Signalisations cellulaires impliquées dans la neurogenèse

Comme mentionné précédemment, une grande variété de voies de signalisation, telles que Notch, Wnt, Shh et mTOR ont un effet sur la prolifération des progéniteurs et sont donc impliquées dans la neurogenèse (Figure 13).

Figure 13 : S h a apitula t l’i flue e des voies de sig alisatio su la ala e e t e p olif atio et diff e iatio des p og iteu s eu o au . D’ap s Paridaen & Huttner 2014)

a. La voie de signalisation Notch

La voie de signalisation Notch joue un rôle essentiel dans le développement du système nerveux et en particulier durant la neurogenèse embryonnaire via le processus d'inhibition latérale (Pierfelice et al., 2011). La signalisation Notch est déclenchée par l'interaction intercellulaire entre les ligands de Notch (Delta like (DLL) ou Jagged) et le récepteur de Notch, qui est exprimé à la surface des cellules gliales radiaires. Cette interaction induit le clivage du récepteur et la libération du domaine intracellulaire de Notch (Notch intracellular domain, NICD) dans le cytoplasme des cellules gliales radiaires. NICD active ensuite l'expression des gènes de la famille HES, qui codent pour des répresseurs transcriptionnels de gènes pro-neurogéniques tels que les neurogénines et Asc1 (Dhanesh et al., 2016). Cette libération de NICD dans le cytoplasme des cellules gliales radiaires permet de maintenir leur potentiel prolifératif et éviter leur différenciation en neurones ou en progéniteurs intermédiaires. Les paires de cellules filles dérivées de divisions asymétriques de cellules gliales radiaires présentent des asymétries au niveau

36 des composants et de l'activité de la signalisation Notch. Par exemple, durant la division asymétrique des cellules gliales radiaires, la cellule exprimant un plus grand nombre de récepteur Notch maintient son état de cellule gliale radiaire tandis que la cellule fille exprimant moins de récepteur Notch mais plus de DLL va exprimer les gènes pro-neurogéniques et ainsi initier son détachement de la surface du ventricule et sa différenciation neuronale (Dong et al., 2012; Ochiai et al., 2009).

b. La voie de signalisation Wnt/ß-Caténine

La voie de signalisation Wnt/ß-Caténine est cruciale pour de nombreux processus cellulaires et physiologiques régulant la prolifération, la différenciation, la migration durant le développement embryonnaire (Bengoa-Vergniory and Kypta, 2015). La ß-Caténine est l'acteur central dans la voie de signalisation Wnt canonique. Après la liaison de Wnt à ses récepteurs de surface Frizzled et Lrp5/6, la ß-Caténine est stabilisée au niveau du cytoplasme (par inhibition de sa dégradation par le complexe GSK3/APC/CDK1) et se transloque dans le noyau où elle peut activer le complexe de transcription Tcf/Lef1 pour réguler l'activité des gènes cibles de la voie Wnt (Li et al., 2012b).

La voie Wnt semble jouer un rôle double et opposé durant la neurogenèse. Durant la neurogenèse précoce (environ E10), la signalisation Wnt/ß-Caténine favorise les divisions symétriques des cellules gliales radiaires et retarde la formation des progéniteurs intermédiaires (Chenn and Walsh, 2002; Wrobel et al., 2007). Cependant, durant la neurogenèse un peu plus tardive (environ E13), l'activité Wnt favorise la formation des progéniteurs intermédiaires et la différenciation neuronale via l'augmentation de l'expression de N-Myc et de la Neurogénine-1 (Hirabayashi et al., 2004; Kuwahara et al., 2010; Munji et al., 2011). Il est intéressant de noter que la délétion de GSK- β vers E10 résulte en une prolifération massive des progéniteurs apicaux associée à une très forte réduction de la production de progéniteurs intermédiaires et de neurones post-mitotiques (Kim et al., 2009). La délétion de GSK-3β mène donc à un phénotype similaire cohérent avec le rôle connu de GSK-3β dans la dégradation de la β-Caténine. Il est aussi décrit que l’i te a tio de l’A i e a e la G“K- β da s le toplas e est iti ue pou l’a plifi atio du pool de p og iteu s i te diai es ta dis ue l’i te a tio e t e l’A i e et la β-Caténine dans le noyau favorise la différenciation neuronale (Fang et al., 2013) (Figure 14).

