Réseau régulateur de la bordure neurale et de la crête neurale, du tissu aux cellules uniques

From tissue to single cell : the neural border and neural crest gene regulatory network

• Auteur / Autrice : Aleksandr Kotov
• Direction : Anne-Hélène Monsoro-Burq, Thomas Walter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Soutenance le 14/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Signalisation, radiobiologie et cancer (Orsay, Essonne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Creuzet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Golzio, Franck Picard, Jean-François Riou, Jean-Loup Duband, Antoine Zalc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Golzio, Franck Picard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage automatique

Crête neurale

Génomique

Séquençage des acides nucléiques

Séquençage de l'ARN

MicroARN

Mots clés libres

. scRNA-seq

Crête neurale

Réseau de régulation génique

Évolution de l'état cellulaire

. scRNA-seq

Neural crest

Gene regulatory network

Cell state evolution

Résumé

La crête neurale est un groupe de cellules qui apparaît au cours du développement embryonnaire des vertébrés et donne naissance à un large éventail de types cellulaires, tels que les neurones, le osteoblastes craniofaciaux et les mélanocytes. La crête neurale se forme à partir d'un domaine ectodermique qui forme également les progéniteurs des organes sensoriels céphaliques, les placodes. Dans cette thèse de doctorat, nous utilisons une combinaison de techniques, dont le séquençage d'ARN sur cellule unique, pour étudier les réseaux de régulation génique contrôlant la formation de la crête neurale. En analysant les profils transcriptionnels de cellules individuelles, nous avons pu identifier des sous-populations distinctes de cellules au sein des progéniteurs de la crête neurale. Nous avons également identifié des gènes spécifiquement exprimés ou enrichis dans chaque sous-population et utilisé le séquençage après immuniprécipitation de la chromatine pour étudier les sites de liaison de quelques facteurs de transcription-clés qui régulent ce réseau et en définir les gènes-cibles. De plus, nous avons étudié le rôle de deux micro-ARN dans la régulation de ce réseau. Nos résultats mettent en évidence la nature complexe et dynamique des réseaux de régulation des gènes contrôlant le développement et la fonction de la crête neurale. De plus, nous avons étudié la relation entre la crête neurale et les placodes. Nous avons également développé un outil informatique capable de prédire l'évolution des types de cellules et l'avons appliqué sur la crête neurale pour étudier son histoire évolutive. Dans l'ensemble, nos découvertes fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes contrôlant le développement et la fonction de la crête neurale et ont des implications potentielles pour la compréhension et le traitement des neurocristopathies, défauts congénitaux ou tumeurs liés à la crête neurale.

The neural crest is a group of cells that arises during embryonic development in vertebrates and gives rise to a diverse array of cell types, such as neurons, craniofacial osteoblasts and melanocytes. Neural crest cells emerge from an ectoderm territory, the neural border, which also forms progenitors of the head sensory organs, the cranial placodes. In this doctoral thesis, we use a combination of techniques, including single-cell RNA-sequencing, to study the gene regulatory networks driving neural crest formation (NC-GRN). By analyzing the transcriptional profiles of individual cells, we were able to identify distinct subpopulations of cells among early neural crest progenitors. We also identified genes that are specifically expressed or enriched in each subpopulation and used ChIP-sequencing for a few key transcription factors, in order to define their binding sites and target genes, within the NC-GRN. In addition, we investigated the role of micro-RNAs in regulating this network. Our findings highlight the complex and dynamic nature of the gene regulatory networks controlling the development of the neural crest. Furthermore, we studied the relationship between the neural crest and placodes. We also developed a computational tool that can predict the evolution of cell types and applied it on the neural crest to study its evolutionary history. Overall, our findings provide new insights into the mechanisms controlling the development of the neural crest and its related cell types. Our studies have potential implications for the understanding and treatment of neural crest-related disorders.