Role of the mechanoreceptor GPR161 in the regulation of neuronal migration

La migration neuronale est un processus fondamental du développement cérébral, essentiel à l'établissement de circuits neuronaux fonctionnels. Des défauts de migration sont impliqués dans plusieurs malformations du cortex et peuvent causer des troubles neurodéveloppementaux ou psychiatriques. Le cil primaire (CP), organite sensoriel présent à la surface de la plupart des cellules eucaryotes, joue un rôle central dans la régulation de la migration neuronale, notamment via la voie de signalisation AMPc/PKA au centrosome, déjà décrite par mon équipe d'accueil. L'objectif principal de ma thèse était d'explorer le rôle du récepteur ciliaire GPR161 dans ce contexte, en particulier i) son implication dans la régulation de la migration neuronale, ii) son éventuelle fonction comme récepteur mécanosensible, et iii) son rôle dans la voie ciliaire AMPc/PKA. Parallèlement, Ada Allam, une autre doctorante de l'équipe, étudiait NDE1, une protéine cible de la PKA localisée au centrosome, et son rôle régulateur du cytosquelette de microtubules. Nous avons utilisé comme modèle la migration tangentielle postnatale des neuroblastes de la zone sous-ventriculaire vers le bulbe olfactif, le long du courant de migration rostral (CMR) chez la souris. Ces neuroblastes migrants alternent pauses et nucléokinèses (NK), mouvements coordonnés avec un déplacement stéréotypé du centrosome. Nous avons d'abord montré que GPR161 est exprimé et localisé dans le CP des neurones en migration. Des expériences d'électroporation in vivo d'un miRGPR161 (inhibant l'expression de GPR161) montrent que le knockdown de GPR161 induit les mêmes défauts de migration sur tranches que ceux observés lors des manipulations de la voie AMPc ciliaire précédemment réalisées : diminution de la vitesse de migration, augmentation du temps de pause, réduction de la fréquence de NK. Ces mêmes défauts apparaissent après délétion spécifique de l'hélice 8 de GPR161, un domaine nécessaire et suffisant à la mécanosensibilité. Ces résultats démontrent que GPR161 est un régulateur clé de la migration neuronale via son hélice 8, suggérant que la mécanodétection intervient dans la rythmicité de la migration. De plus, dans un système microfluidique, le pourcentage de neurones réalisant au moins une NK augmente significativement en réponse à un flux de milieu de culture, indiquant que des forces mécaniques peuvent réguler la migration neuronale. En revanche, le knockdown de GPR161 supprime cette réponse, montrant que GPR161 est indispensable à cette mécanosensibilité. Enfin, l'utilisation d'un biosenseur FRET spécifique de l'AMPc révèle que le knockdown de GPR161 empêche l'accumulation d'AMPc au centrosome, confirmant que GPR161 est le récepteur ciliaire en amont de la voie AMPc/PKA régulant la migration neuronale. En parallèle, Ada Allam a montré que l'expression d'une forme mutée de NDE1 non phosphorylable par la PKA sur sa thréonine 131 reproduit les défauts de migration observés en l'absence de GPR161. Inversement, l'expression d'une forme phosphomimétique de NDE1 sauve les phénotypes liés à la perte de GPR161. De plus, le knockdown de GPR161 diminue la localisation de NDE1 au centrosome et perturbe la structure des microtubules périnucléaires. En combinant nos résultats, nous proposons un nouveau modèle de signalisation mécanosensible dans lequel GPR161, via la production d'AMPc par le cil, active la PKA au centrosome et phosphorylation de NDE1, qui contrôle à son tour l'organisation du réseau de microtubules et la dynamique de migration neuronale. En résumé, ce travail met en lumière une nouvelle voie ciliaire mécanosensible, reliant la détection par GPR161 d'un stimulus mécanique qu'il reste à identifier à la machinerie intracellulaire de migration via la régulation du cytosquelette, et ouvre de nouvelles perspectives sur les mécanismes impliqués dans la migration neuronale normale et pathologique.