Aux origines de l’identité des neurones

La médulla de la drosophile, un modèle unique pour décrypter la diversité neuronale

Le cerveau est composé d'une multitude de types neuronaux, chacun possédant une morphologie, des connexions et des fonctions qui lui sont propres. Comprendre comment cette diversité s'établit au cours du développement constitue l'un des grands défis des neurosciences.
Les scientifiques auteurs de cet article se sont intéressés à la médulla, une région du lobe optique de la drosophile (Drosophila melanogaster), devenue un modèle de référence pour étudier la spécification des neurones. Les différents types neuronaux qui la composent sont aujourd'hui particulièrement bien caractérisés : leur morphologie et leurs connexions ont été reconstituées grâce au connectome complet du cerveau de la drosophile, tandis que les gènes qu'ils expriment à chaque étape de leur développement ont été identifiés par séquençage de cellules uniques.
De précédents travaux avaient montré que l'identité des neurones est déterminée dès le stade des cellules progénitrices par la combinaison de trois informations : leur position dans le tissu (origine spatiale), l’âge de la cellule progénitrice (origine temporelle) et l'état d'activation de la voie de signalisation Notch. Les neurones conservent ensuite cette identité grâce à l'expression continue de facteurs de transcription appelés sélecteurs terminaux. Il restait toutefois à comprendre comment les informations présentes dans les progéniteurs contrôlent l'expression de ces sélecteurs terminaux.

Une histoire développementale désormais complète

Les scientifiques avaient auparavant déterminé l’origine temporelle et l'état d'activation de la voie de signalisation Notch des neurones de la médulla. Dans cette étude, publiée dans la revue Nature Neuroscience, ils ont complété cette histoire développementale en déterminant l'origine spatiale des différents types neuronaux grâce au séquençage de cellules uniques et à des validations expérimentales.

La médulla devient ainsi la première structure cérébrale complexe pour laquelle il est possible de relier, pour la quasi-totalité des types neuronaux, leur origine spatiale, temporelle et leur statut d'activation de la voie Notch, les gènes qu'ils expriment au cours de leur différenciation, ainsi que leur morphologie et leurs connexions à l'âge adulte.
Les scientifiques ont ensuite confronté ces informations développementales à l'expression des sélecteurs terminaux ainsi qu'aux caractéristiques moléculaires et morphologiques des neurones adultes.

Tous les caractères d’un neurone ne sont pas déterminés de la même façon

Les résultats montrent que les différents caractères d'un neurone ne dépendent pas tous des mêmes informations acquises par les cellules progénitrices. Certaines caractéristiques neuronales sont contrôlées d’une façon propre à chaque type neuronal par leur origine développementale.

D’autres caractéristiques neuronales sont au contraire contrôlées de la même façon dans tous les neurones de la même origine développementale. En effet, l'expression des sélecteurs terminaux, qui contrôle les propriétés moléculaires et morphologiques des neurones, est souvent déterminée par une partie seulement des mécanismes de spécification mis en place au cours du développement. Par conséquent, c’est aussi le cas des caractéristiques neuronales contrôlées par ces sélecteurs terminaux. L'exemple le plus marquant concerne le neurotransmetteur utilisé par chaque type neuronal. Celui-ci est entièrement associé à l'origine temporelle des cellules progénitrices et à l'activation de la voie Notch, mais ne dépend pas de leur origine spatiale.

Ces travaux proposent ainsi un nouveau regard sur l'évolution des systèmes nerveux : lors de l'apparition de nouveaux types neuronaux, certaines de leurs propriétés moléculaires ou fonctionnelles (par exemple le neurotransmetteur utilisé) pourraient être communes avec tous les neurones de la même origine développementale. Ainsi, certains environnements pourraient favoriser l’émergence de nouveaux neurones issus de certaines origines développementales au détriment d’autres origines.

Figure : Chaque type neuronal exprime une combinaison unique de facteurs de transcription, appelés sélecteurs terminaux (STa-n), qui régulent l’expression de gènes effecteurs spécifiques de ce type neuronal et qui sont impliqués, par exemple, dans la mise en place de la morphologie du neurone ou dans son fonctionnement. L’expression de chaque sélecteur terminal est contrôlée soit par l’origine spatiale du neurone, soit par son origine temporelle, soit par l’activation ou non de la voie Notch, soit par une combinaison de ces mécanismes (un sélecteur terminal donné est donc exprimé dans tous les types neuronaux partageant la combinaison de facteurs spatiaux-temporels et d’activation ou non de la voie Notch qui contrôlent son expression). Certains gènes effecteurs (tous ceux représentés sur la figure) sont contrôlés par les sélecteurs terminaux spécifiques d’une unique origine développementale (par exemple, tous les neurones partageant la même origine temporelle et activation de la voie Notch expriment le même neurotransmetteur).

En savoir plus : Simon F, Holguera I, Chen YC, Malin J, Valentino P, Njoo-Deplante C, El-Danaf RN, Kapuralin K, Erclik T, Konstantinides N, Özel MN, Desplan C. Spatial, temporal and Notch determination of terminal selector expression controls neuronal cell fate in the Drosophila optic lobe. Nat Neurosci. 2026 May;29(5):1068-1078. doi: 10.1038/s41593-026-02256-6. Epub 2026 Apr 16. PMID: 41992006.