37 Les résultats contradictoires montrant une implication de la voie Wnt/ß-Caténine dans la prolifération et da s la diff e iatio peut s’e pli ue pa le fait ue les modèles de souris KO pour ß-Caténine présentent des défauts da s l’adh sio i te ellulai e et da s l’intégrité des tissus via le rôle de la ß- Caténine dans la mise en place des jonctions adhérentes. Dans une étude récente, les auteurs ont

alis la o st u tio d’u uta t de la ß-Cat i e a e u e a ti it d’adh sio ellule-cellule normale mais avec une activité transcriptionnelle défective (Draganova et al., 2015). La délétion de l’a tivité de signalisation Wnt mène à une déplétion du pool de progéniteurs apicaux concomitant à une augmentation du nombre de progéniteurs intermédiaires basaux. Les auteurs montrent que la dérégulation de la signalisation Wnt/ß-Caténine perturbe le contrôle temporel du début de la neurogenèse (neurogenèse plus précoce), ce qui mène à une réduction de la production de neurones des couches superficielles et profondes (Draganova et al., 2015).

c. La voie de signalisation Shh

Sonic Hedgehog (Shh) correspond à une voie de signalisation conservée et essentielle pour la mise en place de la polarité dorso-ventrale du système nerveux des vertébrés. La transduction du signal Shh débute lorsque la protéine Shh extracellulaire se lie à la protéine transmembranaire Patched (Ptch), inhibant ainsi son effet répressif sur Smoothened (Smo), ce qui mène à son accumulation dans le cil primaire. Smo est un élément de signalisation positif déclenchant une cascade d'événements intracellulaires qui mènent à l'accumulation du facteur de transcription Gli sous sa forme active, GliA, plutôt que sa forme répressive, GliR.

En plus de son rôle dans la mise en place de la polarité dorso-ventrale, la signalisation Shh joue un rôle crucial dans la régulation de la cinétique du cycle cellulaire des cellules gliales radiaires et également

Figure 14 : La localisation subcellulaire de l’A i e di ige l’a plifi atio et la différenciation des progéniteurs intermédiaires via différents réseaux de signalisation.

(A) L’a plifi atio du pool de p og iteu s intermédiaires est gul e pa l’i te a tio de l’A ine et de GSK-3β dans le cytoplasme des cellules gliales radiaires.

(B) A mesure que le développement p og esse, l’A i e de ie t e i hie da s le noyau, via la phosphorylation par Cdk5, dans les progéniteurs neuronaux et en particulier dans les progéniteurs intermédiaires et i te agit a e la β- Caténine pour permettre la transcription de gènes pro- eu og i ues. D’ap s Fang et al. 2013)

38 dans la production des progéniteurs intermédiaires (Komada et al., 2008; Wang et al., 2011a). Durant la neurogenèse, le niveau d'activation de la signalisation Shh diminue tandis que l'activité du répresseur GliR augmente, ce qui est nécessaire pour la production des progéniteurs intermédiaires et la différenciation neuronale (Shikata et al., 2011) (Figure 15). Il est intéressant de noter que durant le développement du cortex, la signalisation Shh favorise les divisions prolifératives symétriques des cellules gliales radiaires via la transcription de gènes cibles de Notch tels que Hes1 et Blbp, montrant ainsi des couplages et des communications croisées entre les différentes voies de signalisation dans la régulation de la prolifération des progéniteurs neuronaux (Dave et al., 2011). Une étude a également révélé le rôle critique joué par Sufu, un régulateur négatif des protéines Gli, dans la spécification des neurones pyramidaux (Yabut et al., 2015). La délétion de Sufu à une étape précoce du développement mène à une dérégulation de la quantité de protéine Gli, qui est associée à une maintenance des progéniteurs neuronaux et à une spécification des neurones pyramidaux erronée (Yabut et al., 2015).

