Genome editing to understand neural circuits formation : a novel CRISPR/Cas9-based strategy for conditional mutagenesis and functional study of the role of the meteorin gene family in zebrafish neurodevelopment

Edition du génome pour comprendre la formation des circuits neuronaux : une nouvelle stratégie CRSPR/Cas9 pour la mutagenèse conditionnelle et étude fonctionnelle du rôle de la famille des gènes des météorines dans le développement neurologique du poisson zébra

Flavia de Santis (1)

1 Génétique et Biologie du Développement

In recent years, the zebrafish (Danio rerio) has emerged as a powerful model organism to study neuronal circuit development and function. To date, different genome editing technologies allow the generation of constitutive mutant alleles, permitting the study of gene loss-of-function in this vertebrate model. Nevertheless, to assess the role of certain loci it might be required a precise spatiotemporal control of gene inactivation. The rst part of my thesis describes a novel strategy for tissue-specific gene disruption based on the CRISPR/Cas9 and the Gal4/UAS systems. The described technique allows the induction of somatic mutations in genetically labeled tissues, cell clones or single cells, making it possible to follow the effect of gene disruption in vivo via reporter gene expression. The second part of the thesis focuses on the functional analysis of the role of the meteorin gene family during neuronal development and axonal targeting in zebra sh. Meteorin family is conserved among vertebrates and its members have been shown to be involved in neuronal progenitor proliferation and differentiation and axonal elongation, in vitro. We used the zebrafish nervous system as a model to dissect the role of Meteorins during embryonic development, focusing on their potential role as novel guidance molecules. Interestingly, we found that genes belonging to the meteorin family are expressed along the midline of the larval central nervous system and at the floor plate in the hindbrain and spinal cord. We generated CRISPR/Cas9 mutant lines carrying out-of-frame deletions in the coding sequence of each member of the zebrafish meteorin family and we performed a comprehensive analysis of the establishment of axonal projections in the mutants. Our data pointed out that metrns loss-of-function affects the earliest process of axonal development, demonstrating a crucial role in the process of axonal outgrowth for this new family of evolutionary conserved guidance molecules.

Depuis quelques années, le poisson zèbre (Danio rerio) est devenu un modèle de choix pour l'étude du système nerveux et de ses fonctions. Récemment, des technologies nouvelles d'édition du génome permettent la génération d'allèles mutés de manière constitutionnelle et l'étude fonctionnelle de gènes chez ce modèle vertébré. Néanmoins, certains loci nécessite une inactivation spatiotemporelle précise et contrôlée. La première partie de ma thèse décrit la mise au point d'une nouvelle stratégie de disruption génétique de manière tissu-spécifique, basée sur la technologie du CRISPR/Cas9 et du système UAS/Gal4. Cette technique permet l'introduction de mutations somatiques dans des tissus, des clones ou des cellules individuelles préalablement génétiquement marqués, rendant ainsi possible le suivi in vivo de l'effet de la mutation générée grâce au gène rapporteur. La seconde partie de ma thèse se centre sur l'étude fonctionnelle d'une famille des gènes, les meteorines, durant le développement du système nerveux et lors du ciblage axonale chez le poisson zèbre. Les Meteorines sont des protéines conservées chez les vertébrés qui ont été impliquées dans la prolifération, la différentiation des progéniteurs de neurones et notamment dans l'élongation axonale in vitro. Nous avons pu mettre en évidence que les meteorines sont exprimées le long de la ligne médiane du système nerveux chez les larves et au niveau du plancher de la partie postérieure du cerveau et de la moelle épinière. Par l'utilisation du CRISPR/Cas9, nous avons généré des lignées mutantes pour chaque gène meteorine et avons ainsi procédé à l'analyse de l'établissement des projections axonales dans ces lignées mutantes.

Mots clés: Tissue-speific knock-out; Meteorin; Zebrafish

Mots clés: CRISPR/Cas9; Knock-Out conditionnel; Analyse clonale; Meteorin; Guidage axonal; Poisson zèbre

Domaines: Neurosciences [q-bio.NC]

Flavia de Santis. Genome editing to understand neural circuits formation : a novel CRISPR/Cas9-based strategy for conditional mutagenesis and functional study of the role of the meteorin gene family in zebrafish neurodevelopment. Neurons and Cognition [q-bio.NC]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2017. English. ⟨NNT : 2017PA066269⟩. ⟨tel-02301987⟩