Letteratura scientifica selezionata sul tema "Crête neurale – métabolisme"

L’odontogenèse résulte d’évènements reflétant de multiples processus impliqués dans le développement : crêtes neurales, interactions épithélio-mésenchymateuses, minéralisation. Les anomalies dentaires sont donc d’excellents marqueurs de l’impact de mutations de gènes qui affectent différents systèmes biologiques, tels que le métabolisme minéral, l’os, le rein, la peau ou le système nerveux. Dans cette revue, nous présentons de façon synthétique les gènes impliqués dans plusieurs maladies rares au travers de défauts des dents caractéristiques, de nombre, de forme et de structure.

Le métabolisme en tant que clé de voûte du destin des cellules souches fournit non seulement des demandes d'énergie et de molécules précurseurs, mais joue également un rôle dans le remodelage de la chromatine. Dans les embryons de vertébrés, les cellules de la crête neurale (NC) constituent une population remarquable de progéniteurs embryonnaires qui, lors de la délamination du tube neural dorsal, d'une migration et d'une différenciation étendues, donnent lieu à des dérivés neuraux/neuronaux et mésenchymateux. Le potentiel de différenciation des cellules NC nécessite un remodelage épigénétique et des signaux environnementaux. En conséquence, l'intersection du métabolisme et de la lasticité NC fournira des informations essentielles sur la régulation de l'identité et du développement des cellules NC. Ainsi, j'avais l'intention de comprendre le rôle du métabolisme dans l'aspect développemental d'une sous-population de cellules NC, le tronc NC. La première partie de mon étude a abouti à une vision générale des impacts métaboliques sur toutes les étapes de développement de la CN. J'ai mis en évidence que l'oxydation du glucose est un profil métabolique essentiel régissant la délamination, l'adhésion, la migration, la prolifération, le maintien de la tige et la différenciation généralisée des NC. Compte tenu de l'incidence de la transition G1 / S sur l'EMT dans les cellules NC du tronc, l'inhibition de la voie des pentoses phosphates (PPP) n'a pas pu influencer la délamination NC, suggérant une adaptation métabolique pour maintenir les étapes de développement et la survie. Par conséquent, dans l'étape suivante, j'ai cherché à apprécier comment les voies métaboliques s'intègrent dans la délamination NC. Le recâblage de la voie dela glycolyse sous inhibition du PPP au stade de délaminage a fourni un support pour les voies métaboliques multiples recrutées par les progéniteurs NC en réponse au stress métabolique. Mon étude a également élucidé la reprogrammation métabolique du PPP à l'oxydation du glucose dans les cellules NC du tronc, alignée sur la délamination NC à la transition migratoire. De plus, outre le glucose, la glutamine joue un rôle de premier plan dans l'acquisition pluripotente et la délamination des progéniteurs NC qui déclenchent la localisation nucléaire de la glutaminase (GLS) lors de l'étape de délaminage. Par conséquent, la localisation nucléaire du GLS lors de la délamination des cellules NC pré-igratoiressuggère la fonction de régulation du gène pour le GLS. Dans l'ensemble, mes résultats ont indiqué l'intersection du métabolisme et de la reprogrammation NC de l'étape pluripotente à l'engagement NC, définis respectivement par le PPP promu et la localisation nucléaire de GLS au phénotype OXPHOS à base de glucose avec localisation GLS cytoplasmique. De plus, l'interaction possible entre le GLS et la B-caténine a favorisé le nouveau concept sur la contribution du GLS à la signalisation Wnt, prometteuse pour comprendre l'étiologie de nombreuses neurocristopathies
Metabolism as a keystone of stem cells' fate not only supplies demands for energy and precursor molecules but also has roles in chromatin remodeling. In vertebrate embryos, neural crest (NC) cells constitute a remarkable population of embryonic progenitors, which upon delamination from dorsal neural tube, extensive migration and differentiation give rise to both neural/neuronal and mesenchymal derivatives. The developmental potential of NC cells necessitates epigenetic remodeling and environmental cues. Accordingly, the intersection of metabolism and NC plasticity will provide critical insights into the regulation of NC cell identity and development. Thus, I intended to figure out the metabolism role in the developmental aspect of one sub-population of NC cells, trunk type. The first part of my study resulted in a general view of the metabolic impacts on all developmental NC steps. I