La détermination neurale dans l’embryon de Xenopus laevis : Contrôle de l’expression des gènes neuraux précoces par le calcium

Neural determination in xenopus laevis embryos : control of early neural gene expression by calcium

Centre de Biologie du Développement, U MR 5447 CNRS, Université Paul Sabatier, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse cedex. moreau@cict.fr.

Résumé

Au cours de la gastrulation, la détermination des cellules de l’ectoderme dorsal dans la voie neurale fait intervenir des signaux dorsaux tels que noggin, chordin, follistatin, xnr3 et cerberus sécrétés par l’Organisateur de Spemann, ainsi que des signaux ventraux appartenant à la famille des facteurs de croissance de type BMP. Les molécules sécrétées dorsalement par l’Organisateur de Spemann agiraient en anti-ligand de molécules exprimées par la partie ventrale. L’induction neurale serait ainsi un phénomène par défaut. Nos résultats permettent de proposer un nouveau modèle d’induction neurale impliquant l’activation d’une cascade de signalisation dépendante du calcium due à un influx via des canaux calciques de type L, situés sur la membrane plasmique des cellules de l’ectoderme. Ce modèle fait intervenir non pas un mécanisme permissif mais, comme pour l’induction épidermique, un mécanisme instructif. Nous pensons que lors de la détermination neurale, des cascades de transduction dépendantes du calcium participeraient à la fois à l’inhibition de la signalisation BMP et à l’activation de gènes spécifiques neuraux. Une calcineurine (phosphatase dépendante du calcium) pourrait favoriser la détermination neurale en inhibant la phosphorylation de smadl induite par les BMPs. D’autre part, une calcium-calmoduline kinase de type II (CaM kinase II) serait responsable de l’activation des gènes spécifiques de la voie de détermination neurale.

Abstract

In amphibian embryos the central nervous system derives from the dorsal region of the ectoderm. Molecular studies led to the formulation of the « neural default model » in which neural development is under the inhibitory control of members of the BMP family. These growth factors also act as epidermis inducers. The neural fate is revealed by factors secreted by the Spemann Organizer such as noggin, chordin, follistatin, Xnr3 and cerberus which act by blocking BMP signalling.

We propose a new model for neural cell determination in which a signalling pathway controlled by an increase in intracellular calcium suppresses the epidermis fate and activates the neural fate instead. This increase in calcium is due to an influx through calcium channels of the L-type, expressed in ectodermal cells during gastrulation.

The possible involvement of a calcium-dependent phosphatase (calcineurin) to inhibit the epidermis fate and a calcium-calmodulin kinase (CaMkinase 11) which activates the neural fate is discussed.