Zona limitans intrathalamica

Après la gastrulation, l'embryon est complètement indifférencié et nécessite de nombreux signaux différents pour initier une différenciation appropriée du corps. Le haut (plaque de toit, sur la face dorsale de l'embryon) et le bas (plaque de sol, sur la face ventrale) jouent un rôle crucial dans ces premières étapes : chacun agit par une signalisation globale (signalisation dans tout l'embryon) pour la structuration neuronale dorsoventrale . Une fois le développement de l'axe dorsoventral terminé, une signalisation plus locale se produit dans le cerveau en développement : les limites du développement telles que la limite mésencéphale-cerveau postérieur (MHB), les rhombomères et la ZLI aident à l'organisation antéropostérieure. ^[5].

Peu de temps après le début de la structuration dorso- ventrale, Shh s'exprime le long de la plaque basale (le bas) de l'embryon, qui fonctionne dans « la ventralisation du tube neural, la promotion de la croissance et de la prolifération, et la formation de l'hypothalamus »^[9]. Au fur et à mesure que l'embryon continue de se développer, l' expression Shh caractéristique de la ZLI s'étend dorsalement pour former un coin qui se rétrécit finalement en une bande à environ 22 somites (le nombre de rhombomères développés) ou moins d'un jour chez le poisson zèbre. Bien que l'expression de Shh s'étende dorsalement à partir de la plaque basale, la ZLI est capable de se former même sans la plaque basale ou le tissu mésodermique. Shh coopère avec dlx2 et fezl en avant et IRX3 et dbx1a en arrière (les gènes exprimés varient selon les organismes), qui sont des gènes exprimés dans le préthalamus et le thalamus, respectivement^[10].

La ZLI est également caractérisée par une absence de frange lunatique ( lfng ), qui est observable avant même que l' expression Shh ne soit observée dans la ZLI en formation. Cela indique que les cellules sont destinées à la formation de ZLI avant l'induction par Shh (nb Shh]' des signaux de la ZLI et est caractéristique du compartiment pendant et après la formation). Lfng est exprimé très tôt (peu après la gastrulation ) dans la région qui deviendra la ZLI, mais peu de temps après, l'expression diminue par migration des cellules exprimant lfng pour former le coin sans lfng caractéristique de la ZLI en développement. L' expression Shh ne s'étend dorsalement que quelques heures plus tard^[5].

Les facteurs influençant la formation et la localisation de la ZLI sont largement étudiés mais toujours contestés. Les différences entre les différents modèles animaux compliquent davantage l'élucidation des voies génétiques, en particulier entre les modèles poussins/mammifères et le poisson zèbre.

Les gènes Wnt (la famille sans ailes) sont cruciaux pour le développement de la ZLI à la fois directement et indirectement dans tous les systèmes animaux. Parallèlement au rôle des gènes Wnt dans la structuration de l' axe antéropostérieur par polarisation de gradient, Wnt8b est exprimé dans la ZLI lui-même et peut aider à guider le mouvement dorsal de l'expression Shh.^[11]. Le gradient de polarisation Wnt a été lié à l'induction des gènes de configuration ZLI IRX3 et SIX3, qui bordent la ZLI en arrière et en avant, respectivement. Cependant, ces gènes se sont avérés non essentiels pour la formation de ZLI chez le poisson zèbre et ont été réévalués dans d'autres modèles^[12],[10].

La spécification de la ZLI peut également concerner les tissus ventraux de l'embryon : les plaques préchordale et épichordale, ou le tissu neuroépithélial (voir figure). Les interactions entre ces tissus peuvent être responsables de la récession d'expression de lfng qui permet le mouvement dorsal de l' expression Shh. ^[13]. Les plaques préchrodales et épichordales spécifiques, caractérisées par l'expression de SIX3 et IRX3, respectivement, peuvent influencer le positionnement de la ZLI plus que les gènes eux-mêmes^[5]. La plaque préchrodale borde ventralement le télencéphale, avec la plaque épichrodale postérieure à celui-ci.

