’induction de l’identité dopaminergique des neurones mDA, contrôlant l’expression des molécules responsable de chaque étape du cycle dopaminergique, en plus de promouvoir indirectement la survie neuronale par la régulation de gènes essentiels à leur survie (Hegarty et al., 2013).
Pitx3 est un facteur de transcription à homéodomaine exclusivement exprimé par le mésencéphale ventral et un des premiers marqueurs des neurones dopaminergiques. Les neurones mDA n’expriment Pitx3 que lorsque leur position finale ventrale atteinte, suggérant que Pitx3 n’aurait aucun rôle dans le développement précoce ou la migration de ces neurones (Smidt et al., 2004). Il fut également suggéré que le GNDF participerait à l’induction de l’expression de Pitx3 (Lei, Jiang, Li, Zhu, & Zeng, 2011). Il fut démontré que Pitx3 et Nurr1 régulent coopérativement l’expression de gènes essentiels à la neurogénèse dopaminergique (Chakrabarty et al., 2012; Hwang et al., 2009; Jacobs, van der Linden, et al., 2009; Jacobs, van Erp, et al., 2009). Contrairement à la souris nulle pour Nurr1, aucune perte de neurones de la VTA n’est observable chez la souris aphakia présentant une délétion de Pitx3. Le développement des neurones mDA s’y poursuit normalement jusqu’à E12.5, moment auquel une perte progressive commence à être observable dans la population latérale dopaminergique constituant la future SNc (Hwang, Ardayfio, Kang, Semina, & Kim, 2003; Nunes, Tovmasian, Silva, Burke, & Goff, 2003; Smidt et al., 2004; van den Munckhof et al., 2003). Alors que les neurones mDA de la VTA se trouvent inaffectés par la perte de Pitx3, l’absence spécifique de neurones de la SNc résulte en une perte des projections nigrostriées au striatum dorsal, suggérant de programmes développementaux distincts pour les neurones de la VTA et de la SNc. Pitx3 régule également directement l’expression de l’aldéhyde déshydrogénase-1a1 (Aldl1a1), qui permet d’augmenter les niveaux d’acide rétinoïque et promouvoir l’expression de la TH et de Drd2, et inhibe le Dlk1 (delta-like 1 homolog) dans les cellules mDa antérieures (Jacobs, van der Linden, et al., 2009). De plus, l’expression de Pitx3 est cruciale à
l’expression de la TH par les neurones de la SNc, en plus de contribuer à l’expression du phénotype dopaminergique par l’induction de l’expression de la DAT et VMAT2 (Cazorla, Smidt, O'Malley, & Burbach, 2000; Hwang et al., 2009; Lebel, Gauthier, Moreau, & Drouin, 2001; S. L. Maxwell, Ho, Kuehner, Zhao, & Li, 2005). Pitx3 induit l’expression du BDNF par les neurones de la SNc, qui pourrait s’avérer important à la survie de ces neurones (Peng et al., 2011). PITX3 inhibe également l’expression de Cck (cholecystokinin), ainsi que celle de En1/2 (Veenvliet et al., 2013). Pitx3 et Nurr1 se régulent mutuellement et sont tous deux requis pour la survie des neurones dopaminergiques (Arenas et al., 2015; Jacobs, van Erp, et al., 2009).
Le morphogène WNT5A joue également un rôle dans la différenciation des progéniteurs dopaminergique en neurones mDA fonctionnels chez l’humain et le rongeur (E. R. Andersson et al., 2008; Parish et al., 2008). Chez la souris nulle pour Wnt5a, un excès de neuroblastes dopaminergiques postmitotiques positifs pour Nurr1, mais n’exprimant pas la TH, est observé, indiquant un défaut de différenciation (E. R. Andersson et al., 2008). La perte simultanée de Wnt5a et Wnt1 résulte en une aggravation de ce phénotype, suggérant leur coopération dans les processus de différenciation des neurones dopaminergiques du mésencéphale. Wnt1 est de plus requis pour la survie des neurones mDA, ainsi que pour le maintien de l’expression de Pitx3 et Lmx1a (E. R. Andersson et al., 2013; Prakash et al., 2006).