Etude du potentiel neurogénique des cellules souches mésenchymateuses : effet de l’activation de l’hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1)

A study on the neurogenic potential of mesenchymal stem cells : effect of the hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) activation

• Auteur / Autrice : Emilie Pacary
• Direction : Myriam Bernaudin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cerveau

Ischémie

Oxygène

Développement neurologique

Cellules souches

Résumé

La mise en évidence de la plasticité des cellules souches mésenchymateuses (CSM) de la moelle osseuse a ouvert de nouvelles perspectives thérapeutiques pour le traitement de l’ischémie cérébrale. Leur capacité de différenciation neuronale étant toutefois très controversée, nous avons cherché à mieux caractériser les CSM en tant que source de neurones in vitro. L’expression de gènes dépendant de l’oxygène semblant jouer un rôle crucial dans la neurogenèse, nous avons étudié l’effet d’agents capables de mimer l’activation hypoxique de HIF-1, comme le chlorure de cobalt (CoCl2), sur la différenciation des CSM in vitro. De plus, la neuritogenèse étant une étape importante dans le processus de différenciation neuronale où la voie Rho-Rho kinases (ROCKs) semble jouer un rôle essentiel, nous avons testé l’effet d’un inhibiteur des ROCKs, le Y-27632, sur la différenciation des CSM en présence ou non d’une activation de HIF-1. Ces agents induisent une inhibition de la prolifération des CSM et un changement morphologique de ces cellules qui présentent alors un phénotype et des caractéristiques fonctionnelles de neurones immatures. Outre cet effet, nous avons montré que le co-traitement alliant une activation de HIF-1 et une inhibition des ROCK favorise la différenciation neuronale des neurosphères et la croissance neuritique des PC12. Ce co-traitement semble donc représenter une stratégie pertinente pour induire la différenciation neuronale de différents types cellulaires in vitro. Par ailleurs, associées à l’érythropoïétine, les CSM augmentent in vivo la neurogenèse post-ischémique. Les CSM pourraient donc constituer un outil intéressant pour le traitement de l’ischémie cérébrale.

The plasticity of adult stem cells like bone-marrow derived mesenchymal stem cells (MSC) raises many hopes for the development of new therapeutic strategies for the treatment of cerebral ischemia. However, their capacity of neuronal differentiation is still a high controversial topic. In this context, the aim of this study was to better characterize the neurogenic potential of MSC in vitro. Since a number of recent studies suggest that oxygen-dependent gene expression is of crucial importance in governing essential steps of neurogenesis, we analysed the effect of the HIF-1 activation mimicking agents, like cobalt chloride (CoCl2), on MSC differentiation. Moreover, since neuritogenesis is one of the first steps of neuronal differentiation in which the Rho-Rho kinases (ROCKs) system plays a decisive role, we also studied the effect of Y-27632, a ROCK inhibitor, on CoCl2-treated cells. These treatments induce morphological changes of MSC and expression changes according to a differentiation into neuron-like cells and cell-cycle arrest. Moreover, CoCl2/Y-27632 co-treatment gives rise to cells with functional characteristics of immature neurons. Besides this effect on MSC, HIF-1 activation and ROCK inhibition favours neuronal differentiation of neurospheres and neurite outgrowth of PC12 in vitro. So a co-treatment targeting both HIF-1 and ROCK pathways might be a useful general paradigm to differentiate stem cells into neurons. Moreover, MSC induce neurogenesis after cerebral ischemia when they are co-injected with erythropoietin. So MSC could be an interesting tool for cell transplantation after cerebral ischemia.