Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Progéniteurs des neurones granulaires“

L’un des plus grands défis des neurosciences est de comprendre comment une structure complexe, telle que le cerveau, se construit. L’encodage spatial et temporel des progéniteurs neuronaux permet la génération de l’essentiel de la diversité neuronale. Cette revue se concentre sur l’expression séquentielle de facteurs de transcription temporels, qui modifie la capacité des cellules souches à générer différents types de neurones et qui est conservée chez plusieurs espèces animales. Des publications récentes ont permis, en particulier, une compréhension fine de ce processus au cours du développement du système visuel de la drosophile, en éclairant la manière dont il contribue à la spécification de diverses identités neuronales. Le système visuel des insectes constitue un modèle unique pour étudier l’évolution des mécanismes neurodéveloppementaux qui génèrent la diversité neuronale.

Le cervelet humain contient plus de 50 % des neurones cérébraux. Les neurones granulaires cérébelleux représentent la population neuronale majeure. Les progéniteurs des neurones granulaires (GNP), définis par l’expression de Atoh1, émergent à partir de la lèvre rhombique supérieure (URL), une zone germinative située dans le territoire cérébelleux. Au cours du développement, les GNP prolifèrent, migrent et se différencient. Chacun de ces processus est régulé par un certain nombre de facteurs de transcription et de voies de signalisation. Les « T-Cell Factors » (Tcf/Lef) » sont des effecteurs transcriptionnels agissant en aval de la signalisation Wnt/β-caténine. Bien que les Tcf soient transcriptionnellement actifs dans la URL, leur(s) fonction(s) et leur(s) régulateur(s) développementaux n'ont été étudié. Le facteur de transcription « BarH-like 1 » (Barhl1) est exprimé dans les GNPs engagés, situés dans des zones dépourvues d'une activité transcriptionnelle Tcf. Par conséquent, les objectifs de cette thèse étaient d'étudier les fonctions de Tcf et Barhl1 en tant que régulateurs du développement des GNPs chez le Xénope. Les données présentées dans cette thèse englobent une analyse approfondie des marqueurs majeurs impliqués dans le développement des GNPs chez les amphibiens, et une étude des fonctions de Barhl1 et Tcf dans ce processus développemental. Nos expériences de gain et de perte de fonction, ainsi que l'analyse transcriptomique en absence de Barhl1 dans le rhombomère 1 valident un rôle clé de Tcf en tant qu'activateur transcriptionnel de atoh1 et en tant qu'inducteur du territoire cérébelleux, et un rôle pour Barhl1 en tant qu'inhibiteur développemental de l’activité Tcf, permettant aux GNPs de sortir de l'URL. Nous avons identifié des gènes cibles clés inhibés par Barhl1, et impliqués dans le maintien d’une zone germinative
The human cerebellum hosts more than 50% of all brain neurons. Cerebellar granule neurons are the smallest and most abundant neurons. atonal homologue 1 (Atoh1)-expressing granule neuron progenitors (GNPs) emerge from the upper rhombic lip (URL), a germinative zone located in the cerebellar primordium and displaying features of a niche of neural stem cells. GNPs proliferate, migrate, and differentiate to settle into the internal granule layer. These processes are tightly regulated by a number of transcription factors and signaling pathways. T-Cell Factor/Lymphoid Enhancer-binding Factor (Tcf/Lef) are transcriptional effectors acting downstream of Wnt/β-catenin signaling. Although Tcf is transcriptionally active in the URL, neither its function(s) nor its developmental regulator(s) have been addressed in this area. The transcription factor BarH-like 1 (Barhl1) is expressed in committed GNPs located in areas devoid of Tcf transcriptional activity. The aims of this thesis were to investigate the functions of Tcf and of Barhl1 as regulators of GNPs development using amphibian as experimental model. The data presented in this work encompass a thorough analysis of the spatial and temporal expressions of key markers involved in GNP development in amphibian, and an investigation of Barhl1 and Tcf functions in this developmental process. Our gain and loss of function experiments, together with the transcriptomic analysis of Barhl1 depletion in the rhombomere 1 validate a key role for Tcf as a transcriptional activator of atoh1 and as an inducer of the URL territory, and for Barhl1 as a developmental inhibitor of Tcf activity allowing GNPs to exit the URL. We identified key genes inhibited by Barhl1 and involved in the maintenance of URL germinative zone

