Evidence that pioneer olfactory axons regulate telencephalon cell cycle kinetics to induce the formation of the olfactory bulb

Abstract

Early olfactory axons follow a specific pathway to reach the developing telencephalon. We observed that a subpopulation of these axons, the pioneer olfactory axons, penetrate into the ventricular zone of a highly restricted region of the telencephalon at E13 and E14. At E15, this same telencephalic region evaginates to form the olfactory bulb. To investigate the possibility that the pioneer olfactory axons induce the olfactory bulb by influencing precursor cell populations, we compared cell cycle kinetics and differentiation in the olfactory bulb primordium and the adjacent neocortex using cumulative bromdeoxyuridine labeling. The results showed that, 24 hr after the arrival of the first pioneer axons, the duration of the cell cycle is prolonged significantly in the olfactory bulb primordium. In addition, twice as many cells have exited the mitotic cycle in the olfactory bulb primordium versus the adjacent cortex. These findings suggest that pioneer olfactory axons play a role in the induction of the olfactory bulb by selectively modulating cell cycle kinetics in the olfactory bulb primordium. Afferent axons may influence target morphogenesis by modulating target precursor cell proliferation in other developing neural structures.

The olfactory bulb as an independent developmental domain

“…: the OE should dictate OB development from the first moment, as has been suggested by some authors. 26,27,39 However, none of these authors have proposed that a similar relationship might exist between the OB and the olfactory cortex, perhaps because of the well known studies regarding the triggering of neurogenesis in the cortex. 18,31,37 Shouldn't these studies be discussed in the context of the development of the olfactory system or when arguing in favor of a sequential series of events between the OE and OB?…”

“…26 However, this relationship has not been so intensely studied in mammals, although it has been shown that the arrival of olfactory axons does appear to have a dramatic influence on cell kinetics and the rate of precursor differentiation in the OB-anlage. 27 It has been also suggested that inductive interactions from the frontonasal-mesenchyme are essential for the morphogenesis of both the OE and the OB. 5,28 However, such work has not been extended to the very early stages of the olfactory placode formation.…”

Syndrome de Kallmann De Morsier : Insuffisance de signalisation par les FGF ?

“…Dans cette hypothèse, l'absence de développement des bulbes olfactifs serait secondaire à l'absence d'un contact stable entre les terminaisons des axones olfactifs et le cerveau, contact dont on sait depuis longtemps qu'il est nécessaire à la morphogenèse des bulbes olfactifs [19]. L'étude du profil d'expression précoce de l'anosmine-1 dans le système olfactif a révélé que durant la 6 e semaine du développement embryonnaire, la protéine est présente dans la matrice interstitielle des bulbes olfactifs présomptifs, au pôle rostral du télencéphale [12].…”

“…locale de la prolifération cellulaire [19] (Figure 4). Dès que l'orthologue de KAL1 aura été identifié chez la souris, l'inactivation du gène dans cette espèce devrait permettre d'étayer l'hypothèse unificatrice que nous proposons en montrant, chez les souris homozygotes mutantes, qu'il existe également un contact primaire des fibres olfactives avec le télencéphale, mais que l'étape initiale de la morphogenèse des bulbes olfactifs est défectueuse.…”

“…◊ Peu après le premier contact des axones olfactifs avec le télencéphale rostral (au cours de la 6 e semaine de développement embryonnaire), les cellules neuro-épithéliales situées au voisinage des terminaisons axonales quittent le cycle mitotique et se différencient en neuroblastes en pré-sence de FGF et de l'anosmine-1, tandis que les cellules situées à distance de ces terminaisons axonales continuent à se multiplier. C'est la diminution régionale de la prolifération cellulaire qui entraînerait l'évagination des bulbes olfactifs primitifs [19]. Cette étape précoce de la morphogenèse des bulbes olfactifs serait défectueuse dans le syndrome de Kallmann De Morsier, notamment par insuffisance quantitative de FGFR1 (KAL-2) ou absence de l'anosmine-1 (KAL-1).…”