Rôle de la Sémaphorine 3B dans la neurogenèse de la moelle épinière

par Elise Arbeille

Thèse de doctorat en Neur-développement

Sous la direction de Valérie Castellani et de Frédéric Moret.

Le président du jury était Bénédicte Durand.

Le jury était composé de Valérie Castellani, Frédéric Moret, Jean-Stéphane Joly.

Les rapporteurs étaient Sonia Garel, Xavier Morin.


  • Résumé

    L'orientation des divisions cellulaires est un processus majeur impliqué dans la morphogenèse des tissus, le renouvellement et le contrôle du destin cellulaire. Au cours du développement du système nerveux chez les vertébrés, la croissance du tube neural et la génération des cellules neuronales et gliales résultent de la prolifération de progéniteurs neuraux organisés le long d'un neuroépithelium fermé autour d'un canal central. L'orientation du fuseau des progéniteurs en mitose par rapport au plan apical est cruciale pour la conservation de l'intégrité du neuroepithelium. Elle peut aussi influencer le destin des cellules filles. Jusqu’à présent, les études se sont principalement concentrées sur les mécanismes intracellulaires contrôlant l'orientation du fuseau mitotique, en revanche, l'existence de signaux extracellulaires y contribuant est mal définie à l’heure actuelle. Durant le développement de la moelle épinière, le canal du tube neural est une source de signaux extracellulaires majeurs comme les morphogènes. Pour la plupart des progéniteurs neuraux, la mitose a lieu au niveau apical à proximité du canal central. Nous avons donc émis l’hypothèse que le canal pourrait aussi délivrer des signaux extracellulaires régulant l'orientation des divisions des progéniteurs neuraux. Mes travaux de thèse révèlent que de tels signaux existent. Plus particulièrement je montre que la Sémaphorine 3B, un facteur initialement connu pour son rôle chimiotropique, joue un rôle majeur dans l'orientation des divisions des progéniteurs spinaux. Chez des embryons de souris E10.5 maintenus en incubation à court terme après ouverture de leur tube neural et dilution du liquide céphalorachidien, nous observons une forte augmentation du pourcentage de divisions obliques comparées aux embryons non ouverts. L’analyse d’une lignée de souris dans laquelle le canal central est scindé en deux sous-canaux indépendants, créant ainsi une obstruction du flux entre les parties dorsales et ventrales du canal révèle aussi une altération de l'orientation des divisions des progéniteurs neuraux. Des signaux provenant du canal sont donc nécessaires à l'orientation planaire de la division d'une population de progéniteurs spinaux. Par hybridation in situ et immuno-marquage, nous avons mis en évidence l'expression d'ARN et de protéines Sema3B dans des cellules de la plaque du plancher aux stades E10.5 et E11.5. Ce résultat suggèrait que cette Sema3 pouvait être sécrétée dans le canal de l’épendyme. L'invalidation du gène Sema3B a conduit à une diminution du pourcentage des divisions planaires à E10.5 sans changement de leur nombre ou de leur polarité. De plus, une exposition à court terme des tubes neuraux ouverts à de la Sema3B exogène, a rétabli des divisions planaires dans une large proportion de progéniteurs neuraux. Les défauts d’orientation des mutants Sema3B sont corrélés à une altération secondaire de la prolifération, de la croissance de la moelle et de la neurogenèse. Ces résultats révèlent ainsi qu'au-delà de son rôle de sécréteur de morphogène, la plaque du plancher fournit aussi un signal extracellulaire qui contrôle l'orientation de division de progéniteurs neuraux. Ce travail suggère aussi que la signalisation Sémaphorine, connue comme instructive dans le guidage des cellules et axones migrants, puisse être interprétée par des cellules neuroépitheliales comme des repères spatiaux extrinsèques permettant l'orientation de leur fuseau mitotique

  • Titre traduit

    Semaphorin 3B role in spinal cord neurogenesis


  • Résumé

    In pluricellular organisms, the orientation of cell division has a major impact on tissue morphogenesis architecture and renewal, as well as on cell fate choices. During the development of the central nervous system in vertebrates, the growth of the neural tube and the generation of neuronal cells and glial cells result from the proliferation of neural progenitors organized in a neuroepithelium closed around a central canal. The orientation of progenitor mitotic spindle with respect to the apical plan is important for the conservation of the integrity of the neuroepithelium and influences the fate of daughter cells. Previous studies mainly focused on intracellular mechanisms controlling the mitotic spindle orientation, but whether extracellular signaling contributes to this process remains unknown. In the developing spinal cord, the lumen is a source of major extracellular signals like morphogens. For most neural progenitors, the mitosis takes place at the apical pole in tight vicinity of the central lumen. We hypothesized that canal-derived extracellular signals could regulate the orientation of neural progenitor divisions. My PhD work aimed at testing this hypothesis and identifying such factors. We show that dorsally open neural tubes from E10.5 mice, maintained in short term culture display a strong increase in the percentage of oblique divisions compared to un-open ones. The genetic disruption of the lumen fluid diffusion between the ventral and dorsal parts of the lumen leads to similar defects. Lumen-derived signals are thus required for neural progenitors to achieve planar divisions in the mouse spinal neuroepithelium at the onset of neurogenesis. By in situ hybridization, immunostaining and a knock-in mouse line, we detected Sema3B mRNA and proteins in floor plate cells at E10.5 and E11.5, which suggests that it could be secreted in the lumen of the spinal cord. The invalidation of Sema3B results in a decrease in the percentage of planar divisions in E10.5 spinal progenitors without alteration of progenitor number or polarity. Furthermore, a short term exposure of open neural tubes to exogenous Sema3B restores planar divisions in a large population of spinal progenitors. We observed that Sema3B knock out subsequently altered proliferation and neurogenesis steps. These results thus reveal that beyond its role as morphogen-releasing organizer, the floor plate also provides an extracellular signal which controls the orientation of neural progenitor division. This work also suggests that Sema signaling known as an instructive chemotropic cue in the guidance of migrating cells and axons also serves for neuroepithelial cells as an extrinsic cue to control the orientation of their division


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