evidenced that glucose oxidation is a pivotalmetabolic profile governing NC delamination, adhesion, migration, proliferation, maintenance of stemness, and widespread differentiation. Given the incidence of G1/S transition upon EMT in trunk NC cells, the inhibition of pentose phosphate pathway (PPP) was unable to influence the NC delamination, suggesting a metabolic adaptation to maintain developmental steps and survival. Hence, In the next step, I sought to appreciate how metabolic pathways integrate into the NC delamination. The rewiring of glycolysis pathway under PPP suppression in delaminating stage provided support for multi metabolic pathways recruited by NC progenitors in response to the metabolic stress. My study also elucidated the metabolic reprograming from PPP to glucose oxidation in trunk NC cells, aligned with delaminating to migratory transition of these cells. Additionally, besides glucose, glutamine had a prominent role in pluripotent acquisition anddelamination of NC progenitors that triggers the nuclear localization of glutaminase (GLS) upon EMT step. Therefore, the nuclear GLS localization of pre-migratory NC cells in delaminating stage suggests the gene regulatory function for GLS. Altogether, my results indicated the intersection of metabolism and NC reprograming from pluripotent step to the NC commitment, defined respectively by promoted PPP and nuclear localization of GLS to glucose-based OXPHOSphenotype with cytoplasmic GLS localization. Moreover, the possible interaction between GLS and B-catenin fostered the new concept about the contribution of GLS to Wnt signaling, holding promise for understanding the etiology of many neurocristopathies

La crête neurale (CN) est une population transitoire de cellules multipotentes qui émerge à la frontière entre l’ectoderme neural et non-neural, dans une région appelée la bordure neurale (BN). Lorsque la BN se soulève pour former le tube neural, les cellules de la CN subissent une transition épithélium-mésenchyme (TEM), et migrent de façon intensive dans l’ensemble de l’embryon pour atteindre leur destination finale et se différencier. Elles sont à l’origine de nombreux types de dérivés : neurones, cellules gliales, cartilage de la tête, os et tissus connectifs, cellules pigmentaires, cellules sympatho-adrenales. Tous ces processus sont régulés par l’action coordonnée de nombreux gènes qui forment un réseau de régulations génétiques complexe, au sein duquel de nombreuses interactions ont été décrites, même si de nombreuses relations restent à élucider à ce jour. Une mauvaise régulation de gènes normalement impliqués dans la formation de la CN provoque des malformations congénitales appelées neurocristopathies. Par ailleurs, la TEM subie par les cellules de CN avant leur migration est également observée dans les cellules cancéreuses acquérant des propriétés métastatiques. Les événements moléculaires et de nombreux gènes impliqués dans la TEM sont communs au développement de la CN et au cancer.Les liens existant entre le développement de la CN et les neurocristopathies, ainsi que les métastases, soulignent l’importance de l’étude du réseau de régulations génétiques permettant la formation de la CN et l’EMT.Au laboratoire, nous nous intéressons aux événements précoces d’induction et de spécification de la CN. Dans le but d’identifier les gènes préférentiellement impliqués dans le développement précoce de la CN et non dans la formation de l’ectoderme neural et non-neural, un crible a été effectué sur le transcriptome de différents tissus embryonnaires micro-disséqués. La validation des résultats de ce crible a permis d’identifier plusieurs gènes intéressants possédant une fonction potentielle dans la formation de la CN. Nous nous sommes particulièrement intéressés à deux d’entre eux, en raison de leur fonction originale comparée à la majorité des gènes impliqués dans le développement de la CN : serca1 et pfkfb4, un régulateur de l’homéostasie calcique et un régulateur de la glycolyse respectivement.Nous avons analysé les patrons d’expression des gènes des familles serca et pfkfb au cours du développement de Xenopus laevis. En raison de son expression spécifique dans la CN, nous avons étudié plus en détails le rôle de pfkfb4 dans la formation de la CN. Cette analyse a montré que pfkfb4 est nécessaire pour la spécification neurale et de la crête neurale.Toutefois, malgré son rôle documenté dans la glycolyse, le phénotype des morphants pfkfb4 dans l’embryon de Xenopus laevis n’est pas dû à une altération de la glycolyse.En conclusion, nos résultats démontrent l’existence d’un nouveau rôle non glycolytique pour Pfkfb4 au cours du développement embryonnaire de Xenopus Laevis
