Mécanismes de régulation de l’activité de la lignée neurale adulte

Abstract

Chez l’adulte, la production de neurones est possible grâce aux cellules souches neurales (NSC) qui maintiennent la neurogenèse tout au long de la vie. La prolifération des NSC permet de générer des progéniteurs puis des neuroblastes. Cependant, la difficulté de croiser les données fonctionnelles et anatomiques pose un problème majeur pour l’étude de la neurogenèse. Plusieurs publications indiquent que les NSC mitotiques sont éphémères, ce qui nécessite la présence d’un réservoir de cellules pour leur succéder. L’hypothèse est qu’il existe des NSC dormantes qui seraient activées pour les remplacer. Anatomiquement, des cellules quiescentes, ayant la même morphologie et des caractéristiques antigéniques similaires, sont présentes aux côtés des NSC mitotiques, il a donc été suggéré que ces dernières forment le réservoir cellulaire. Leur transition, de l’état de quiescence à actif, ainsi que leurs mécanismes d’activation sont inconnus, mais représentent un enjeu majeur pour permettre la modulation de la neurogenèse adulte. Afin de comprendre les mécanismes d’activation, nous avons voulu comprendre comment des facteurs extrinsèques, aux effets opposés, sont intégrés par les NSC et les progéniteurs. Ainsi, nous avons choisi d’opposer un facteur stimulant la prolifération cellulaire (EGF) à un anti-neurogénique (BMP). Les résultats obtenus démontrent que BMP est dominant sur l’ensemble des comportements cellulaires observés tels que la prolifération et la différenciation in vitro. La prépondérance de BMP n’est pas obtenue par l’inhibition des voies de signalisation en aval d’EGF, puisque la Rapamycine, un inhibiteur de mTOR, induit des effets différents de BMP. In vivo, BMP limite la prolifération induite par EGF. Grâce à l’électroporation, technique permettant de cibler spécifiquement les cellules astrocytaires du ventricule, nous avons démontré que l’inhibition de la voie des SMAD, qui intègre le facteur BMP, permet d’amorcer les NSC. Lors de cette expérience, nous avons réalisé que la grande majorité des cellules électroporées étaient quiescentes, nous offrant ainsi l’opportunité de définir les propriétés biologiques de ces cellules dormantes. Ainsi, cette approche nous a permis de déterminer que les cellules électroporées ne produisent que très peu de neurones. De plus, elles ne permettent pas la régénération de la zone sous-ventriculaire ni la production de neurosphères, ce qui implique qu’elles sont difficilement activables. Cependant, l’induction de la voie d’EGF dans ii celles-ci permet de les amorcer et de les faire entrer dans le cycle cellulaire. Nos résultats suggèrent donc que les cellules électroporées ne contribuent que faiblement à la neurogenèse adulte et à la production des NSC mitotiques. Avec ces données obtenues, nous pouvons supposer qu’il existe une hétérogénéité des cellules astrocytaires, au contact du liquide cérébro-spinal, dont certaines populations seulement contribuent à la neurogenèse ou que les NSC mitotiques sont générées à partir d’une autre population cellulaire.

In the adult, neuron production is possible through neural stem cells (NSCs) that maintain neurogenesis throughout life. The proliferation of NSCs makes it possible to generate progenitors and new neuroblasts. The difficulty of intersecting functional and anatomical data poses a major problem. Several publications indicate that mitotic NSCs are ephemeral and disappear after division, which requires the presence of a reservoir of cells to succeed them. The hypothesis is that there are dormant NSCs that would be activated to replace them. Anatomically, quiescent cells, with same morphology and antigenic characteristics, are present alongside the mitotic NSCs, it has been postulated that they provide the cellular reservoir. Their transition, from quiescent state to active, and their activation mechanisms are unknow but represent a major issue to allow adult neurogenesis modulation. To understand activation mechanisms, we wanted to understand how extrinsic factors, with opposite effects, can be integrate by NSCs and progenitors. Thus, we chose to oppose a factor stimulating cell proliferation (EGF) to an anti-neurogenic (BMP). The results obtained in vitro demonstrated that BMP is dominant over all observed cellular behaviors including proliferation and differentiation. The dominance of BMP is not achieved by the inhibition of downstream signaling pathways of EGF, since Rapamycin, an inhibitor of mTOR, induces different effects on BMP. In vivo, BMP limits the proliferation induced by EGF. Using electroporation, approach which allow to specifically target astrocytic cells in the lateral wall, we showed that the inhibition of the SMAD pathway, which integrates the BMP factor, makes it possible to prime the NSCs. In this experiment, we realized that the majority of electroporated cells were quiescent, giving us an opportunity to define the biological properties of these dormant cells. This approach allowed us to show that the electroporated cells are largely quiescent and produce very few neurons. In addition, they do not allow the regeneration of the subventricular zone nor the production of neurospheres, which implies that they are difficult to activate. However, activation of the EGF pathway can prime them and allow them to enter the cell cycle. Our results suggest that electroporated cells contribute only marginally to adult neurogenesis and mitotic NSC production. With these data, we can suppose that there exists a heterogeneity of the astrocytic cells in contact with the cerebrospinal fluid of which only some iv populations contribute to neurogenesis or that the mitotic NSCs are generated from another cell population.