Caractérisation moléculaire du rôle de Lhx2 dans le développement de l'oeil et du cerveau

Abstract

Le développement du système nerveux central (SNC) chez les vertébrés est un processus d'une extrême complexité qui nécessite une orchestration moléculaire très précise. Certains gènes exprimés très tôt lors du développement embryonnaire sont d'une importance capitale pour la formation du SNC. Parmi ces gènes, on retrouve le facteur de transcription à Lim homéodomaine Lhx2. Les embryons de souris mutants pour Lhx2 (Lhx2-/-) souffre d'une hypoplasie du cortex cérébral, sont anophtalmiques et ont un foie de volume réduit. Ces embryons mutants meurent in utero au jour embryonnaire 16 (e16) dû à une déficience en érythrocytes matures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser le rôle moléculaire de Lhx2 dans le développement des yeux et du cortex cérébral. Lhx2 fait partie des facteurs de transcription à homéodomaine exprimé dans la portion antérieure de la plaque neurale avec Rx, Pax6, Six3. Le développement de l'oeil débute par une évagination bilatérale de cette région. Nous démontrons que l'expression de Lhx2 est cruciale pour les premières étapes de la formation de l'oeil. En effet, en absence de Lhx2, l'expression de Rx, Six3 et Pax6 est retardée dans la plaque neurale antérieure. Au stade de la formation de la vésicule optique, l'absence de Lhx2 empêche l'activation de Six6 (un facteur de transcription également essentiel au développement de l'œil). Nous démontrons que Lhx2 et Pax6 coopèrent en s'associant au promoteur de Six6 afin de promouvoir sa trans-activation. Donc, Lhx2 est un gène essentiel pour la détermination de l'identité rétinienne au niveau de la plaque neurale. Plus tard, il collabore avec Pax6 pour établir l'identité rétinienne définitive et promouvoir la prolifération cellulaire. De plus, Lhx2 est fortement exprimé dans le télencéphale, région qui donnera naissance au cortex cérébral. L'absence de Lhx2 entraîne une diminution de la prolifération des cellules progénitrices neurales dans cette région à e12.5. Nous démontrons qu'en absence de Lhx2, les cellules progénitrices neurales (cellules de glie radiale) se différencient prématurément en cellules progénitrices intermédiaires et en neurones post-mitotiques. Ces phénotypes sont corrélés à une baisse d'activité de la voie Notch. En absence de Lhx2, DNER (un ligand atypique de la voie Notch) est fortement surexprimé dans le télencéphale. De plus, Lhx2 et des co-répresseurs s'associent à la chromatine de la région promotrice de DNER. Nous concluons que Lhx2 permet l'activation de la voie Notch dans le cortex cérébral en développement en inhibant la transcription de DNER, qui est un inhibiteur de la voie Notch dans ce contexte particulier. Lhx2 permet ainsi la maintenance et la prolifération des cellules progénitrices neurales.

Central nervous system (CNS) development in vertebrates is an extremely complex process that requires tight molecular control. Some very early expressed genes during embryonic development are of tremendous importance for CNS development. Among those, we find the LIM homeodomain protein Lhx2. Embryos that lack Lhx2 (Lhx2-/-) suffer from cerebral cortex hypoplasia, are anophtalmic and have smaller liver. The mutant embryos die in utero at embryonic day 16 (e16) due to a deficit in mature erythrocytes. The principal objective of this thesis was to characterize the molecular function of Lhx2 in eye and cerebral cortex development. Lhx2 is a part of the homeodomain transcription factors expressed in the anterior neural plate along with Rx, Pax6 and Six3. Eye development starts by a bilateral evagination of this region. We show here that Lhx2 expression is crucial for the first steps of eye formation. Indeed, in absence of Lhx2, Rx, Six3 and Pax6 expression is delayed in the anterior neural plate. At the optic vesicle stage, Lhx2 mutation precludes the initiation of Six6 expression (an homeodomain transcription factor essential for eye development). We demonstrate that Lhx2 and Pax6 bind to Six6 promoter and cooperate for its trans‐activation. So, Lhx2 is essential for retinal identity determination in the neural plate. Later on, it cooperates with Pax6 to establish definitive retinal identity and promote cell proliferation. Lhx2 is strongly express in the telencephalon, the embryonic region that will give rise to cerebral cortex. Lhx2 ablation causes a decrease in neural progenitor cells proliferation in this region. We show that the lack of Lhx2 causes a premature differentiation of the radial glia cells into intermediate progenitors and post‐mitotic neurons. These phenotypes correlate with a decrease activity of the Notch pathway. In Lhx2-/- telencephalon, the atypical Notch‐ligand DNER is strongly overexpressed. Furthermore, Lhx2 and co‐repressors associate at the DNER promoter region. We conclude that Lhx2 allows Notch pathway activation in the developing cerebral cortex. It does so by inhibiting DNER transcription, which is a Notch pathway repressor in this particular context. Thus, Lhx2 allows the maintenance and the proliferation of neural progenitor cells.