Soutenance de thèse de Amrutha PALAVALLI

Les dendrites des neurones présentent une grande diversité dans leur morphologie qui s’avère être cruciale pour l’intégration des informations qu’elles reçoivent. Une altération de la morphologie des dendrites est souvent associée à des désordres neurologiques. La morphologie des dendrites est très certainement contrôlée par des informations internes et externes aux neurones, qui sont étroitement régulées dans l’espace et le temps. Bien que plusieurs molécules et voies de signalisation sont connues pour gouverner le développement des dendrites, comment ces molécules instruisent in fine l’architecture complexe et stéréotypée des arborisations dendritiques reste mal connu. Ceci s’explique par un manque d’études descriptives du développement des dendrites in vivo à cause des difficultés techniques rencontrées pour imager les systèmes neuronaux dans de telles conditions. Toutefois, deux mécanismes de morphogenèse ramifiée ont émergé de l’étude de systèmes ramifiés pour lesquels une description de leur développement était rendue possible. Les systèmes déterministes ont des points de branchements stéréotypés et prédictibles, souvent contrôlés par des signaux développementaux externes et préétablies. Les systèmes auto-organisés sont plus variables mais les ramifications suivent des règles statistiques qui finissent par produire des morphologies similaires. Notre étude cherche à comprendre si la morphogenèse neuronale est déterministe ou auto-organisée. A ces fins, nous avons étudié les neurones multi-dendritiques chez la Drosophile, qui constituent un système de choix pour comprendre les règles qui gouvernent la morphologie des dendrites. Premièrement, nous avons d’abord découvert qu’une grande partie de la morphogenèse ramifiée des dendrites est établie au cours de l’embryogenèse, après quoi le système déjà structuré s’adapte seulement à l’échelle au cours de la croissance larvaire. Nous avons ensuite développé un nouveau protocole pour observer le développement embryonnaire des dendrites in vivo qui suggère que la croissance des dendrites primaires est déterministe alors que celle des dendrites secondaires est plutôt auto-organisée. Nous avons de plus montré que les dendrites secondaires sont contrôlées au moins en partie par la répulsion au soi orchestrée par dscam1.

Neurons have very specific dendrite morphologies crucial for the correct integration of inputs that they receive. Abnormal dendrite morphology is often associated with neurological disorders. Dendrite morphology is likely shaped by both internal and external inputs that are tightly controlled in space and time. Although several molecules and pathways involved in dendrite patterning are known, how these molecules instruct neurons to achieve their type-specific morphology remains unclear. This is mainly due to a lack of precise descriptions during dendrite development as in vivo live imaging of neuronal systems has several technical challenges. However, two mechanisms of branching morphogenesis emerge from studying branched systems in which such precise descriptions during development have been possible. Deterministic systems have stereotyped, predictable branch points often controlled by extrinsically patterned developmental cues. Self-Organized systems are variable but branching features follow conserved statistical rules that ultimately result in similar morphologies. Our study therefore aimed to understand whether neuronal morphogenesis was deterministic or self-organized. We used the Drosophila multi-dendritic neurons that been a favored system for studying dendrite morphology. We first established that a majority dendrite patterning occurs during embryogenesis after which the dendrite pattern nearly scales with larval growth. We then developed a protocol to observe embryonic development of the dendrite, which suggested that the primary branches grow deterministically and that secondary branches might be self-organized. We further show that secondary branches are patterned at least partly by self-repulsion via dscam1