Plus récemment, il a été montré que la signalisation Shh augmente la génération et l'auto- renouvellement des cellules gliales radiaires basales et la prolifération des progéniteurs intermédiaires et cet effet est accompagné de la formation de gyri à la surface du cerveau de souris en développement qui est normalement lisse (Wang et al., 2016a). Ces résultats montrent donc le rôle crucial joué par la signalisation Shh dans les étapes précoces du développement du cerveau.

d. La voie de signalisation mTOR

Figure 15 : S h a de l’i pli atio de la voie Shh dans la neurogenèse.

(A) Dans le cortex (Ctx) en développement, la signalisation Shh favorise la transition des progéniteurs de la zone ventriculaire (VZ ; Hes5+ et Ki67+, rouge) en progéniteurs intermédiaires de la zone sous-ventriculaire (SVZ ; Tbr2+ et Ki67+, rouge) et est impliquée da s l’a ti ation de la prolifération des progéniteurs intermédiaires. Ces effets se font via la régulation négative de Ptch1. (B) Les progéniteurs corticaux de la zone ventriculaire au stade E13.5-15.5 sont toujours capables de répondre à un fort niveau de signalisation Shh ectopique, ce qui e t ai e u ha ge e t d’ide tit et l’adoptio d’u e ide tit de p og iteu s e t au Dl +, e t . D’ap s Shikata et al. 2011)

39 La protéine mTOR (mechanistic target of rapamycin) est une sérine/thréonine kinase qui se retrouve dans deux complexes distincts, mTORC1 et mTORC2, lesquels sont différentiellement régulés par un grand nombre de nutriments, tels que le glucose et les acides aminés, des facteurs de croissance, des hormones ou des neurotransmetteurs. La voie de signalisation mTOR régule de nombreuses fonctions cellulaires basiques telles que la synthèse de protéines, le métabolisme, la taille des cellules, la biosynthèse de lipides et la biogenèse des mitochondries (Bockaert and Marin, 2015) (Figure 16). Il n'est donc pas surprenant que la voie mTOR soit impliquée dans l'ensemble des processus du développement cortical, de la régulation de la neurogenèse à la plasticité synaptique (Lipton and Sahin, 2014).

Figure 16 : La voie de signalisation mTOR

D’ap s Lipto et Sahin, 2014)

Des analyses d'expression ont suggéré que la signalisation mTORC1 est active dans les zones prolifératives du système nerveux central en développement puisque les formes phosphorylées de mTOR, S6k1, Rps6 et 4E-BP1 sont fortement exprimées au niveau de la zone ventriculaire à E13.5 (Ka et al. 2014). La première preuve de l'importance de la signalisation mTORC1 dans le cerveau en développement fut la découverte d'embryons incapables de former le télencéphale et dont ce phénotype a été attribué à une mutation dans mTOR (Hentges et al., 2001).

40 Les souris KO pour mTOR meurent vers le jour 6 du développement embryonnaire suite à une très forte réduction de la prolifération et ne peuvent donc pas être utilisées pour étudier le rôle de la voie mTOR dans le développement cortical in vivo (Gangloff et al., 2004; Murakami et al., 2004). En 2013, Ka et coll ont donc utilisé un modèle souris KO conditionnel pour mTOR afin de supprimer l'expression de mTOR uniquement dans les cellules gliales radiaires (Ka et al., 2014). Ils ont observé que ces souris présentent un cerveau de taille réduite avec une diminution du nombre de progéniteurs en prolifération et du nombre de neurones produits conséquent à une perturbation de la progression dans le cycle cellulaire des progéniteurs neuronaux. Dans une étude récente, l'effet de l'expression d'un mutant actif de mTORC1 durant des stades du développement différents a été analysé (Kassai et al., 2014). L'activation de mTORC1 spécifiquement dans le télencéphale dorsal au cours du développement précoce (E10) entraine une réduction importante de la taille du cerveau qui serait la conséquence d'une augmentation de l'apoptose des progéniteurs neuronaux. L'activation plus tardive spécifiquement dans les neurones post-mitotiques résulte en un arrêt de la migration dans les couches profondes et une augmentation de la taille du corps cellulaire des neurones en migration, indiquant un rôle crucial de mTORC1 dans de nombreux processus cruciaux de la corticogenèse.