Les acteurs moléculaires des modes de mort cellulaire alternatives à l'apoptose sont très mal connus en particulier pour les neurones. La mort des neurones granulaires de cervelet (NGC) induite par déplétion potassique présente toutes les caractéristiques de l'apoptose. L'induction de la voie de signalisation JNK constitue une étape primordiale dans l'activation des caspases. Cependant, la cascade de mort des NGC ne se limite pas à cette voie mais nécessite également une voie indépendante des caspases. Contrairement à d'autres modèles neuronaux, l'autophagie ne participe pas au déroulement de la mort des NGC. Nous avons également identifié la protéine Alix, qui joue un rôle crucial dans la formation des corps multivésiculaires, comme un acteur essentiel de la mort des NGC. Pour assurer sa fonction pro-apoptotique, Alix recrute les protéines Alg-2 et CIN85 suggérant qu'Alix pourrait connecter le trafic vésiculaire à la mort neuronale
Molecular actors of programmed cell death forms alternative to apoptosis are poorly understood, in particular for neurons. The death of cerebellar granule neurons (CGN) induced by potassium deprivation exhibits all the features of apoptosis The induction of the JNK signaling pathway is a crucial step for caspase activation. However, the death cascade also requires a caspase-independent pathway. In contrast to what is found in others neuronal models, autophagy does not play a role in CGN death. We have also identified Alix, a protein playing a pivotal role in multivesicular body formation, as a key mediator of CGN death. To fulfil its pro-apoptotic function, Alix recruits Alg-2 and CIN85 proteins suggesting that Alix may connect vesicular trafic and cell death

Dans la plupart des régions cérébrales, les neurones sont générés pendant l’embryogénèse. A l’inverse, dans le gyrus denté (DG) de l'hippocampe, la majorité des neurones granulaires (NGs) est générée en période postnatale et cette production neuronale se poursuit tout au long de l'âge adulte. Cette découverte selon laquelle de nouveaux neurones sont générés dans le cerveau des mammifères adultes a ouvert de nouvelles perspectives pour réparer le cerveau et a conduit de nombreuses recherches, au cours des 20 dernières années, à caractériser comment les nouveaux neurones se différencient et s'intègrent aux circuits neuronaux adultes. Cependant, d'autres études sont nécessaires pour mieux comprendre les mécanismes et les cascades de signalisation impliqués dans ce processus. Dans ce contexte, nous nous sommes concentrés sur Rnd2, une RhoGTPase particulièrement enrichie dans le DG adulte et décrite comme une actrice clé dans la régulation de la neurogenèse corticale embryonnaire. Nous avons montré, in vivo, que la suppression de Rnd2 spécifiquement dans les néo-neurones hippocampiques diminue la survie de ces cellules, et dans les cellules survivantes, conduit à une hypertrophie du soma, augmente l'arborisation dendritique et induit un mauvais positionnement. De façon intéressante cette suppression augmente également le comportement anxiogène des souris, identifiant ainsi Rnd2 comme un régulateur critique de la neurogénèse adulte hippocampique. De plus, nos données montrent que Rnd2 ne joue pas les mêmes fonctions dans les NGs nés à P0, mettant en évidence une régulation différentielle de la neurogenèse développementale et adulte dans la DG. Dans le même ordre d'idées, nous démontrons également que les NGs nés en période périnatale, en particulier les neurones embryonnaires, sont morphologiquement distincts par rapport aux NGs nés plus tard. L'ensemble de ces travaux de thèse apporte donc de nouvelles connaissances sur le développement des différentes populations de NGs dans la DG, soulignant davantage la particularité de cette structure cérébrale