Neural Crest (NC) is a transient population of multipotent cells that arises at the border between neural and non-neural ectoderm, in a region named the neural border (NB). As the neural border elevates to form the neural tube, NC cells undergo an Epithelial-To-Mesenchymal Transition (EMT), migrate extensively into the whole body to reach their final destinations and differentiate. They give rise to multiple derivatives: neurons and glia, head cartilage, bones and connective tissue, pigment cells, sympatho-adrenal cells. All these processes are regulated by the concerted actions of several genes that form a complex Gene Regulatory Network (GRN), in which many interactions have been elucidated, but even more relationships still need to be understood. Misregulation of genes normally involved in NC formation causes birth defects called neurocristopathies. Moreover, the EMT that NC cells undergo before migration also takes place when cancer cells become metastatic: the molecular events and many of the genes involved in EMT and migration are shared between NC development and cancer. The links with metastasis, neurocristopathies and the fact that still little is known about the earliest steps of NC formation, highlight the importance and the interest in understanding the Gene Regulatory Network (GRN) leading to NC formation and EMT.In the laboratory, we are interested in the early steps of NC induction and specification. In order to identify genes preferentially involved in early NC development compared to genes involved in neural and non-neural ectoderm formation, a transcriptome screen on different microdissected embryonic tissues has been performed. The validation of the results of the screen revealed several interesting genes with a potential function in NC formation. We focused particularly on two of them, due to their original function compared to the majority of the genes involved in NC development: serca1 and pfkfb4, a calcium homeostasis regulator and a glycolysis regulator respectively. We analysed the expression patterns of serca and pfkfb family genes during Xenopus laevis development. Then, due to its specific expression in NC, we studied more in details the role of pfkfb4 in NC formation. This analysis revealed that pfkfb4 is necessary for neural and neural crest specification. However, despite its known role in glycolysis, pfkfb4 morphant phenotype in Xenopus laevis embryos is not due to an alteration of the glycolytic pathway.In conclusion, our results reveal a novel extra-glycolytic role for Pfkfb4 during Xenopus laevis embryonic development

L’ectoderme embryonnaire devient spécifié en ectoderme non-neural, plaque neurale et bordure neurale à la fin de la gastrulation. Les cellules de bordure neurale sont les progéniteurs de la crête neurale et des placodes. La crête neurale est une population transitoire de cellules multipotentes, qui se forme au cours de la neurulation. Quand les bourrelets neuraux s’élèvent pour former le tube neural, les cellules de la crête neurale subissent une transition épithélio-mésenchymateuse, migrent dans l'ensemble du corps pour atteindre leur destination finale et se différencier. La crête neurale donne naissance à de multiples dérivés tels que les neurones et les cellules gliales du système nerveux périphérique, le cartilage et les os du visage, ou encore les mélanocytes. Des régulations complexes, impliquant de nombreuses signalisations et la transcription de gènes-clé, orchestrent ces événements. Cependant, les premières étapes menant à la formation de la crête neurale et à la spécification précoce de la bordure neurale sont encore peu comprises. Nous avons analysé le transcriptome de la crête neurale d'embryon de l'amphibien Xenopus laevis, à la recherche de nouveaux régulateurs des premières étapes de la formation de la crête neurale. Nous avons constaté que le régulateur de la glycolyse PFKFB4, est exprimé dans l’ectoderme dorsal de la jeune gastrula et dans les cellules de la crête neurale. Ici, nous démontrons que PFKFB4 régule la spécification de l’ectoderme via la voie de signalisation Akt, indépendamment de la glycolyse, démontrant ainsi la première fonction non-glycolytique des enzymes PFKFB. En outre, cette régulation est essentielle pour permettre aux progéniteurs de l'ectoderme d’être spécifiés en plaque neurale, crête neurale, placodes ou ectoderme non neural, mettant en évidence un nouveau point de contrôle de développement. De plus, nous démontrons que PFKFB4 régule des étapes ultérieures de la formation de la crête neurale. Notre travail met en évidence que les régulateurs du métabolisme cellulaire possèdent des fonctions non-métaboliques pour contrôler des étapes de développement au cours du développement embryonnaire
