Détermination des précurseurs des oligodendrocytes dans la moelle épinière embryonnaire ventrale : rôles des FGFs dans la modulation du signal Shh et l'engagement des progéniteurs Olig2 vers un destin glial

par Marie-Amélie Farreny

Thèse de doctorat en Gènes, cellules et développement

Sous la direction de Catherine Soula.

Soutenue en 2013

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Le système nerveux central des vertébrés (SNC), cerveau et moelle épinière, est composé d'une grande diversité de cellules aux fonctions très spécifiques. Deux classes de cellules sont majoritaires dans ce tissu : les neurones et les cellules gliales. Le tube neural, ébauche embryonnaire du SNC, s'organise en différents domaines de cellules immatures appelées progéniteurs neuraux. Chaque domaine est à l'origine d'une population neuronale ou gliale particulière, telle que les oligodendrocytes, cellules myélinisantes du SNC. La moelle épinière embryonnaire représente un bon modèle d'étude du développement de ces cellules. Dans ce tissu, l'origine spatiale et temporelle des oligodendrocytes est bien décrite. La majorité des oligodendrocytes se différencient à partir d'un petit groupe de progéniteurs neuraux localisés dans la région ventrale et caractérisés par l'expression du facteur de transcription Olig2. De manière intéressante, ces progéniteurs neuraux génèrent la totalité des neurones moteurs pendant les premières phases du développement, puis changent de destinée et s'engagent vers la voie de différenciation oligodendrocytaire. Une élévation de l'activité du facteur morphogène Sonic hedgehog (Shh) dans les progéniteurs Olig2 est responsable de l'induction des oligodendrocytes et de l'arrêt de la genèse des neurones moteurs. Cependant, ce facteur joue également un rôle dans l'induction des neurones moteurs et ne peut être considéré comme un facteur spécifique de la différenciation oligodendrocytaire. Ce constat nous a amenés à poser la question de l'implication d'autres voies de signalisation, et en particulier celle des FGFs (Fibroblast Growth Factors), connus pour induire une deuxième vague d'oligodendrogenèse au cours des stades fœtaux. L'analyse de l'expression des récepteurs aux FGFs et des gènes cibles des FGFs dans les progéniteurs neuraux ventraux au cours du développement, nous a permis de mettre en évidence une corrélation spatiale et temporelle entre l'activation de la voie de signalisation FGF et l'initiation de la différenciation oligodendrocytaire. Des études fonctionnelles, réalisées à partir de cultures organotypiques de moelles épinières embryonnaires de poulet, montrent que des traitements avec des inhibiteurs pharmacologiques spécifiques des récepteurs aux FGFs ou la surexpression transitoire d'un récepteur FGF tronqué de son domaine intracellulaire, sont suffisants pour inhiber la différenciation des progéniteurs Olig2 en oligodendrocytes. Inversement, stimuler fortement l'activation de la voie de signalisation FGF par la surexpression du ligand FGF8, augmente significativement la genèse des oligodendrocytes ventraux. Nos travaux mettent également en évidence une double fonction pour les FGFs qui participent à la stimulation de la différenciation des oligodendrocytes à la fois indirectement, en régulant positivement la synthèse de Shh, et directement en stimulant les progéniteurs Olig2. L'ensemble de mes travaux de thèse mettent en évidence le rôle majeur des FGFs dans l'induction du lignage oligodendrocytaire au cours du développement de la moelle épinière embryonnaire. De manière inattendue, nous montrons que les FGFs agissent à deux niveaux. Ils régulent la synthèse du morphogène Shh et contribuent ainsi à élever son activité nécessaire à l'induction des oligodendrocytes. Parallèlement, les FGFs jouent également un rôle instructif sur les progéniteurs neuraux Olig2, en coopération avec Shh, et contribuent ainsi à engager ces cellules vers la voie de différenciation oligodendrocytaire.

  • Titre traduit

    Oligodendrocyte development in the embryonic ventral spinal cord : roles of FGFs in regulating the Shh signal and the motoneuron-oligodendrocyte fate switch


  • Résumé

    The vertebrate central nervous system (CNS), including the brain and the spinal cord), is composed of a large diversity of cells with highly specific functions. Neurons and glial cells are the two major classes of cells in this tissue. The neural tube, the embryonic draft of the CNS, is segmented into distinct domains of immature cells, named the neural progenitors. Each of these domains is dedicated to generate a particular neuronal or glial cell population such as oligodendrocytes, the myelinating cells of the CNS. The embryonic spinal cord serves as a good model for studying the development of these glial cells, whose spatial and temporal origin is well described. In this tissue, most of oligodendrocytes differentiate from a subset of neural progenitors localized in the ventral region and characterized by the expression of the transcription factor Olig2. Interestingly, these progenitors generate all of the motorneurons during the first steps of development; they further change their fate and produce oligodendrocytes. A rise in the activity of the morphogen factor Sonic hedgehog (Shh) on Olig2 progenitors induces oligodendrocyte development and stop motorneuron generation. However, this factor plays also a role in motorneurons induction at early stages ofdevelopment and cannot therefore be considered as a specific factor of oligodendrocyte induction raising the possibility that other signaling pathways could be involved, notably FGFs (Fibroblast Growth Factors), known to induce a second wave of oligodendrogenesis during fetal stages. Our work evidenced that the expression of FGFs receptors as well as up-regulation of FGF target genes in ventral neural progenitors was spatially and temporally correlated with the onset of oligodendrocyte generation. Functional analysis based on organotypic cultures of embryonic chicken spinal cords, showed that treatments with specific pharmacological inhibitors of FGF receptors are sufficient to inhibit oligodendrocyte production from Olig2 progenitors. Similar results were obtained following overexpression of a dominant-negative form of FGF receptors truncated from its intracellular domain. Conversely, activation of the FGF signaling pathway through overexpression of the FGF8 ligand is sufficient to stimulate oligodendrocyte generation from Olig2 progenitors. Finally, our work showed that FGFs stimulate oligodendrocyte differentiation both indirectly, by positively regulating the synthesis of Shh, and directly by targeting Olig2 progenitors. Hence, my PhD work evidences a major role of FGFs in initiating oligodendrocyte generation in the embryonic ventral spinal cord and highlights an unexpected dual activity of FGFs, involved in elevating Shh activity but also acting in cooperation with Shh to trigger Olig2 progenitors to follow an oligodendroglial fate.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-178

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2013 TOU3 0108
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