In most areas of the brain, neurons are born during embryogenesis. In contrast, the majority of granule neurons in the dentate gyrus (DG) of the hippocampus are born postnatally and their generation continues throughout adulthood. This finding that new neurons are generated in the adult mammalian brain has opened novel avenues for brain repair and has initiated, in the last 20 years, tremendous efforts to characterize how new neurons differentiate and integrate into adult neural circuitries. However, further studies are needed to better understand the mechanisms and signaling cascades involved in this process. In this context, we focused on Rnd2, a RhoGTPase particularly enriched in the adult neurogenic DG and described as a key player in the regulation of embryonic cortical neurogenesis. We found, in vivo, that the deletion of Rnd2 specifically in adult-born hippocampal neurons decreases the survival of these cells, and in the surviving ones, leads to soma hypertrophy, increases dendritic arborization and induces mispositioning. Importantly, this deletion also increases anxiety-like behavior in mice, thus identifying Rnd2 as a critical regulator of adult newborn neuron development and function. In addition, our data show that Rnd2 does not play the same functions in granule neurons born at P0, highlighting a differential regulation of developmental and adult neurogenesis in the DG. In the same vein, we also demonstrate that perinatally-born granule neurons, especially the embryonic ones, are morphologically distinct compared with later-born neurons. Altogether, this PhD work provides new insights into the development of the different populations of granule neurons in the DG, further emphasizing the peculiarity of this brain structure

Le gyrus denté (GD), voie d’entrée dans la formation hippocampique, joue un rôle crucial dans l’apprentissage, la mémoire et la navigation spatiale. Seule une faible fraction des cellules granulaires matures (CGMs) est active lors d’un comportement, alors que la majorité reste silencieuse. Les propriétés de ce sous-ensemble de neurones actifs restent peu connues. Pour déterminer les propriétés des cellules recrutées dans différents environnements, nous avons examiné ex vivo les caractéristiques des CGMs activées ou non, provenant de souris maintenues dans leur cage ou entraînées dans un environnement en réalité virtuelle (RV). En utilisant des souris transgéniques fosGFP, nous avons observé que les CGs recrutées chez les souris maintenues dans leur cage, sont des CGs matures (CGMs) présentant une faible excitabilité intrinsèque par rapport aux cellules non recrutées. De plus, les CGMs activées, issues de souris entrainées en RV, présentent un état intermédiaire d’excitabilité entre les CGMs activées des souris maintenues dans leurs cages et les CGMs non activées. Chez les souris maintenues dans leur cage, l’hypoexcitabilité des CGMs est en partie due à la présence d’un important courant GABAergique de fuite qui réduit la résistance d’entrée. Cependant, ce courant de fuite est moindre pour les CGMs activées chez les souris entrainées en RV. De plus, nos données révèlent que les CGMs activées présentent un segment initial de l’axone court et un arbre dendritique étendu, indépendamment du contexte d’activation. En conclusion, nous proposons que les CGMs du gyrus denté aient des propriétés intrinsèques différentes selon le contexte comportemental de leur activation
The dentate gyrus (DG), an input region of the hippocampal formation, plays a crucial role in learning, memory and spatial navigation. Only a small fraction of mature dentate granule cells (mDGCs) is active during behavior, while the large majority remains silent. The properties of this active subset of neurons remain poorly investigated. To determine the properties of cells recruited in different environments, we examined ex vivo the properties of activated DGCs compared to the non-activated cells from mice maintained in their home cage and trained in a virtual reality (VR) environment. Using fosGFP transgenic mice, we observed that recruited DGCs, from mice maintained in their home cage, are mature neurons displaying a striking low intrinsic excitability compared to non-recruited cells. Remarkably, activated mDGCs, from mice trained in a virtual environment displayed an “intermediate” state of excitability between DGCs activated in home cage and non-activated DGCs. In home cage mice, this hypoexcitability is partly due to a GABAA-receptor-mediated shunting inhibition that reduces the input resistance. By contrast, this shunting effect was not observed in activated DGCs of mice trained with virtual reality. Furthermore, our data reveal that activated DGCs display a shorter AIS length and an extended dendritic arbor, which is independent from the environment of their activation. In conclusion, we propose that mature dentate granule cells show different intrinsic properties depending on the behavioral context of their activation

