Étude de la signalisation Sonic Hedgehog dans le guidage des axones de la rétine lors de l’établissement de la vision binoculaire

Abstract

Chez les animaux à vision binoculaire, la vision tridimensionnelle permet la perception de la profondeur grâce à l'intégration de l'information visuelle en provenance des deux yeux. La première étape de cette intégration est rendue possible anatomiquement par la ségrégation des axones controlatéraux et ipsilatéraux des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) au niveau du chiasma optique. Les axones controlatéraux croisent la ligne médiane au chiasma en route du nerf optique vers le cerveau. À l’inverse, les axones ipsilatéraux s'écartent du chiasma et continuent dans le tractus optique ipsilatéral, en évitant la ligne médiane vers leurs cibles cérébrales. Les mécanismes moléculaires à la base de ce phénomène ne sont pas complètement compris. Les études présentées dans cette thèse montrent que Boc, le récepteur de Sonic Hedgehog (Shh) dans le guidage axonal, est enrichi dans les CGRs ipsilatérales de la rétine en développement. La présence de Shh sur la ligne médiane, et le mode d'expression complémentaire du récepteur nous ont conduit à émettre l'hypothèse que Shh pourrait repousser les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma en activant le récepteur Boc. Conformément à cette hypothèse, nous avons constaté que seulement les CGR exprimant Boc se rétractent in vitro en réponse à Shh et que cette réponse est perdue dans les CGR mutantes pour Boc. In vivo, nous démontrons que Boc est requis pour la ségrégation normale des axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique et, inversement, que l'expression ectopique de Boc dans les CGR contralatérales empêche leurs axones de traverser le chiasma optique. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que Shh repousse les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique par son récepteur Boc. Cette première partie de notre travail identifie un nouveau couple ligand-récepteur requis pour la ségrégation des axones au niveau du chiasma optique. Une interaction moléculaire impliquée dans cette ségrégation implique l’éphrine-B2 et ses récepteurs EphB (EphB1). Dans la deuxième partie de notre travail, nous montrons, in vivo, en utilisant des souris doubles et quadruples mutantes pour les récepteurs Boc, EphB1 ou les trois récepteurs EphB, que l’abrogation des deux voies de signalisation Shh et éphrine-B2 conduit à l'absence de projections ipsilatérales. Ceci indique que les deux signalisations agissent de façon indépendante dans des voies parallèles. De manière intéressante, ces souris mutantes ont été utilisées comme modèle génétique pour démontrer des défauts dans la perception de la profondeur de champs chez des animaux dépourvus de projections visuelles ipsilatérales. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que la formation des projections rétiniennes ipsilatérales est essentielle à l’établissement de la vision binoculaire et dépend des voies induites par les récepteurs d’éphrine-B2 et Shh.

In animals with binocular vision, three dimensional vision allows perception of depth through the integration of visual information from both eyes. The first step of this integration is possible anatomically with the segregation of contralateral and ipsilateral axons at the optic chiasm. Contralateral axons cross the chiasm midline as they progress from the optic nerve to the optic tract. In contrast, ipsilateral axons deviate from the chiasm and continue in the ipsilateral optic tract. The molecular mechanism underlying this phenomenon is not completely understood. The studies presented in this thesis show that the Sonic Hedgehog (Shh) receptor Boc is enriched in ipsilateral RGCs of the developing retina. Together with the presence of Shh at the midline, this complementary expression pattern led us to hypothesize that Shh might repel ipsilateral RGC axons at the chiasm. Consistent with this hypothesis, we found that only Boc positive RGC axons retract in vitro in response to Shh and that this response is lost in Boc mutant RGCs. In vivo, we show that Boc is required for the normal segregation of ipsilateral axons at the optic chiasm and, conversely, that Boc expression in contralateral RGCs prevents their axons from crossing the optic chiasm. Taken together, these results suggest that Shh repels ipsilateral RGC axons at the optic chiasm via its receptor Boc. This first part of this thesis identifies a novel receptor required for the segregation of axons at the optic chiasm. The other couple ligand-receptor involved in this segregation is the Ephrin-B2/EphB signalling. In the second part of this thesis, I show that in vivo, the abrogation of both signalling pathways using quadruple knockout mice of the receptor Boc and three EphB receptors led to the absence of ipsilateral projections, indicating that Shh and ephrinB2 signalling act independently in two parallel pathways. More importantly, these animals, used as a new genetic model to perform visual tests, had a diminished ability to perceive depth. Thus, this thesis demonstrates for the first time that the establishment of ipsilateral retinal projections, essential for accurate binocular vision and perception of depth, is made possible by the combination of EphB and Shh signalling.