Régionalisation du tube neural

suggère  que  l’induction  neurale  précède  la  formation  de  l’organisateur  et  que  des  signaux  autres  que  les  inhibiteurs  aux  BMPs  sont  également  impliqués.  Un  ensemble  d’études  (revu  ici :  Stern,  2005;  Leclerc  et  al.,  2011)  montre  que  les  FGFs  (Fibroblast  Growth Factors) sont aussi nécessaires à l’induction neurale. Par exemple, l’inactivation  de la signalisation FGF par l’injection d’une version dominante négative d’un récepteur  dans un embryon amphibien bloque l’induction neurale (Launay et al., 1996; Sasai et al. ,  1996).  À  l’inverse,  la  co‐injection  dans  des  blastomères  d’inhibiteurs  des  BMPs  et  d’ARNm FGF4 induit les cellules de la partie ventrale à adopter une identité neurale, ce  qui n’est pas observé lorsque seuls les inhibiteurs des BMPs sont injectés (Linker and  Stern,  2004;  Delaune  et  al.,  2005).  La  concentration  locale  en  ion  calcium  semble  également jouer un rôle important pour l’induction neurale (Moreau et al., 2008). 

Ces différentes voies de signalisation présentent des régulations croisées (figure  14a) et l’information qu’elles portent est intégrée au niveau de la régulation des FTs Zic1  et  Zic3,  qui  semblent  être  les  principaux  effecteurs  de  la  différenciation  neurale  en  activant l’expression du marqueur neural terminal Sox2 (Marchal et al., 2009). 

II.3. Régionalisation du tube neural   

  La  mise  en  place  des  différentes  structures  nerveuses  au  niveau  du  neuroectoderme nouvellement induit implique l’acquisition d’une identité positionnelle  AP et dorso‐ventrale. Nous ne nous intéresserons ici qu’aux mécanismes impliqués dans  l’identité AP.       II.3.a) Le modèle « activation‐transformation » de Nieuwkoop     Le principal modèle considéré pour rendre compte de la régionalisation AP de la  plaque  neurale  est  celui  de  Nieuwkoop,  revisité  en  2001  par  Stern  (figure  13,  Nieuwkoop,  1952;  Stern,  2001).  Selon  ce  modèle,  l’induction  neurale  décrite  précédemment  permet  l’acquisition  d’une  identité  neurale  antérieure  au  cours  d’une  première étape dite d’ « activation ». Le maintien de cette identité va nécessiter l’action  d’un  signal  stabilisateur  en  provenance  de  l’organisateur  et  de  ses  dérivés  mésodermaux. Puis, au cours d’une seconde étape dite de « transformation », la plaque 

neurale  stabilisée  est  soumise  à  l’action  de  facteurs  caudalisants  produits  par  l’organisateur  et  qui  promeuvent  l’acquisition  d’une  identité  postérieure.  La  partie  la  plus  antérieure  de  la  plaque  neurale  est  protégée  de  l’activité  transformante  de  ces  signaux  par  l’endoderme  viscéral  antérieur  (AVE),  un  groupe  de  cellules  situées  antérieurement  à  l’organisateur  qui  va  sécréter  des  antagonistes  aux  facteurs  caudalisants  et  promouvoir  des  mouvements  morphogénétiques  déplaçant  la  partie  antérieure de la plaque neurale loin de l’organisateur.  

  II.3.b) Les acteurs moléculaires de la transformation: Wnt, AR et FGF (figure 14b) 

  Les  acteurs  de  la  voie  de  signalisation  Wnt,  exprimés  précocement  dans  les  régions  postérieures  de  l’embryon,  jouent  un  rôle  majeur  dans  la  spécification  des  identités  caudales  (diencéphale,  mésencéphale,  rhombencéphale  et  moelle  épinière).  Par  exemple,  la  surexpression  de  Wnt3a  chez  le  xénope  réprime  l’expression  de  marqueurs antérieurs et active celle des marqueurs postérieurs (McGrew et al., 1995). À  l’inverse, en présence d’inhibiteurs de cette voie seuls des marqueurs du télencéphale  sont  induits  (Nordström  et  al.,  2002,  2006).  Les  protéines  Wnt  constituent  vraisemblablement  le  signal  effecteur  responsable  de  l’activité  caudalisante  du  mésoderme  paraxial  qui  est  capable  de  conférer  une  identité  postérieure  à  la  plaque  neurale  sus‐jacente  (Muhr  et  al.,  1997,  1999).  En  effet,  les  protéines  Wnt  issues  du  mésoderme paraxial induisent l’expression d’autres gènes Wnt dans la plaque neurale.  La  spécification  caudale  par  les  Wnt  est  instructive :  sur  des  cultures  d’embryons  in 

vitro, des quantités croissantes de Wnt confèrent aux cellules neurales une identité de 

