Molecular analysis of developing cortical regions

The cerebral cortex is organized into functional areas and two hypotheses have arisen to elucidate their generation: the protomap and the protocortex. The protomap suggests that progenitors have intrinsic programs inducing the regionalization from early stages. The protocortex proposes that extrinsic factors such as afferences from thalamic neurons induce cortical regionalization. Although it has been shown that a clear protomap is present at early corticogenesis stages and that, on the contrary, postnatal thalamic afferences are required for proper somatosensory cortex development, what happens in between remains unclear. We wanted to study whether cortical regionalization is transcriptionally encoded at the end of corticogenesis. To do so, we coupled a novel multiplexing method to single-nuclei RNA sequencing in order to collect high-throughput spatial transcriptomics data of the murine cortex at E16. We employed ordinal regression and deep neural network models to predict and study the spatial distribution of nuclei, according to their gene expression profile. Our results show that at E16 cortical spatial organisation is still not discrete but rather follows a 4- cardinal point pattern, as during early stages. We also observe that differentiated neurons present specific spatial transcriptional programs, increasing their spatial resolution when compared to progenitors.Le cortex cérébral est organisé en aires fonctionnelles et deux hypothèses ont vu le jour pour élucider leur génération : la protomap et le protocortex. La protomap suggère que les progéniteurs ont des programmes intrinsèques induisant la régionalisation dès les stades précoces. Le protocortex propose que des facteurs extrinsèques tels que les afférences des neurones thalamiques induisent la régionalisation corticale. Bien qu'il ait été démontré qu’un protomap clair est présent aux stades précoces de la corticogenèse et qu’au contraire, les afférences thalamiques postnatales sont nécessaires au bon développement du cortex somatosensoriel, ce qui se déroule entre deux reste flou. Pour ce projet, nous avons voulu étudier si la régionalisation corticale est codée transcriptionnellement à la fin de la corticogenèse. Pour ce faire, nous avons couplé une nouvelle méthode de multiplexage au séquençage d'ARN sur noyaux uniques afin de recueillir des données transcriptomiques spatiales à haut débit du cortex murin à E16. Nous avons utilisé des modèles de régression ordinale et de réseaux neuronaux profonds pour prédire et étudier la distribution spatiale des noyaux, en fonction de leur profil d'expression génique. Nos résultats montrent qu'à E16, l'organisation spatiale du cortex n'est toujours pas discrète mais suit plutôt un modèle selon 4 points cardinaux, comme lors des stades précoces. Nous observons également que les neurones différenciés présentent des programmes transcriptionnels spatiaux spécifiques, dont la résolution spatiale est meilleure que les programmes des progéniteurs