Embryonic ectoderm becomes specified into non-neural ectoderm, neural plate and neural border at the end of gastrulation. Neural border cells are the progenitors of the neural crest and placodes. The neural crest is a transient population of multipotent cells, which forms during neurulation. As the neural border elevates to form the neural tube, neural crest cells undergo an epithelial to mesenchymal transition, migrate extensively into the whole body to reach their final destinations and differentiate. Neural crest gives rise to multiple derivatives such as neurons and glia, facial cartilage, bones, melanocytes and sympatho-adrenal cells. A complex interplay of signaling and transcriptional regulations orchestrates these early patterning events. However, the first steps leading to NC formation and early specification at the NB are less understood. We analysed the NC transcriptome of frog embryos, to look for novel regulators of the early steps of NC formation. We found that the well-known glycolysis regulator PFKFB4, is expressed in early gastrula dorsal ectoderm, and in neurula neural crest cells. Here, we demonstrate that PFKFB4 regulates ectoderm specification via Akt signaling independently of glycolysis, thus demonstrating the first non-glycolytic function of PFKFB enzymes. Moreover, this regulation is essential to allow ectoderm embryonic progenitors to be patterned into neural plate, neural crest, placodes and definitive ectoderm, highlighting a novel developmental checkpoint. Moreover, we also demonstrate that PFKFB4 regulates later steps of neural crest formation. Our work highlights that regulators of cell metabolism accumulate non-metabolic related functions to control developmental steps during embryonic development

La mise en place de l’organisme implique de nombreuses interactions cellulaires et moléculaires entre l’endoderme, l’ectoderme et le mésoderme. Ces trois feuillets embryonnaires sont établis très précocement au cours du développement. De façon importante chez les vertébrés, l’ectoderme donne naissance à une population particulière de progéniteurs: les cellules de crêtes neurales (CCN). Du fait de la multitude de dérivés auxquels elle donne naissance, la crête neurale est souvent considérée comme un quatrième feuillet embryonnaire. Dans la partie antérieure de l’embryon, les cellules de crêtes neurales céphaliques (CCNC) sont à lórigine de la plupart des structures cranio-faciales et cardiovasculaires. Cést le cas par exemple des cartilages et os de la tête et du cou, des dents, des glandes salivaires, des tissus conjonctifs de la face et de la gorge, des ganglions crâniens, nerfs et projections axonales associés, ainsi que des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) de la crosse aortique. Au cours de mon doctorat, je me suis dábord intéressée à comprendre comment l’altération de gènes spécifiquement exprimés par le mésoderme influençait la différentiation des CCNC. À travers la caractérisation d’une nouvelle lignée de souris chez laquelle le gène Vegfr-2 est invalidé, nommée Orvieto, j’ai montré que la différentiation des CNCC en ganglions crâniens et leurs projections axonales nécessite la présence de l’endothélium vasculaire. Celui-ci dérive normalement du mésoderme exprimant spécifiquement le gène Vegfr-2, et est donc totalement absent chez les embryons Vegfr-2 orv/orv. Ces embryons présentent donc une absence totale de vascularisation qui est la cause de leur mort prématurée, aux environs du onzième jour post-coïtum. Bien que, chez ces embryons Vegfr-2 orv/orv, les CNCC soient induites et initient leur migration correctement, celles-ci s’arrêtent prématurément dans la région proximale du deuxième arc branchial ainsi que dans les arcs branchiaux plus postérieurs. Chez les embryons Vegfr-2 orv/orv, les CNCC conservent un potentiel de différentiation intact. Cependant, la vasculogenèse est requise pour une neurogenèse complète. Pendant la deuxième moitié de mon doctorat, je me suis intéressée à savoir si le maintien de la destinée cellulaire des dérivés des CCNC et du mésoderme faisait intervenir un dialogue entre ces deux populations de cellules. Chez l’adulte, la crosse aortique comprend des CMLV d’origine CNCC alors que l’aorte