HIF-1α, un acteur essentiel de la neurogenèse et de la migration radio-induite des cellules souches de gliomes

HIF-1α, a key factor in the neurogenesis and radiation-induced migration of glioma stem cells

• Auteur / Autrice : Mahasen Osman Saati
• Direction : Laurent Gauthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions. Neurobiologie
• Date : Soutenance le 29/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cellules Souches et Radiations (Fontenay-aux-Roses, Hauts-de-Seine)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Verrelle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Gauthier, Pierre Verrelle, Fabien Milliat, Emmanuel Moyse, Alexandra Winkeler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Milliat, Emmanuel Moyse

Mots clés

Mots clés contrôlés

thérapie

Glioblastome

métabolisme

Cellules souches neurales

génétique

Facteur-1 induit par l'hypoxie

Développement embryonnaire et foetal

Développement neurologique

Mots clés libres

HIF-1α

Neurogenèse embryonnaire

Cellules souches de gliomes

Migration radio-induite

HIF-1α

Embryonic neurogenesis

Glioma stem cells

Radiation induced migration

Résumé

La régulation de la neurogenèse embryonnaire implique de nombreux facteurs intrinsèques et extrinsèques délivrés avec une séquence temporelle stricte. Parmi ces facteurs, l’oxygène joue un rôle important dans la maintenance et la différenciation des cellules souches neurales (CSN). Dans ce contexte, le facteur de transcription HIF-1α, un des principaux intervenants dans les réponses adaptatives aux variations d’oxygène, pourrait jouer un rôle majeur dans la neurogenèse embryonnaire notamment au niveau des CSN. Dans ce but, nous avons évalué les conséquences de la perte de HIF-1α sur la neurogenèse en développant un modèle de souris transgénique Glast-YFP-CreERT2 ; HIF-1α flox/flox dans lequel HIF-1α est spécifiquement inhibé dans les cellules de la glie radiaire GLAST+, cellules faisant office de CSN chez l'embryon. Dans ce modèle HIF-1α CKO, une altération importante et rapide de l’angiogenèse corticale associée à une diminution de l’épaisseur du néocortex est observée. Ces changements ne sont pas corrélés à une mort cellulaire corticale mais sont associés à une diminution significative du nombre de mitoses et de la prolifération cellulaire au niveau des régions ventriculaire et sous-ventriculaire. Cette perte fonctionnelle de HIF-1α provoque également une diminution du nombre des cellules Sox2+ et Pax6+ et une augmentation des progéniteurs intermédiaires (Tbr2+). Ces données suggèrent donc que HIF-1α dans les CSN joue un rôle essentiel sur la neurogenèse embryonnaire. Parallèlement, j’ai participé à l’identification d’acteurs moléculaires impliqués dans la migration/invasion radio-induite des cellules souches de gliomes (CSG) précédemment mise en évidence au laboratoire. Nos résultats démontrent que la migration radio-induite des CSG est dépendante de HIF-1α qui intervient en régulant positivement la protéine JMY qui, de par son activité de polymérisation des filaments d’actine favorise la migration cellulaire. A l’instar des CSG, des expériences de vidéo-microscopie montrent que la migration radio-induite observée dans les CSN est également dépendante de HIF-1α. En conclusion, le développement d’un modèle transgénique knockout conditionnel inductible Glast-YFP-CreERT2 ; HIF-1αflox/flox nous a permis de caractériser l’importance de HIF-1α dans les CSN au cours de la neurogenèse. Son utilisation devrait également nous permettre d’identifier de nouveaux acteurs moléculaires dépendants de HIF-1α impliqués dans la migration radio-induite des CSN et des CSG. De par leurs caractéristiques communes avec les CSG, l’identification de ces nouveaux acteurs identifiés dans les CSN pourrait représenter de nouvelles cibles thérapeutiques afin d’améliorer à plus long terme l’efficacité des traitements des patients atteints de glioblastomes par l’inhibition de mécanismes moléculaires stimulant la migration radio-induite des CSG au cours de la radiothérapie.

The regulation of embryonic neurogenesis involves many intrinsic and extrinsic factors delivered within a strict temporal sequence. Among these factors, oxygen plays an important role in the maintenance and the differentiation of neural stem cells (NSCs) located in hypoxic areas of the brain. In this context, the transcription factor HIF-1α, one of the main contributors in adaptive responses to oxygen variations, could play a major role in embryonic neurogenesis. We evaluated the consequences of the loss of HIF-1α on neurogenesis by developing a model of transgenic mice Glast-YFP-CreERT2 ; HIF-1αflox/Flox in which HIF-1α is specifically inhibited in the GLAST+ radial glia cells, which play the role of neural stem cells in the embryo. In this model, the loss of HIF-1α caused a significant and rapid alteration of cortical angiogenesis associated with a decrease in the neocortex thickness. These changes were not correlated with cortical cell death but to a decrease in the number of mitoses and in cell proliferation in the ventricular and subventricular regions. HIF-1α inactivation caused a loss of Sox2 + and Pax6 + cells and an increase in intermediate progenitors (Tbr2+). These data suggest that HIF-1α plays an essential role in embryonic neurogenesis. At the same time, I participated in the identification of molecular actors involved in the radiation-induced migration of glioma stem cells (GSCs) which was previously demonstrated in our laboratory. Our data show that the radiation-induced migration of the GSCs is HIF-1α dependent and enhances JMY expression, a protein that has the ability to promote cell motility by enhancing the polymerization of actin filaments. Like the GSCs, in vitro video-microscopy experiments demonstrate that sublethal irradiation induced an HIF-1α dependent migration in NSCs. These in vitro results were confirmed in vivo in our transgenic model. In conclusion, the development of the transgenic inducible conditional knockout model Glast-YFP-CreERT2 ; HIF-1αflox/Flox allowed us to characterize the role of HIF-1α in NSCs during embryonic neurogenesis. This model will allow us to identify new HIF-1α dependent molecular actors involved in the radiation-induced migration of NSCs and GSCs. Due to their common characteristics with GSCs, the identification of the newly identified molecules in NSCs could represent new therapeutic targets destinated to improve in the longer term the efficacy of glioblastomas patients treatment. The inhibition of these new molecular mechanisms during radiotherapy may be effective to prevent the radiation-induced migration of GSCs.