Neurogénine 1 et neuro-morphogénèse de l’organe sensoriel olfactif chez le poisson-zèbre

La morphologie des organes sensoriels crâniens est parfaitement adaptée à la détection de stimuli spécifiques. Au cours du développement embryonnaire, les mouvements morphogénétiques sculptent ces structures et des types cellulaires seront spécifiés pour participer à leur fonction soit en détectant des stimuli spécifiques, soit en transmettant des informations sensorielles au cerveau. Les mécanismes moléculaires qui contrôlent ces processus indépendamment commencent à être bien caractérisés, cependant ceux qui permettent leur couplage reste encore mal connus.

Les chercheurs ont utilisé la mise en place de l’épithélium olfactif chez l’embryon de poisson zèbre pour mettre à jour ces processus. Dans ce système, deux vagues de neurogénèse produisent les neurones olfactifs pionniers (EON) puis les neurones olfactifs sensoriels d'une manière qui nécessite les facteurs de transcription Neurogénine1 (Neurog1) et Neurod4. En parallèle, l’organe olfactif se forme : les neurones pionniers se positionnent initialement en fer à cheval puis, un processus de migration contrôlé par une protéine attractante (Cxcl12a) et son récepteur (Cxcr4b) permettra leur organisation en rosette. L’ensemble de ces processus complexes ne prendra que 12 heures. Existe t-il un lien entre l’identité neuronale contrôlée par Neurog1 et les mouvements morphogénétiques qui forment l’épithélium olfactif ?

Pour répondre à cette question, les scientifiques ont utilisé la transparence de l’embryon de poisson zèbre pour filmer en 3 dimensions et en temps réel la migration des neurones olfactifs pionniers à l’aide de lignées transgénique marquant cette population neuronale. Grâce à des techniques d’analyse d’image extensives, ils ont pu caractériser les mouvements migratoires de ces neurones et montrer que dans des embryons mutants pour neurog1, la trajectoire des EONs est perturbée surtout dans la partie la plus antérieure de la structure. De plus, des défauts similaires chez les mutants cxcr4b et cxcl12a ont été mis en évidence. Chez les mutants neurog1, l'expression de cxcr4b (mais pas de cxcl12a) est réduite ou perdue précocement, lors de cette phase de migration. Les chercheurs ont alors montré que la restauration de l'expression précoce de cxcr4b chez les mutants du neurog1 sauvait le phénotype de migration.

Enfin, au niveau moléculaire, les auteurs ont identifié un groupe de séquences CAGATG en amont de cxcr4b qui est directement régulé par Neurog1. Ils ont finalement utilisé la technique d’édition du génome Crispr-cas9 pour éliminer cet élément dans une lignée permettant de visualiser l’expression de cxcr4b. Ils ont pu mettre en évidence que la perte de cet élément entraine spécifiquement la perte d’expression de cxcr4b.

Ainsi, Neurog1 coordonne la neurogenèse et la morphogenèse via Cxcr4b pour mettre en place l’identité et la forme de l’organe olfactif au cours du développement.

Pour en savoir plus :

Morphogenesis is transcriptionally coupled to neurogenesis during peripheral olfactory organ development.
Aguillon R, Madelaine R, Aguirrebengoa M, Guturu H, Link S, Dufourcq P, Lecaudey V, Bejerano G, Blader P, Batut J. Development. 2020 Nov 3:dev.192971. doi: 10.1242/dev.192971.