La myéline, produite par les oligodendrocytes, protège les neurones et permet l’accélération du signal nerveux. À la suite de lésions de démyélinisation, un processus de régénération spontané est possible mais son efficacité est très variable. Dans ce travail, nous avons évalué, dans un modèle murin de démyélinisation induite par la cuprizone, la contribution respective de deux sources de cellules à cette remyélinisation : les progéniteurs d’oligodendrocytes du parenchyme (pOPC) et les cellules souches de la zone sous-ventriculaire (SVZdNP). Un traçage génétique montre que ces deux sources contribuent équitablement à la remyélinisation du corps calleux (CC) mais de façon régionalisée. Les régions à forte mobilisation de SVZdNP sont les moins affectées par la cuprizone. Une partie des SVZdNP mobilisés dans le CC restent indifférenciés et nous proposons qu’ils pourraient protéger de la démyélinisation via une action immunomodulatrice. L’analyse transcriptomique montre en effet que les cellules microgliales, situées dans des zones riches en SVZdNP, présentent un profil inflammatoire plus modéré. Nous avons identifié un candidat possible dans le dialogue SVZdNP-microglie : MFGE8 (Milk Fat Growth Factor 8). Fortement exprimé par les SVZdNP restés immatures, ce facteur favorise la phagocytose des débris de myéline par les cellules microgliales in vitro. Or la clearance des débris de myéline est une étape clé pour la remyélinisation. Ces données mettent en évidence le double rôle des SVZdNP dans la régénération de la myéline, par remplacement cellulaire d’une part et modulation microgliale d’autre part
Myelin sheath surrounding axons ensures neuronal support and increases conduction speed. Demyelination can occur in many circumstances leading to neurological deficits. Spontaneous remyelination exists but is highly variable among patients and structures. Parenchymal oligodendrocyte progenitor cells (pOPC) are known to contribute to remyelination but the role of neural stem/progenitor cells located in the subventricular zone (SVZdNP) is still debated. In this work, we investigated in a mouse model of demyelination, the contribution of these 2 cell populations in myelin repair. Using genetic cell tracing, we demonstrated that pOPC and SVZdNP contribute equally to corpus callosum (CC) remyelination but in a regionalized manner. CC areas with high SVZdNP mobilization are those less affected by cuprizone. We observed that some SVZdNP mobilized in the demyelinated CC remain undifferentiated and postulated that these progenitors may protect from demyelination via immunomodulation. Using single cell RNA sequencing, we showed that microglia located in CC areas enriched in SVZdNP exhibited a less inflammatory profile than microglia located in areas with high pOPC mobilization. Moreover, we identified a candidate factor in the dialog between SVZdNP and microglia: MFGE8 (milk fat globule-epidermal growth factor-8). MFGE8 is significantly enriched in immature SVZdNP and is implicated in phagocytosis pathway. We showed that MFGE8 treatment or conditioned media from SVZdNP cultures increase myelin debris phagocytosis by microglial cells in culture. Myelin debris clearance is a key step in myelin regeneration. This work highlights the dual role of SVZdNP in myelin regeneration

'Les neurones granulaires de cervelet (NGC) survivrent en présence de forte concentration de potassium (K+ 25mM) mais meurent lorsque ils sont placés en milieu appauvri en potassium (5mM). Alix et Alg-2 contrôlent la mort in vitro de ces neurones induite par retrait de potassium. Les recherches que j'ai conduites au cours de ma thèse se sont attachées à définir les mécanismes moléculaires sous-tendant la fonction pro-apoptotique du couple Alix/ Alg-2. J'ai montré qu'Alix et Alg-2 s'associent à la pro-caspase-8, et vérifié la pertinence fonctionnelle de ces interactions dans le modèle de mort des NGC. Outre une implication d'Alix et d'Alg-2 dans la mort cellulaire induite par retrait de support trophique, j'ai mis en évidence la participation d'Alix à