plus  en  plus  postérieure.  L’AVE  protège  la  partie  antérieure  du  tube  neural  de  cette  activité  caudalisante  en  sécrétant  des  facteurs  antagonistes  impliquant  le  gène  Otx2  (Perea‐Gomez et al., 2001). La transformation par les Wnt nécessite la présence des FGF.    L’acide  rétinoique  (AR)  est  également  très  largement  impliqué  dans  la  caudalisation  de  la  plaque  neurale.  C’est  une  petite  molécule  diffusible  synthétisée  au  niveau du mésoderme paraxial par l’enzyme RALDH2 et dont la présence est finement  régulée  par  les  enzymes  de  dégradation  CYP26  exprimées  dans  la  plaque  neurale  (Reijntjes et al., 2005). La répartition et l’activité de ces deux enzymes établiraient un  gradient  AP  de  distribution  de  l’AR  dans  la  plaque  neurale  permettant  une  postériorisation progressive du tissu neural (Glover et al., 2006). L’augmentation ou la  diminution  exogène  du  niveau  d’AR  dans  l’embryon  corrèle  respectivement  avec  une 

Figure 14. Principaux acteurs de l’induction neurale et de la régionalisation AP précoce du système

nerveux

a: L’inhibition de la voie BMP, la signalisation FGF et la modulation de la concentration locale en calcium

vont induire la formation de la plaque neurale en activant l’expression des facteurs Zic1 et Zic3 et du marqueur neural final Sox2.

Modifié de Aruga et Mikoshiba, 2011.

b: les Wnt transforment ensuite le territoire neural en induisant des destins de plus en plus postérieurs. La

définition et le maintien du rhombencéphale requièrent de plus l’action concertée des FGF et l’AR. Extrait du manuscrit de thèse de Y. Bouchoucha, 2012.

Zic1 Sox2 Plaque neurale AR Wnt Gbx2 Otx2 Meis3 Zic1 pre-télencéphale pre-diencéphale pre-mésencéphale pre-rhombencéphale pre-moelle épinière Fgf 8 FGF4 inhibition du signal BMP Zic3 Ca2+ BMP2/4 Chordin Noggin signal FGF

a b

Figure 15. Centres organisateurs secondaires dans le tube neural

Représentation schématique dans un embryon de souris à 9,5 jpc des différents centres organisateurs secondaires intervenant dans la régionalisation AP du tube neural: l’ANR (Anterior Neural Ridge), la ZLI (Zona Limitans Intrathalamica), la MHB (Midbrain Hindbrain Boundary également appelée organisateur isthmique) et le rhombomère 4.

postériorisation  des  structures  antérieures  ou  la  perturbation  de  la  formation  du  rhombencéphale (Durston et al., 1989; White et al., 2000). Comme nous le verrons plus  loin,  l’AR,  en  combinaison  avec  les  FGFs  et  postérieurement  avec  les  FTs  Cdx,  induit  l’expression de gènes Hox spécifiques du rhombencéphale et de la moelle épinière (Bel‐ Vialar et al., 2002).  

  Les FGFs, dont nous avons déjà décrit un premier rôle bimodal dans l’induction  neurale,  interviennent  également  dans  le  processus  de  transformation  caudalisante  (Dorey  and  Amaya,  2010).  Le  plus  souvent,  les  FGFs  n’agissent  pas  seuls  mais  en  coordination avec les autres voies de signalisation. Ils exercent par exemple une activité  permissive à la transformation caudale par les Wnts ou modulatrice vis‐à‐vis de noggin  qui promeut l’expression de marqueurs neuraux antérieurs lorsqu’elle est utilisée seule  ou  postérieurs  lorsqu’elle  est  combinée  avec  les  FGFs  (Cox  and  Hemmati‐Brivanlou,  1995).  

  Plus  tardivement,  des  organisateurs  locaux  secondaires  se  mettent  en  place  et  affinent le patron AP. Trois régions organisatrices sont communément décrites (figure  15, Echevarría et al., 2003). À l’extrême limite antérieure du tube neural, l’ANR (Anterior  Neural Ridge) promeut le développement télencéphalique. Plus postérieurement, la ZLI  (Zona Limitans Intrathalamica) sépare les deux sous‐compartiments les plus postérieurs  du  prosencéphale  et  spécifie  leurs  propriétés  et  leur  organisation  spatiale.  Enfin,  à  la  frontière  entre  le  mésencéphale  et  le  rhombencéphale,  l’organisateur  isthmique  (également appelé MHB pour ‘Midbrain‐Hindbrain Boundary’)) agit comme une source  locale de molécules FGF8 qui permet la régionalisation du mésencéphale d’une part et la  spécification du rhombencéphale antérieur d’autre part en y empêchant l’expression des  gènes  Hox  (Irving  and  Mason,  2000).  Le  sous‐compartiment  le  plus  central  du  rhombencéphale,  le  rhombomère  4,  peut  également  être  considéré  comme  un  organisateur secondaire local (Mason, 2007). En effet, il est le siège de la production de  signaux  FGF  (Maves  et  al.,  2002;  Walshe  et  al.,  2002)  qui  vont  être  requis  pour  la  formation  et  la  spécification  des  rhombomères  adjacents  (Marín  and  Charnay,  2000;  Hernandez et al., 2004a).