The cerebellum (CB) is one of the first brain structures that starts differentiating during development, yet it is one of the latest to achieve maturity. Anatomical, physiological and genetic studies demonstrate that the CB is a highly complex structure implicated in the execution of a variety of motor and non-motor functions.
Representing the sole output of the cerebellar cortex, Purkinje cells (PCs) are arguably one of the key players of all cerebellar functions, by serving as a scaffold around which all cerebellar structures assemble. Far from being an homogeneous population, the regional diversity of PCs began to be revealed by the heterogeneous expression of molecular markers and distinct functional circuits. Despite the increasing knowledge in PCs regional differences, the transcriptional programs that specify PCs remain elusive. We therefore aim to investigate the developmental events that underlie these regional differences by labeling and following PCs from their date ofbirth until their final topographical stripped formation in the immature CB.
Multimodal datasets were generated and combined in order to investigate these complex processes. Consistent with previous findings, we demonstrated that the birth date of PCs is tightly correlated with spatial contextualization in the immature CB. Additionally, analysis of recently published studies, as well as generation of our own transcriptomic datasets revealed an early-on establishment of a broad genetic diversity. This molecular diversity appeared to relate with the establishment oftopographical maps at perinatal stages. The spatial distribution of these genetic markers was assessed, in combination with a high-temporal resolution birth date labeling of PCs, to elucidate the relationship between the date of birth, space and transcriptomic diversity. Altogether, our results suggest that PCs compartmentalization relies on the intricate interplay between time, space and molecular diversity.
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RESUME
Le cervelet est l'une des premières structures cérébrales qui commence à se différencier au cours du développement embryonnaire, pourtant c'est l'une des dernières à atteindre la maturité. Des études anatomiques, physiologiques et génétiques ont démontrées que le cervelet est une structure remarquablement complexe impliquée dans l'exécution d'une variété de fonctions motrices et non motrices.
Représentant les seules voies efférentes du cortex cérébelleux, les cellules de Purkinje (PCs) sont indubitablement l'élément principal engagé dans toutes fonctions cérébelleuses, servent de squelette autour duquel toutes les structures du cervelet s'assemblent. Loin d'être une population homogène, la diversité régionale des PCs est révélée par l'expression hétérogène de marqueurs moléculaires et par la présence de circuits fonctionnels distincts. Malgré l'accroissement des connaissances de la diversité régional des PCs, les programmes de transcription qui spécifient les PCs restent vaguent. Afin d'investiguer les évènements développementaux participant à la spécification des PCs, nous avons marqués et suivi les cellules dès leurs naissances,jusqu'à leur distribution topographique dans le cervelet immature.
Des données multimodales ont été générées et combinées afin d'étudier ces processus complexes. En accord avec des précédentes études, nous démontrons que la date de naissance des PCs est étroitement corrélée à leur contextualisation spatiale dans le cervelet immature. De plus, l'analyse d'études récemment publiées, ainsi que la génération de nos propres données transcriptomiques, révèlent un établissement précoce d'une large diversité génétique. Cette diversité moléculaire semble être liée à l'établissement de plans topographiques aux stades périnataux. Nous avons aussi investigué la distribution spatiale de ces marqueurs génétique, en combinaison avec le marquage des PCs à leur date de naissance, pour élucider la relation entre la génération, l'espace et la diversité transcriptomique.
Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que la compartimentation des PCs repose sur l'interaction complexe entre la progression temporelle, l'espace et la diversité moléculaire.