la cascade apoptotique déclenchée à la suite d'un stress au réticulum endoplasmique induit par une perturbation d'homéostasie calcique, ainsi qu'une association calcium¬dépendante du couple Alix/Alg-2 et la caspase-9. L'ensemble de nos résultats suggère que l'association calcium dépendante d'Alix avec Alg-2 pourrait favoriser le recrutement des caspase-8 et-9 au sein de plates¬ formes macromoléculaires, ce qui mènerait à leur activation. En outre je me suis également intéressée à Pyk2, un potentiel régulateur négatif du coulpe Alix/Alg-2. Nous avons montré que Pyk2 est impliqué dans la voie de survie des NGC en conditions dépolarisantes et que cette kinase s'active en milieu appauvri en K+ afin d'assurer une réponse de protection contre le stress
Ln an effort to uncover the molecular mechanisms underlying the function of Alix and AIg-2 in cell death, we have found that Alix and AIg-2 can Ca2+-dependently associate with caspase-8 in BHK-21 cells. We investigated the possible existence of an Alix! AIg-2-caspase-8 relationship during cerebellar granule neuron death induced in vitro byeither potassium depletion or Alix overexpression. We showed that Alix is found in a caspase-8-containing complex following K+ depletion-induced CGN apoptosis. Moreover, we demonstrated that caspase-8 functions as initiator caspase in the apoptotic pathway induced by Alix overexpression. Ln a recent work, we gained evidence that the dosure of these Ca2+ channels, which follows the shift to K5 medium,could trigger compensatory Ca2+ mobilization from intracellular stores (Strappazzon, 2007). This prompted us to tum our attention to the putative functional relevance of Alix!Alg-2-caspase-8 interaction to ER stress-induced death. Using both dividing BHK-21 cells and post-mitotic CGN exposed to the ER stressor thapsigargin, we gathered several evidence supporting the idea that Alix, like its binding partner AIg-2, is involved in ER stress-induced death, linking specifficaly two initiator caspases: caspase-8 and -9. Overall our findings suggest that Alix, through its association with AIg-2, is a key mediator of the apoptotic Ca2+ signaling machinery. We also demonstrates the role of Pyk2 in mediating the trophic effect of membrane depolarization in CGN and its possible involvement in survival via the regulation of the binding between Alix and AIg-2 through phosphorylation of Alix

Dans le cervelet en développement, les neurones granulaires (ou grains) prolifèrent au sein de la partie superficielle de la couche des grains externe (ou EGL pour « External Granular Layer ») puis se différencient et migrent tangentiellement dans la partie profonde de l’EGL, avant de migrer radiairement vers la profondeur du cervelet. Ces étapes se déroulent dans des compartiments distincts du cortex cérébelleux, ce qui facilite l’étude des transitions entre ces processus. Les sémaphorines et leurs récepteurs, les plexines, sont des protéines exprimées dans le système nerveux, dans lequel elles contrôlent principalement le guidage axonal mais aussi la migration neuronale. Leur rôle dans le cervelet en développement était quasiment inconnu. Nous avons étudié la fonction de la sémaphorine transmembranaire Sema6A, et des plexines Plexin-A2 et Plexin-B2 au cours du développement des grains, en utilisant des approches in vitro et in vivo, principalement l’analyse du phénotype des souris déficientes en ces protéines. Nous avons montré que Plexin-B2 est exprimée par les progéniteurs des grains et qu’elle régule, dans l’EGL, la transition entre la prolifération et la migration. Par ailleurs, nous avons montré que Sema6A est exprimée par les grains migrant tangentiellement, et contrôle, avec son partenaire Plexin-A2, le passage entre migration tangentielle et migration radiaire. Dans ce système, Sema6A joue principalement le rôle d’un ligand pour Plexin-A2. Néanmoins, certains de nos résultats suggèrent que Sema6A puisse également agir en tant que récepteur. Ceci constituerait le deuxième exemple d’un mode de signalisation bidirectionnel qui pourrait être conservé parmi les sémaphorines transmembranaires. Toutes ces molécules sont largement exprimées dans le cerveau au cours du développement et chez l’adulte, suggérant qu’elles participent de manière plus générale à la régulation des processus de prolifération et de migration dans le système nerveux central.

