Mutations in the LHX2 gene are not a frequent cause of micro/anophthalmia.

Purpose: Microphthalmia and anophthalmia are at the severe end of the spectrum of abnormalities in ocular development. A few genes (orthodenticle homeobox 2 [OTX2], retina and anterior neural fold homeobox [RAX], SRY-box 2 [SOX2], CEH10 homeodomain-containing homolog [CHX10], and growth differentiation factor 6 [GDF6]) have been implicated mainly in isolated micro/anophthalmia but causative mutations of these genes explain less than a quarter of these developmental defects. The essential role of the LIM homeobox 2 (LHX2) transcription factor in early eye development has recently been documented. We postulated that mutations in this gene could lead to micro/anophthalmia, and thus performed molecular screening of its sequence in patients having micro/anophthalmia. Methods: Seventy patients having non-syndromic forms of colobomatous microphthalmia (n=25), isolated microphthalmia (n=18), or anophthalmia (n=17), and syndromic forms of micro/anophthalmia (n=10) were included in this study after negative molecular screening for OTX2, RAX, SOX2, and CHX10 mutations. Mutation screening of LHX2 was performed by direct sequencing of the coding sequences and intron/exon boundaries. Results: Two heterozygous variants of unknown significance (c.128C > G [p.Pro43Arg]; c.776C > A [p.Pro259Gln]) were identified in LHX2 among the 70 patients. These variations were not identified in a panel of 100 control patients of mixed origins. The variation c.776C > A (p.Pro259Gln) was considered as non pathogenic by in silico analysis, while the variation c.128C > G (p.Pro43Arg) considered as deleterious by in silico analysis and was inherited from the asymptomatic father. Conclusions: Mutations in LHX2 do not represent a frequent cause of micro/anophthalmia.

Régulation de l’expression du gène Six6 par les facteurs de transcription Lhx2 et Pax6 dans le contexte des cellules souches rétiniennes

La rétinogésèse des vertébrés est la culmination de processus biologiques complexes parfaitement exécutés. Cette délicate orchestration est principalement contrôlée par les facteurs de transcription qui permettent aux progéniteurs rétiniens de proliférer, de s’auto-renouveler et de se différencier de façon appropriée. Les facteurs de transcription à homéodomaine sont les protéines qui sont responsables de la démarcation du site du primordium optique et participeront même à la différenciation tardive des différents types cellulaires de la rétine. Le contrôle génétique concernant l‘activation de l’expression de facteurs de transcription est peu connu. Nous avons étudié les séquences génomique avoisinant le gène Six6 afin d’identifier et mieux comprendre son promoteur. Des expériences d’immunoprécipitation de chromatine et des essais luciférases ont confirmé la liaison et la transactivation synergique du promoteur potentiel de Six6 par Lhx2 et Pax6 in vitro. Cette présente étude confirme et précise également le rôle de Lhx2 au niveau du développement précoce de l’oeil. La compréhension détaillée des réseaux génétiques régulant les progéniteurs rétiniens à former une rétine fonctionnelle est essentielle. En effet, lorsque ces connaissances seront acquises, nous serons en mesure d’appliquer les thérapies cellulaires pour rétablir les fonctions rétiniennes lors de pathologies dégénératives.

Caractérisation moléculaire du rôle de Lhx2 dans le développement de l'oeil et du cerveau

Le développement du système nerveux central (SNC) chez les vertébrés est un processus d'une extrême complexité qui nécessite une orchestration moléculaire très précise. Certains gènes exprimés très tôt lors du développement embryonnaire sont d'une importance capitale pour la formation du SNC. Parmi ces gènes, on retrouve le facteur de transcription à Lim homéodomaine Lhx2. Les embryons de souris mutants pour Lhx2 (Lhx2-/-) souffre d'une hypoplasie du cortex cérébral, sont anophtalmiques et ont un foie de volume réduit. Ces embryons mutants meurent in utero au jour embryonnaire 16 (e16) dû à une déficience en érythrocytes matures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser le rôle moléculaire de Lhx2 dans le développement des yeux et du cortex cérébral. Lhx2 fait partie des facteurs de transcription à homéodomaine exprimé dans la portion antérieure de la plaque neurale avec Rx, Pax6, Six3. Le développement de l'oeil débute par une évagination bilatérale de cette région. Nous démontrons que l'expression de Lhx2 est cruciale pour les premières étapes de la formation de l'oeil. En effet, en absence de Lhx2, l'expression de Rx, Six3 et Pax6 est retardée dans la plaque neurale antérieure. Au stade de la formation de la vésicule optique, l'absence de Lhx2 empêche l'activation de Six6 (un facteur de transcription également essentiel au développement de l'œil). Nous démontrons que Lhx2 et Pax6 coopèrent en s'associant au promoteur de Six6 afin de promouvoir sa trans-activation. Donc, Lhx2 est un gène essentiel pour la détermination de l'identité rétinienne au niveau de la plaque neurale. Plus tard, il collabore avec Pax6 pour établir l'identité rétinienne définitive et promouvoir la prolifération cellulaire. De plus, Lhx2 est fortement exprimé dans le télencéphale, région qui donnera naissance au cortex cérébral. L'absence de Lhx2 entraîne une diminution de la prolifération des cellules progénitrices neurales dans cette région à e12.5. Nous démontrons qu'en absence de Lhx2, les cellules progénitrices neurales (cellules de glie radiale) se différencient prématurément en cellules progénitrices intermédiaires et en neurones post-mitotiques. Ces phénotypes sont corrélés à une baisse d'activité de la voie Notch. En absence de Lhx2, DNER (un ligand atypique de la voie Notch) est fortement surexprimé dans le télencéphale. De plus, Lhx2 et des co-répresseurs s'associent à la chromatine de la région promotrice de DNER. Nous concluons que Lhx2 permet l'activation de la voie Notch dans le cortex cérébral en développement en inhibant la transcription de DNER, qui est un inhibiteur de la voie Notch dans ce contexte particulier. Lhx2 permet ainsi la maintenance et la prolifération des cellules progénitrices neurales.

