Rôle signalisateur du compartiment post-mitotique sur les cellules progénitrices du cortex cérébral en développement

• Auteur / Autrice : Betty Freret-Hodara
• Direction : Alessandra Pierani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transduction du signal cellulaire

Cellules souches neurales

Prolifération cellulaire

physiologie

Différenciation cellulaire

Cellules souches

Développement neurologique

Foetus -- Cerveau

Embryologie

Cortex cérébral

Développement embryonnaire

Résumé

La mise en place d'un tissu requiert une régulation spatiale et temporelle très fine des processus de division cellulaire. Au cours de la neurogénèse embryonnaire du néocortex, les cellules progénitrices neurales produisent les neurones différenciés par vagues successives de divisions prolifératives et neurogéniques. Chez les rongeurs, les progéniteurs interme��diaires générés par les cellules de la glie radiaire ont un faible potentiel prolifératif. La décision du passage prolifération/différenciation est régulée par des mécanismes autonomes mais également dépendants des signaux extracellulaires. Les cellules postmitotiques influencent notamment la génération de nouveaux neurones par un signal de rétrocontrôle sur les cellules en division. D'autre part, les cellules immunitaires et vasculaires, qui se mettent en place conjointement aux réseaux neuronaux, sont également à la source de signaux qui influencent l'état prolifératif des cellules progénitrices. Dans ce travail, je me suis intéressée aux conséquences d'une dérégulation des programmes développernentaux embryonnaires, et en particulier, j'ai étudié le comportement prolifératif des progéniteurs dans le néocortex suite à une perte de neurones induite génétiquement. Notre travail se base sur un modèle murin qui présente une importante mort neuronale qui touche plus particulièrement les neurones générés pendant la première moitié de la neurogénèse du néocortex. Nous avons pu montrer, par des techniques d'immunohistochimie sur des coupes de cerveau, qu'une perte de ces neurones engendre une amplification du pool des progéniteurs intermédiaires et un raccourcissement de la longueur de leur cycle cellulaire chez l'embryon. L'état prolifératif des cellules de la glie radiaire n'étant pas modifié. Par traçage des progéniteurs en division, en utilisant des injections d'EdU à différents stades de développement, nous avons également pu montrer que l'amplification des progéniteurs intermédiaires entraine la génération plus importante des neurones des couches superficielles. En conséquence de la mort neuronale, nous avons observé une importante neuro-inflammation, mise en exergue par l'activation des cellules de la microglie. En éliminant les cellules microgliales, nous avons pu montrer qu'elles n'étaient pas la cause d'un changement du mode de prolifération des progéniteurs. De plus nous avons pu montrer la génération d'un nombre plus important de cellules de la glie radiaire basale, cellules qui ont connu une particulière expansion au cours de l'évolution des mammifères. Mes résultats illustrent une capacité du cortex cérébral et notamment des progéniteurs à compenser une perte de neurones des couches profondes pendant la période embryonnaire. Mes données montrent également que l'inflammation déclenchée, n'est pas la cause du changement de prolifération des progéniteurs basaux mais plutôt la perte spécifique des neurones qui sont générés pendant la première moitié de la neurogénèse.

The neocortex, recently acquired by mammals during evolution, is a highly organized structure of the cerebral cortex. Its development during neurogenesis follows a very strict temporal and spatial program of events. Neurons are sequentially generated by the proliferative and neurogenic divisions of progenitor cells. The decision to switch from proliferative to differentiative divisions is controlled by both intrinsic and extrinsic mechanisms. Notable extrinsic regulation is provided by postmitotic neurons, which exert a regulatory feedback to progenitor cells to influence this decision. Immune and vascular cells, which penetrate the cerebral cortex during early neurogenesis, are also a source of extracellular signals influencing the proliferative state of progenitor cells. Growing evidence highlights that intrauterine brain injury contributes to neurological pathologies in patients after birth. One common cause of brain injury is a lack of oxygen supply from blood vessels, leading to tell death and inflammation in the brain. We employed a murine model to study this process by generating a transgenic mouse line in which extensive tell death of cortical neurons is induced for 4 days during early embryonic development (E10. 5 to E14. 5), through the action of the diphtheria toxin. As a consequence of tell death, these mutants display a significant reduction in the number of postmitotic neurons in the cortical plate. Furthermore, an activation of microglia, immune sentinels of the brain, is observed in the area afflicted by tell death, suggesting that this results in inflammation, together with a reduction of the vascular network. To understand how this impacts brain development, we looked 4 days after the induced inflammation, at E 1 8. 5, and could observe that the number of deep-layer neurons was decreased as expected. However, interestingly, the number of superficial layer neurons was increased in the mutant. These results suggest that progenitor cells compensate for tell death by precociously proliferating/over-proliferating to produce more neurons. This was consistent with the observation of a significant increase in dividing intermediate progenitors within the germinal subventricular zone at E14. 5, as shown by EdU labeling, which fardier showed a reduction in their cell-cycle length and in their increased generation of superficial layer neurons. Furthermore, we could observe an increased number of basal radial glia cells, which comprise progenitor cells that have particularly expanded during mammalian evolution. To understand more deeply whether the microglia were mediating this phenotype, we depleted the brain of microglia. No changes were found either in intermediate progenitor proliferation or in the blood vessel network. Our data demonstrate that massive neuronal tell death results in non-tell-autonomous changes in the mode of division of the proliferative compartment and in particular in the abventricular divisions, to generate the correct number of neurons after a major hypoxie insult. Together these results demonstrate that the cerebral cortex has the capacity to compensate and to adapt in accordance with its environment and is able to recover before birth.