Pseudomonas fluorescens est une bactérie psychrotrophe saprophyte abondante dans l'environnement. En milieu hospitalier, elle s'avère capable de s'adapter à 37ʿC et de se comporter comme un pathogène opportuniste, responsable d'infections périphériques. Certaines souches de P. Fluorescens synthétisent une cholinestérase et/ou une protéine de liaison de l'acide ?-aminobutyrique (GABA) de haute affinité, conduisant vraisemblablement à des disfonctionnements au niveau du système nerveux central (SNC). L'ensemble de ces données nous a conduit à évaluer le risque pathogène de cette espèce au niveau du SNC. Les résultats montrent que P. Fluorescens MF37 adhère de façon spécifique à la membrane cytoplasmique des neurones corticaux, des cellules gliales et des neurones granulaires du cervelet de rat. Le comportement d'adhérence de MF37 aux cellules du tissu nerveux central est assez semblable à celui de Pseudomonas aeruginosa PAO1, souche responsable d'infection au niveau du SNC. Cette adhérence s'accompagne d'importantes modifications morphologiques suggérant un engagement des cellules eucaryotes dans un processus apoptotique. L'adhérence de MF37 au niveau des neurones en grains est suivie d'une internalisation de la bactérie dans le compartiment cytoplasmique. Parallèlement notre étude montre que MF37 est capable de provoquer au niveau du neurone en grains, une synthèse rapide (3h) et optimale du monoxyde d'azote(NO). La quantité de NO libérée au bout de 24h en la présence de la bactérie est nettement plus élevée que celle obtenue en la présence de son Lipopolysaccharide (LPS)pour une même durée d'incubation. Ceci montre que la bactérie est beaucoup plus cytotoxique que son LPS seul et qu'il existe d'autres facteurs de virulence que le LPS qui contribuent à la cytotoxicité de MF37. L'utilisation de la technique du patch-clamp dans la configuration " cellule entière " a révélé qu'une incubation avec la bactérie (106 UFC/ml, 4h)ou avec son LPS seul (200ng/ml,3h) dépolarise fortement les neurones en grains. Le LPS exerce un effet inhibiteur sur les courants de la rectification retardée et transitoire de type A. Le LPS ne modifie pas la probabilité d'ouverture des canaux K+ de la rectification retardée et de type A, et les propriétés d'inactivation du courant de type A. La diminution de ces deux courants est donc probablement liée à une diminution de nombre de canaux K+ fonctionnels au niveau du neurone en grain. Ainsi, la dépolarisation provoquée par MF37 ou son LPS, essentiellement induite par une diminution des courants des fuites, est renforcée par la réduction de ces deux courants potassiques majeurs. Cette dépolarisation et l'élévation de la synthèse de NO seraient responsable de la mort du neurone en grain notamment à travers une activation prolongée du récepteur N-méthyl-D-aspartate(NMDA). En conclusion, notre étude démontre que P. Fluorescens possède une activité cytotoxique sur des neurones en culture. Ceci apporte un argument appuyant le risque infectieux de cette espèce vis-à-vis du système nerveux central.

NOV/CCN3 est une protéine sécrétée et multifonctionnelle impliquée dans le développement de différents tissus. Le système nerveux central représentant l’un de ses sites majeurs d’expression au cours du développement, nous avons ainsi émis l’hypothèse que NOV participe au développement de ce tissu. Les résultats obtenus en étudiant le rôle potentiel de NOV durant la phase postnatale de développement du cervelet chez le rat suggèrent que NOV participe à la mise en place des neurones granulaires en inhibant la prolifération et stimulant la migration de leurs précurseurs. Par ailleurs, nous avons observé in vitro que l’expression de NOV est induite au cours de la différenciation de lignées de précurseurs astrocytaires mais que NOV ne semble pas réguler ce processus. Ces résultats soutiennent l’hypothèse que NOV soit impliquée dans le développement du système nerveux central, en particulier dans le devenir de populations neuronales.