Comprehensive spatiotemporal transcriptomic analyses of the ganglionic eminences demonstrate the uniqueness of its caudal subdivision.

The elucidation of mechanisms underlying telencephalic neural development has been limited by the lack of knowledge regarding the molecular and cellular aspects of the ganglionic eminence (GE), an embryonic structure that supplies the brain with diverse sets of GABAergic neurons. Here, we report a comprehensive transcriptomic analysis of this structure including its medial (MGE), lateral (LGE) and caudal (CGE) subdivisions and its temporal dynamics in 12.5 to 16 day-old rat embryos. Surprisingly, comparison across subdivisions showed that CGE gene expression was the most unique providing unbiased genetic evidence for its differentiation from MGE and LGE. The molecular signature of the CGE comprised a large set of genes, including Rwdd3, Cyp26b1, Nr2f2, Egr3, Cpta1, Slit3, and Hod, of which several encode cell signaling and migration molecules such as WNT5A, DOCK9, VSNL1 and PRG1. Temporal analysis of the MGE revealed differential expression of unique sets of cell specification and migration genes, with early expression of Hes1, Lhx2, Ctgf and Mdk, and late enrichment of Olfm3, SerpinE2 and Wdr44. These GE profiles reveal new candidate regulators of spatiotemporally governed GABAergic neuronogenesis.

Vestibular deficits do not underlie looping behavior in achiasmatic fish

Zebrafish belladonna (bel) mutants carry a mutation in the lhx2 gene that encodes a Lim domain homeobox transcription factor, leading to a defect in the retinotectal axon pathfinding. As a result, a large fraction of homozygous bel mutants is achiasmatic. Achiasmatic bel mutants display ocular motor instabilities, both reserved optokinetic response (OKR) and spontaneous eye oscillations, and an unstable swimming behavior, described as looping. All these unstable behaviors have been linked to the underlying optic nerve projection defect. Looping has been investigated under different visual stimuli and shown to be vision dependent and contrast sensitive. In addition, looping correlates perfectly with reversed OKR and the spontaneous oscillations of the eyes. Hence, it has been hypothesized that looping is a compensatory response to the perception of self-motion induced by the spontaneous eye oscillations. However, both ocular and postural instabilities could also be caused by a yet unidentified vestibular deficit. Here, we performed a preliminary test of the vestibular function in achiasmatic bel larval mutants in order to clarify the potential role of a vestibular deficit in looping. We found that the vestibular ocular reflex (VOR) is normally directed in both bel mutants and wild types and therefore exclude the possibility that nystagmus and looping in reverse to the rotating optokinetic drum can be attributed to an underlying vestibular deficit.

Conservation of the expression and function of apterous orthologs in Drosophila and mammals

The Drosophila apterous (ap) gene encodes a protein of the LIM-homeodomain family. Many transcription factors of this class have been conserved during evolution; however, the functional significance of their structural conservation is generally not known. ap is best known for its fundamental role as a dorsal selector gene required for patterning and growth of the wing, but it also has other important functions required for neuronal fasciculation, fertility, and normal viability. We isolated mouse (mLhx2) and human (hLhx2) ap orthologs, and we used transgenic animals and rescue assays to investigate the conservation of the Ap protein during evolution. We found that the human protein LHX2 is able to regulate correctly ap target genes in the fly, causes the same phenotypes as Ap when ectopically produced, and most importantly rescues ap mutant phenotypes as efficiently as the fly protein. In addition, we found striking similarities in the expression patterns of the Drosophila and murine genes. Both mLhx2 and ap are expressed in the respective nerve cords, eyes, olfactory organs, brain, and limbs. These results demonstrate the conservation of Ap protein function across phyla and argue that aspects of its expression pattern have also been conserved from a common ancestor of insects and vertebrates.