Des études sur la formation de la ZLI réalisées chez le poisson zèbre ont révélé l'importance d' OTX2 et d' IRX1 dans le positionnement de la ZLI. L' expression d'OTX2 caractérise le tectum optique en développement, responsable du traitement de la vue. L'expression s'étend vers l'avant et se termine brusquement au ZLI, avec une expression élevée le long de la ligne où Shh est exprimé^[14]. Avant la formation de la ZLI, OTX2] est exprimé de manière omniprésente dans tout le cerveau antérieur et commence à reculer vers la position de la ZLI putative. Les expériences où l' expression d'OTX2] était réprimée n'ont montré aucun mouvement dorsal de l' expression de Shh et aucune formation de ZLI^[10]. Irx1, qui est analogue à IRX3 chez les oiseaux et les mammifères, est exprimé postérieurement à la ZLI. Des études ont suggéré que bien que OTX2 restreigne positivement la ZLI antérieurement ( Shh ne peut pas être exprimé là où OTX2 ne l'est pas), « IRX1 restreint négativement la ZLI postérieurement^[10]. D'autres gènes cruciaux pour la différenciation dans le cerveau, y compris les gènes Fgf responsables de la structuration de la limite mésencéphale-cerveau postérieur (MHB), ont été impliqués dans le positionnement de la ZLI^[11].

Les études sur le rôle de la signalisation Shh dans la ZLI ont été difficiles à étudier pendant de nombreuses années, car les mutants manquant d'expression présentent de nombreux déficits de développement, notamment l'absence de diencéphale ^[15]. Les expériences d'explantation et de marquage de lignées décrites précédemment ont aidé à élucider le rôle de Shh et d'autres gènes dans la différenciation de ces tissus. Plus récemment, le double mutant de souris Shh;Gli3 s'est avéré avoir un diencéphale élargi avec un anneau de Fgf8 et Wnt à la place de la ZLI, indiquant une interaction complexe entre Shh et ces gènes au niveau de la ZLI^[16]. Cela indique également que d'autres signaux de structuration sont capables d'établir des domaines de signalisation Fgf8 et Wnt au ZLI en l'absence de Shh et Gli3.

Après différenciation des cellules progénitrices (à un stade précis encore à déterminer), la ZLI et sa restriction de lignée disparaissent, permettant aux cellules de migrer à travers l'ancienne limite et les thalami dorsal et ventral de fusionner en une unité fonctionnelle, comme le montre expériences rétrovirales incapables de se répliquer qui ont marqué les cellules et montré leur migration à travers le diencéphale^[11]

Après l'établissement de la ZLI, il a été démontré que shh induit l'expression de marqueurs thalamiques et préthalamiques, respectivement gbx2 et dlx2 / nkx2.1 . Cette induction différentielle est très probablement due à l'expression de gènes tels que IRX3 dans le thalamus : des expériences d'expression ectopique ont montré que si IRX3, qui est normalement exprimé dans le thalamus en développement, est exprimé avant la ZLI, alors le préthalamus en développement changera d'identité^[13]. Notez que ces gènes qui aident à conférer la compétence shh aident à modeler la ZLI.

La signalisation de la ZLI coopérant avec les marqueurs thalamiques et préthalamiques assure la migration des cellules post-mitotiques (progénitrices neurales) vers la zone du manteau où les cellules s'assemblent en noyaux caractéristiques du thalamus. Ces noyaux sont le mécanisme de relais de l'information du thalamus vers le cortex. Le thalamus lui-même est très diversifié, chaque noyau ayant des morphologies et des physiologies distinctes selon la région du cerveau à laquelle il est connecté. On pense que ces différences proviennent de l'expression différentielle des gènes dans le thalamus et le préthalamus, ce qui permet une structure unique avec de multiples fonctions différentes et séparées une fois que les deux ont fusionné et terminé la croissance et la différenciation^[11]. Ainsi, une interaction fonctionnelle entre Shh de la ZLI et le facteur bHLH Her6 (homologue de HES1 ) détermine l'identité neuronale au sein du thalamus : les cellules Her6 positives du préthalamus et du thalamus rostral se différencient en neurones inhibiteurs GABAergiques, tandis que ses cellules négatives deviennent des neurones relais glutamatergiques . Les deux types de cellules dépendent du signal Shh comme déclencheur pour lancer le programme de développement^[17].

 

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