Neogenin function and modulation in spinal motor neuron development

Abstract

Le système nerveux est la structure fonctionnelle la plus complexe que l’on connaisse. Cette structure permet aux organismes multicellulaires de percevoir leur existence en tant qu’entités individuelles. Le fonctionnement du système nerveux repose sur l’assemblage précis des circuits neuronaux. Pour ce faire, pendant le développement, les projections axonales des neurones sont guidées par des signaux de guidages. Ceux-ci se trouvent dans l’environnement extracellulaire et permettent aux neurones de trouver leurs cibles respectives. Pour détecter et pouvoir répondre aux signaux de guidage, les cônes de croissance à la pointe des axones expriment des récepteurs de signaux de guidage. Ceux-ci, lorsqu’ils se lient à leurs ligands, induisent des cascades de signalisation en aval, menant à des modulations dans la poussée et la direction des axones. Bien que nous ayons fait de grands progrès dans la compréhension des effets qu’ont les signaux de guidage sur les axones, on en sait beaucoup moins sur la façon dont ces signaux agissent en concert. Les neurones moteurs qui résident dans la colonne moteur latérale (LMC) de la moelle épinière projettent leurs axones dans les membres, s'appuient sur une multitude de signaux de guidage. Cette thèse démontre que le récepteur transmembranaire Neogenin est impliqué dans plusieurs aspects du développement des neurones LMC, y compris la différenciation et la ségrégation des sous-types de neurones LMC ainsi que le guidage de leurs axones. Notre laboratoire a précédemment démontré que les axones LMC sont guidés de manière synergique par Netrin-1 et les ephrins. Je vous ferai part de mes ii résultats explorant le mécanisme sous-jacent à l'activité synergique de Netrin-1 et d’ephrin-A5 dans le guidage des axones LMC. Je démontre que ephrin-A5 sensibilise un sous-ensemble d'axones LMC à Netrin-1. Je propose que cela est la conséquence d'une augmentation induite par ephrin-A5 dans l'abondance de Neogenin conduisant à une liaison améliorée de Netrin-1 dans les cônes de croissance LMC. En outre, je montre que la modulation de ephrin-A5 des niveaux de Neogenin dépend de l'interaction entre ephrin-A5 et son récepteur EphA4. Je montre également que contrairement à la répulsion des axones de ephrin-A5, la sensibilisation à Netrin-1 se produit indépendamment de la queue cytoplasmique d'EphA4. Ces résultats suggèrent que la répulsion des axones induite par ephrin-A5 et la sensibilisation à Netrin-1 se produisent dans des voies moléculairement distinctes. Netrin-1, Neogenin et les ephrins sont vastement impliqués lors du développement du système nerveux et au-delà. Notre démonstration que les interactions ephrin-A5 / EphA4 modulent l'abondance de Neogenin et la sensibilité à Netrin-1 ouvre la possibilité a ce que les ephrins puissent avoir un impact profond sur les processus cellulaires dépendants de la signalisation Netrin-1 et Neogenin.

The nervous system is the most exquisitely complex functional structure in the known universe. The nervous system is what enables multicellular organisms to experience life as individual entities. The functionality of the nervous system relies upon the precise assembly of neuronal circuits. To achieve this, during development, the extending axons of neurons are guided by cues in the extracellular environment that enable neurons to find their respective targets. To sense and respond to extracellular cues, growth cones at the tip of axons express guidance cue receptors. The interaction between guidance cues and their receptors induce downstream signaling cascades which lead to modulations in axon outgrowth and directionality. Although we have made great progress in understanding how individual cues guide axons, much less is known about how these cues act in concert. Motor neurons that reside within the lateral motor column (LMC) of the spinal cord extend axons that innervate the limbs, rely on a multitude of guidance cues. The evidence presented in this thesis shows that the transmembrane receptor Neogenin is implicated in several aspects of LMC neuron development including LMC subtype differentiation and segregation as well as the guidance of their axons. Our lab has previously shown that LMC axons are guided synergistically by Netrin-1 and ephrins. I will be presenting results exploring the mechanism underlying the synergistic activity of Netrin-1 and ephrin-A5 in LMC axon guidance. I provide evidence that ephrin-A5 sensitizes a subset of LMC axons to Netrin-1. I propose that this is a consequence of an ephrin-A5 induced increase in the abundance of iv Neogenin leading to enhanced Netrin-1 binding in LMC growth cones. Furthermore, I show that the ephrin-A5 modulation of Neogenin levels is dependent on the interaction between ephrin-A5 and its receptor EphA4. I also show that contrarily to the repulsion from ephrin-A5, sensitization to Netrin-1 occurs independently from the cytoplasmic tail of EphA4. These results suggest that the ephrin-A5 induced axon repulsion and sensitization to Netrin-1 occur in molecularly distinct pathways. Netrin-1, Neogenin and ephrins are vastly implicated during the development of the nervous system and beyond. Our demonstration that ephrin-A5/EphA4 interactions modulate the abundance of Neogenin and sensitivity to Netrin-1 brings forth the possibility that ephrins may have a profound impact on cellular processes implicating Netrin-1 and Neogenin.