descendante est formée de CMLV d’origine mésodermique. Certaines maladies génétiques et pathologies du vieillissement, comme l’athérosclérose ou l’insuffisance rénale, peuvent engendrer une calcification ectopique des CMLV artérielles. Il a été montré que ce processus faisait appel à des mécanismes moléculaires identiques à ceux qui existent dans le tissu osseux lors de sa formation embryonnaire et son remodelage au cours de la vie. Mon rôle dans le laboratoire a été d’étudier la régionalisation du processus de calcification vasculaire induit dans des conditions d’hyperphosphatémie. Ces conditions se présentent physiologiquement dans le cas d’insuffisance rénale et peuvent donner lieu à l’apparition de calcification vasculaire. Mon travail a finalement permis de corréler l’origine embryonnaire des CMLV à leur capacité de calcification. En effet, les CMLV d’origine CNCC, situées dans la crosse aortique, débutent le processus de calcification plus tôt que les CMLV de l’aorte descendante. L’ensemble de ce travail conforte le concept selon lequel les cellules adultes retiennent certaines des propriétés inhérentes à leurs progéniteurs. La connaissance, toujours grandissante, en embryologie devrait donc permettre de continuer à mieux comprendre la complexité des interactions tissulaires pathologiques et ainsi de permettre de nouvelles avancées thérapeutiques. Mots clés : cellule de crête neurale céphalique (CCNC), mésoderme, neuro-vasculogenèse, cellule musculaire lisse vasculaire (CMLV), calcification vasculaire, hyperphosphatémie.

Le suppresseur de tumeur et sérine/thréonine kinase LKB1 est un régulateur clé de la polarité cellulaire et du métabolisme énergétique en partie grâce à l'activation de sa kinase substrat AMPK. Cette protéine est un senseur métabolique pour adapter les apports énergétiques aux besoins nutritionnels des cellules confrontées à un stress. Pour cela, AMPK phosphoryle divers substrats qui activent les réactions cataboliques et inhibent les processus anaboliques dont la kinase mTOR.Au cours de ma thèse, via l’utilisation de modèles murins d’inactivation conditionnelle, j'ai découvert que Lkb1 est crucial pour la formation des cellules de crête neurale (CCN). Ces cellules multipotentes, originaires du tube neural, donnent naissance à divers dérivés, comme les cellules des os et cartilage de la face, les cellules pigmentées de la peau et les cellules gliales et neurales des nerfs périphériques et du système nerveux entérique. J'ai démontré que Lkb1 est essentiel pour la formation de la tête des vertébrés et pour la différenciation et le maintien des dérivés des CCN dans le système nerveux périphérique. J'ai également mis en évidence l’acétylation de LKB1 sur la lysine 48 par l'acétyltransférase GCN5 et son rôle dans l'ontogenèse des CCN céphaliques et la formation de la tête. De plus, j'ai découvert que Lkb1 contrôle la différenciation des cellules gliales en réprimant un programme de biosynthèse d’acides aminés couplé à la transamination du pyruvate en alanine, en amont de la voie de signalisation mTOR.Les phénotypes dus à la perte de Lkb1 dans les CCN récapitulent les caractéristiques cliniques de maladies humaines appelées neurocristopathies. L’activation anormale du suppresseur de tumeur p53 est également associée à certaines neurocristopathies et l’ablation de p53 sauve le phénotype pathologique. Ainsi, j'ai montré que Lkb1 dans les cellules gliales contrôle p53 en limitant les dommages à l’ADN. Lkb1 est aussi essentiel pour maintenir l’homéostasie lysosomale et le recyclage des protéines et ainsi empêcher la formation de granules nommés lipofuscine, chargés en protéines et lipides oxydés. De façon intéressante, les voies mTOR et LKB1/AMPK sont activées à la surface des lysosomes de façon dépendante des niveaux d’acides aminés. Des données récentes de la littérature suggèrent que les lysosomes constitueraient une plateforme de signalisation pour contrôler la protéolyse et le devenir cellulaire. Ainsi, nos données proposent que les signalisations Lkb1 et p53 pourraient réguler l'homéostasie lysosomale et en conséquence le vieillissement cellulaire.De façon intéressante, les cellules de Sertoli, des cellules somatiques épithéliales, localisées dans les tubes séminifères des testicules, et qui régissent la maturation des cellules germinales et l'homéostasie testiculaire, partagent des fonctions métaboliques similaires avec les cellules gliales. En effet, ces cellules sécrètent le lactate et l'alanine qui alimentent les mitochondries des cellules voisines (cellules germinales ou