Une augmentation du calcium intracellulaire contrôle l’expression d’une arginine N-méthyl-transférase impliquée dans la détermination neurale chez l’embryon d’amphibien An increase in intracellular free calcium controls the expression of an arginine N-methyl-transferase involved in neural determination in amphibian embryo

La formation du système nerveux des vertébrés débute au moment de la gastrulation avec l’induction et la formation de la plaque neurale sur la face dorsale de l’embryon. C’est en fin de gastrulation, au sein de la plaque neurale que se différencieront les neurones primaires. Au stade blastula et jeune gastrula (7 à 9 heures après la fécondation), l’ectoderme de l’amphibien Xenopus laevis peut évoluer vers un destin épidermique ou neural. Les travaux de la dernière décennie ont montré que l’ectoderme se détermine en épiderme en réponse à l’activation de la voie de signalisation BMP4 et prend un destin neural lorsque cette voie est inhibée par des facteurs secrétés par le mésoderme dorsal, tels que noggin, chordin ou follistatine. L’induction neurale se ferait donc selon un mécanisme « par défaut », qui ne nécessiterait que l’inhibition de la voie BMP4 et ne conduirait pas à l’activation d’une cascade de transduction spécifique [1]. Ce modèle, bien que largement admis, présente des limites. Il a été principalement établi à partir d’expériences réalisées sur des ectodermes isolés et jamais sur l’embryon entier. Le modèle d’induction neurale « par défaut » n’est pas généralisable à l’embryon de poulet ou d’ascidie où l’induction neurale nécessite un signal instructif faisant, entre autres, intervenir la voie de signalisation FGF [2]. Des résultats récents obtenus sur l’embryon de xénope montrent que la répression de la voie de signalisation BMP4 est requise pour supprimer le destin épidermique mais qu’elle n’est pas suffisante pour induire le destin neural [3]. Nous nous intéressons aux voies de signalisation calcium-dépendantes qui contrôlent les phases précoces de la formation du système nerveux chez l’amphibien. Par des techniques d’imagerie calcique, associées à des approches de biologie cellulaire et moléculaire, nous avons montré que le calcium joue un rôle crucial dans la transduction du signal neuralisant via des canaux calciques potentiel-dépendant sensibles aux dihydropyridines (DHP) [4, 5]. Ainsi dans l’embryon de xénope, depuis le stade blastula (stade 8) jusqu’à la fin de la gastrulation (stade 13-14), il se produit des variations de calcium spontanées et transitoires [6, 7]. Ces variations sont restreintes à l’ectoderme dorsal et l’inhibition de ces variations transitoires, soit par le BAPTA (un chélateur de calcium), soit par un antagoniste des canaux Ca²⁺ sensibles aux DHP, perturbe l’induction neurale et inhibe l’expression de gènes proneuraux comme Zic3. De plus, appliqué sur des ectodermes isolés, le facteur neuralisant noggin provoque une augmentation de calcium intracellulaire ([Ca²⁺]i) via l’activation de canaux Ca²⁺ sensibles aux DHP (figure 1C). Certains facteurs de transcription sont des cibles privilégiées du calcium. Ainsi le gène c-fos est activé pendant l’induction neurale, qu’elle soit déclenchée par noggin ou par une augmentation de [Ca²⁺]i [8]. Deux gènes proneuraux, XlPOU2 et Zic3 (Zinc finger protein of cerebellum 3), sont également activés à la suite de la stimulation de l’ectoderme par noggin ou par une variation de [Ca²⁺]i, qu’elle soit induite par les DHP ou par la caféine. Inversement, le blocage des signaux calciques inhibe l’expression des gènes proneuraux [9, 10]. Nos résultats montrent que le calcium est nécessaire et suffisant pour déterminer les cellules de l’ectoderme dans la voie neurale. Nous avons recherché des gènes précoces de la détermination neurale contrôlés par le calcium. Grâce à une banque soustractive d’ADNc, réalisée à partir d’ectodermes isolés induits par une augmentation de [Ca²⁺]i provoquée par la caféine versus non induits (Figure 1A), nous avons sélectionné une trentaine de gènes précoces contrôlés par le calcium et qui s’expriment dans les futurs territoires neuraux [11]. Nous avons plus particulièrement porté notre attention …