Mechanism of action of Reelin in the developing cerebral cortex

Abstract

La voie de signalisation de la Reelin joue un rôle clé dans le développement du système nerveux central. Dans le cortex, où la majorité des neurones migrent radialement vers la plaque corticale, la Reelin est secrétée par les cellules de Cajal-Retzius de la zone marginale et se lie à deux récepteurs, VLDLR et ApoER2, exprimés par les neurones en migration. Ceci induit la phosphorylation de résidus tyrosine de la protéine adaptatrice Dab1. Après sécrétion, la Reelin est clivée en trois fragments par une métalloprotéinase, mais la fonction de ce clivage est inconnue. En plus de son action sur le développement architectonique, certains travaux suggèrent que la Reelin influence la guidance axonale, puisque les souris reeler déficientes en Reelin accusent un retard des connexions afférentes dans l'hippocampe. Dans ce travail, nous avons tout d'abord étudié l'action de la Reelin sur la croissance axonale. Nous avons montré que ni la Reelin clivée, ni la Reelin entière n'ont d'effet attractif ou répulsif significatif. Ces résultats suggèrent que les effets publiés de la Reelin sur la guidance axonale sont indirects, secondaires aux perturbations architectoniques qui résultent de la déficience en Reelin, et que l'effet des cellules de Cajal-Retzius sur la connectivité est indépendant de la Reelin. La deuxième partie du travail est concentrée sur l'activité des différents produits de clivage de la Reelin. Nous avons montré que le fragment central est nécessaire et suffisant pour la liaison aux récepteurs et pour l'activation du signal, reflété par l'induction de la phosphorylation de Dab1, et que ce même fragment corrige partiellement le phénotype reeler dans un système organotypique original de culture de tranches de cerveau embryonnaire. La correction du phénotype n'est pas observée par des anticorps stimulants dirigés contre VLDLR et anti-ApoER2, ce qui indique que la partie du signal découlant de la phosphorylation de Dab1 ne suffit pas à traduire tout les effets de la Reelin. La dernière partie du travail a consisté à investiguer le rôle de quelques grandes voies de signalisation intracellulaire sur des cultures de tranches de cerveaux embryonnaires, à l'aide d'inhibiteurs de petit poids moléculaire. L'inhibition de la famille des Src kinases, des PKCs, de PI3K, d'Akt ou de mTor induit un phenotype semblable à reeler: perturbation du positionnement des neurones corticaux, inversion du gradient de maturation de « dedans-en-dehors » de ces cellules et d'une absence de la division de la préplaque. Ces expériences ont démontré que les Src kinases sont bien responsables de la phosphorylation de Dab1, et que les autres kinases (PKCs, PI3K, Akt et mTor) agissent en aval ou en parallèle de Dab1.The Reelin signaling pathway plays a key role in the architectonic development of the central nervous system. In the cortex, where a majority of neurons migrate radially to form the cortical plate, Reelin is secreted by Cajal-Retzius cells, early-born neurons in the marginal zone. Reelin binds to two receptors of the lipoprotein receptor family, VLDLR and ApoER2, expressed on migrating neurons, and induces tyrosine phosphorylation of the adaptor Dab1. After secretion, Reelin is cleaved into three fragments by a metalloproteinase but the function of processing is unknown. In addition to its action on architectonic development, some studies suggest that Reelin may influence axonal guidance, as reeler mice lacking Reelin show a delayed growth of hippocampal afferents. In this work, we first addressed the action of Reelin on axonal growth. We showed that neither cleaved nor full-length Reelin exhibited any significant attraction or repulsion on cortical axons. Our results suggest that the reported effects of Reelin on axonal pathways are indirect, secondary to the architectonic disturbances that result from Reelin deficiency, and that the reported effects of CajalRetzius cells on connectivity are independent of Reelin. The second part of our work addressed the activity of the different cleavage products of Reelin. We showed that the central cleavage fragment is necessary and sufficient for receptor binding and signal activation as reflected in Dab1 phosphorylation, and rescues the reeler phenotype in a new organotypic slice culture assay. Stimulating antibodies to the VLDLR and ApoER2 receptors did not rescue the phenotype in slices, suggesting that the Dab1 branch of the Reelin pathway is not sufficient to transmit the entire signal. The last part of our work consisted in probing intracellular transduction pathways in slice cultures, using small molecular weight inhibitors. We showed that inhibition of Src kinases, PKCs, PI3K, Akt or mTor induced a reeler-like phenotype defined by a disruption of cortical neuronal positioning, impaired inside-out layering of cortical cells and absence of preplate splitting. Our data indicate that Src kinases are responsible for Dab1 phosphorylation, whereas the other kinases (PKCs, PI3K, Akt and mTor) function further downstream or in parallel to the Dab1 branch of Reelin signaling.Thèse de doctorat en sciences biomédicales (neurobiologie du débeloppement) (SBIM 3)--UCL, 200