neurones respectivement) contrôlant ainsi leur survie et leur maturation. Au cours de ma thèse, nous avons observé que Lkb1 est requis pour l'homéostasie testiculaire et la spermatogenèse en régulant la polarité des cellules de Sertoli et leur métabolisme énergétique par le cycle pyruvate-alanine. Ces résultats suggèrent une conservation des régulations métaboliques par Lkb1 dans divers tissus.Dans leur ensemble, mes travaux de thèse ont apporté une meilleure connaissance des mécanismes sous-jacents des régulations métaboliques lors du devenir cellulaire. Ces résultats fournissent de nouvelles perspectives sur le développement des CCN et élargissent notre compréhension du contrôle métabolique exercé par LKB1. Enfin, mes projets de doctorat ont mis en évidence l'existence d'une communication entre les voie de signalisation Lkb1 et p53 et suggèrent l’importance de cette communication dans les pathologies humaines dues à des défauts des CCN
The tumor suppressor LKB1 codes for a serine/threonine kinase. It acts as a key regulator of cell polarity and energy metabolism partly through the activation of the AMP-activated protein kinase (AMPK), a sensor that adapts energy supply to the nutrient demands of cells facing situations of metabolic stress. To achieve metabolic adaptations, AMPK phosphorylates numerous substrates which inhibit anabolic processes while activating catabolic reactions. In particular, AMPK inhibits the mammalian target of rapamycin (mTOR).During my PhD, based on genetically engineered mouse models, I uncovered that Lkb1 signaling is essential for neural crest cells (NCC) formation. NCC are multipotent cells that originate from the neural tube and give rise to various derivatives including bones and cartilage of the face, pigmented cells in the skin and glial and neural cells in peripheral nerves and the enteric nervous system. I demonstrated that Lkb1 is essential for vertebrate head formation and for the differentiation and maintenance of NCC-derivatives in the peripheral nervous system. I also emphasized that LKB1 is acetylated on lysine 48 by the acetyltransferase GCN5 and that this acetylation could regulates cranial NCC ontogeny and head formation. Furthermore, I discovered that Lkb1 controls NCC-derived glial differentiation through metabolic regulations involving amino acid biosynthesis coupled to pyruvate-alanine cycling upstream of mTOR signaling.Phenotypes due to Lkb1 loss in NCC recapitulate clinical features of human disorders called neurocristopathies and therefore suggest that aberrant Lkb1 metabolic signaling underlies the etiology of these pathologies. Abnormal activation of the tumor suppressor p53 has been described in some NCC disorders and p53 inactivation in neurocristopathy mouse models rescues the pathological phenotype. By using a NCC line that can be cultivated as progenitors or differentiated in glial cells in vitro, I demonstrated that Lkb1 expression in NCC-derivatives controls p53 activation by limiting oxidative DNA damage and prevents the formation of lysosomes filled with oxidized proteins and lipids called lipofuscin granules. Interestingly, activation of mTOR and LKB1/AMPK pathways is governed by amino acid sensors and takes place at the lysosome surface. Lysosomes have been proposed as a signaling hub controlling proteolysis and aging. Thus Lkb1 and p53 signaling could converge especially through lysosome homeostasis thereby potentially impacting cellular aging.Strikingly, Sertoli cells, that are epithelial somatic cells, located in seminiferous tubules in testes, and which govern germ cells maturation and whole testis homeostasis, share similar metabolic functions with glial cells. For example, they secrete lactate and alanine to fuel mitochondria of neighboring cells (germ cells or neurons respectively) to control their survival and maturation. During my PhD, we highlighted that Lkb1 is essential for testis homeostasis and spermatogenesis by regulating Sertoli cell polarity and, as observed in glial cells, energy metabolism through pyruvate-alanine cycling. These data suggest that this particular Lkb1 metabolic regulation is conserved in tissues with similar function.Taken together, these studies reveal the underlying molecular mechanisms that coordinately regulate energy metabolism and cell fate. They provide new insights into NCC development and expand our understanding of the role of LKB1 as an energy metabolic regulator. Finally, my PhD projects uncover the existence of a crosstalk between Lkb1 and p53 and underline its importance in NCC disorders