Explorer l'hétérogénéité transcriptionnelle dans la SVZ postnatale

Exploring Transcriptional Heterogeneity in the Postnatal SVZ

• Auteur / Autrice : Stefan Zweifel
• Direction : Olivier Raineteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 28/03/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cellule Souche et Cerveau (Bron)
• Jury : Président / Présidente : Bénédicte Durand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Spassky, Antoine de Boissonneaux de Chevigny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules souches neurales

Facteurs de transcription

Ventricules cérébraux

Mots clés libres

Zone sous-ventriculaire

Activité germinale

Hétérogénéité spatiale

Mesures de densité optique

Gliogenèse

Hopx

Sous-population de NSC

Subventricular zone

Germinal activity

Spatial heterogeneity

Optical density measurements

Gliogenesis

Hopx

NSC subpopulation

Résumé

Une activité germinale persiste après la naissance dans des niches spécialisées du cerveau des mammifères, à savoir le gyrus denté de l'hippocampe et la zone sous-ventriculaire (SVZ) bordant le ventricule latéral. Les cellules souches neurales (NSC) de la SVZ postnatale se différencient en progéniteurs transitoires qui vont générer des neuroblastes migrant à travers la voie de migration rostrale vers le bulbe olfactif, où ils se différencient en neurones. La SVZ génère également des progéniteurs gliaux qui se dispersent dans le parenchyme voisin. Les travaux récents auxquels j'ai participé soulignent la nature hétérogène de la SVZ postnatale, composée de différents microdomaines générant des lignées neurales distinctes. Les objectifs de mon travail de thèse ont permis de : 1) développer de nouveaux moyens pour explorer l'hétérogénéité de la SVZ; et 2) d'identifier et d'étudier le rôle d'un facteur de transcription exprimé par une sous population des NSCs de la SVZ. Objectif 1: La SVZ est une région hautement complexe et irrégulière dans laquelle une forte activité germinale persiste après la naissance. Le caractère hétérogène de la SVZ est évident et des études récentes ont généré une très grande base de données de transcrits, qui sont différentiellement exprimés entre les microdomaines. Cependant, un outil approprié pour l'analyse rapide du niveau d'expression d'une protéine d'intérêt, le long des axes rostro-caudal et dorso-ventral de la SVZ est toujours manquant et nécessaire. Par conséquent, j'ai développé "FlashMap", un logiciel semi-automatique qui permet une analyse rapide des niveaux d'expression de protéines dans le SVZ, basé sur des mesures de densité optique après immunohistochimie. "FlashMap" génère des cartes thermiques facilement lisibles en deux dimensions, qui peuvent être superposées avec précision aux reconstructions tridimensionnelles du système ventriculaire pour une visualisation spatiale fine et rapide. Cette nouvelle approche accélérera la recherche sur la régionalisation de la SVZ, en permettant l'identification de marqueurs (e.g. facteurs de transcription) exprimés dans des régions discrètes de la SVZ. Objectif 2: J'ai utilisé des approches de transcriptomique et de « fate mapping » des NSCs pour étudier la relation entre l'expression régionale de facteurs de transcription et leur différenciation dans des lignées neurales distinctes. Mes résultats supportent un amorçage précoce des NSCs à produire différents types cellulaires en fonction de leur localisation spatiale dans la SVZ. Nos données identifient Hopx comme un marqueur d'une sous population de NSCs qui génère principalement des astrocytes. De façon intéressante, la manipulation de l'expression de Hopx montre des effets mineurs sur l'astrogénèse, mais entraîne des changements marqués quant au nombre de NSCs et de leur descendance. Dans son ensemble, Mes résultats mettent en évidence à la fois une hétérogénéité spatiale des NSCs postnatales ainsi que leur amorçage précoce à produire des types cellulaires distincts

Germinal activity persists in the postnatal mammalian brain in specialized niches, namely the dentate gyrus of the hippocampus and the subventricular zone (SVZ) surrounding the lateral ventricle. Neural stem cells (NSCs) of the postnatal SVZ differentiate into transient amplifying progenitors that will generate neuroblasts migrating through the rostral migratory stream, into the olfactory bulb, where they differentiate into neurons. The SVZ additionally generates glial progenitors that invade the nearby parenchyma. Recent work to which I have participated, highlights the heterogeneous nature of the postnatal SVZ in respect to different microdomains generating distinct neural lineages. The objectives of my PhD work were twice: 1) to develop new means to explore the heterogeneity of the SVZ; and 2) to identify transcription factors expressed by subpopulations of NSCs of the SVZ and acting in their differential specification. Objective 1: The SVZ is a highly complex and irregular region of ongoing postnatal germinal activity. The heterogeneous character of the SVZ is evident and recent studies generated enormous datasets of transcripts, which are differentially expressed between divergent microdomains. However, an appropriate tool for fast analysis of the protein level along the full rostro-caudal and dorso-ventral extend of the SVZ is still missing. Therefore, I developed “FlashMap”, a semi-automatic software that allows rapid analysis of protein levels in the full SVZ, based on optical density measurements after immunohistochemistry. “FlashMap” generates easy readable heatmaps in two dimensions, which can be accurately superimposed on three-dimensional reconstructions of the ventricular system for rapid spatial visualization and analysis. This new approach will fasten research onto SVZ regionalization, by guiding the identification of markers, such as transcription factors expressed in specific SVZ microdomains. Objective 2: I used transcriptomic as well as fate mapping approaches to investigate the relation between regional expression of transcription factors by NSCs and their acquisition of distinct neural lineage fates. Our results support an early priming of NSCs to produce defined cell types depending of their spatial location in the SVZ and identify Hopx as a marker of a subpopulation biased to generate astrocytes. Interestingly, manipulation of Hopx expression showed minor effects on astrogenesis, but resulted in marked changes in the number of NSCs and of their progenies. Taken together, our results highlight transcriptional and spatial heterogeneity of postnatal NSCs, as well as their early priming toward specific lineages and suggest a role for Hopx in the evolution of SVZ germinal activity