Embryonic Origin of Adult Neural Stem Cells in the Zebrafish Pallium

par Lara Dirian

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Laure Bally-Cuif.


  • Résumé

    Les cellules souches neurales adultes (aNSCs) sont définies par des fonctions d’auto-Renouvellement et de multipotence qui leur permettent de générer dans le cerveau adulte tant des neurones que des cellules gliales. Contrairement aux mammifères, le cerveau de poisson zèbre présente de nombreuses zones de neurogenèse adulte dont la plus caractérisée est la zone ventriculaire du pallium. Elle est composée de cellules de glies radiaires qui font office de aNSCs dans cette partie du cerveau. Quels progéniteurs neuraux embryonnaires sont sélectionnés pour être à l’origine de ces aNSCs reste mal connu. Ce travail a pour objectif de déterminer la contribution relative de deux populations de progéniteurs neuraux embryonnaires, les “clusters proneuraux” (impliqués dans la neurogenèse embryonnaire) et les “pools de progéniteurs” (caractérisés par une neurogenèse tardive), dans la formation des aNSCs du pallium de poisson zèbre. Dans un premier temps, à l’aide de techniques génétiques de lignage cellulaire, nous avons pu identifier la population de progéniteurs neuraux embryonnaires à l’origine d’une sous-Population des aNSCs située dans la partie dorso-Médiane du pallium. Des expériences de lignage utilisant la lignée de poisson zèbre her4:ERT2CreERT2 combinées à des traitements inhibiteurs de la voie de signalisation Notch nous ont permis de déterminer que les progéniteurs neuraux donnant naissance aux aNSCs du pallium dorso-Médian expriment le gène « Enhancer of split » her4, qui caractérise les “clusters proneuraux”, ce dès des stades très précoces du développement. Dans un second temps, des analyses clonales ainsi que des recombinaisons spatialement contrôlées par laser nous ont permis de mettre en évidence que les aNSCs de la partie latérale du pallium de poisson zèbre ne proviennent pas de progéniteurs embryonnaires exprimant her4 et maintenus par la voie Notch, mais d’une population restreinte de cellules neuroépitheliales situées dans la plaque du toit du télencéphale embryonnaire. Ces cellules présentent des caractéristiques spécifiques des “pool de progéniteurs”, à savoir l’expression de gènes her non-Canoniques (dont l’expression n’est pas dépendante de la voie de signalisation Notch) tels que her6 et her9, l’expression de ligands de voies de signalisation telles que Wnt, BMP et FGF, et une neurogenèse tardive. Elles génèrent progressivement, à partir du stade juvénile, une grande partie des aNSCs du pallium latéral. De plus, une partie de ces cellules neuroépitheliales persistent dans le pallium latéral postérieur chez l’adulte et continuent de former de novo des aNSCs dans cette région du cerveau. Outre la vision globale que cette étude nous a permis d’avoir sur l’origine embryonnaire de la totalité des aNSCs du pallium de poisson zèbre, elle a aussi délivré des informations sur les étapes de maturation progressive des progéniteurs embryonnaires pour former les aNSCs, et les similitudes et divergences qui existent entre la population dorso-Médiane et latérale à ce sujet. Enfin, en traçant les neurones issus des cellules souches à différents stades, cette étude a pour la première fois mis en évidence la formation progressive des compartiments neuronaux du pallium de poisson zèbre, et ainsi permis d’apprécier les homologies de ces compartiments avec les régions du pallium de souris.

  • Titre traduit

    Origine embryonnaire des cellules souches neurales adultes du pallium de poisson zèbre


  • Résumé

    Adult neural stem cells (aNSCs) are defined by their self-Renewal and multipotency, which allow them to generate both neurons and glial cells in the adult brain. Contrary to mammals, the zebrafish brain maintains numerous neurogenic zones in the adult, among which the most characterized is the pallial ventricular zone. It is composed of radial glial cells serving as aNSCs. Which embryonic neural progenitors are at the origin of these aNSCs is still unknown. This work aims to determine the relative contributions of two embryonic neural progenitor populations, the «proneural clusters» (involved in embryonic neurogenesis) and the « progenitor pools » (characterized by a delayed neurogenesis), to the formation of aNSCs in the zebrafish pallium. First, using genetic lineage tracing techniques, we were able to identify the embryonic neural progenitor population at the origin of a subpopulation of aNSCs located in the dorso-Medial part of the pallium. The her4:ERT2CreERT2 transgenic driver line, combined with pharmacological treatments inhibiting the Notch signalling pathway, allowed showing that neural progenitors giving rise to dorso-Medial pallial aNSCs express the « Enhancer of split » her4 gene, specifically expressed in « proneural clusters » from very early stages of development. As a second step, clonal analyses as well as spatially controlled recombinations by laser highlighted that aNSCs of the zebrafish lateral pallium do not derive from her4-Positive embryonic progenitors maintained by the Notch pathway, but from a restricted population of neuroepithelial cells located in the embryonic telencephalic roof plate. These cells display « progenitor pool » specific features, as for instance the expression of non-Canonical her genes (independent of Notch signalling) such as her6 and her9, the expression of components of signalling pathways such as Wnt, BMP, FGF, and a late neurogenesis onset. These progenitors progressively generate, from juvenile stages, the vast majority of the aNSCs of the lateral pallium. Most interestingly, a small population of these neuroepithelial cells persists in the postero-Lateral pallium at adult stage and keeps generating de novo aNSCs of this brain region. In addition to identifying the origin of pallial aNSCs in the zebrafish, this study also delivers information on the progressive maturation steps that embryonic progenitors undergo to generate aNSCs, and highlights similarities and differencies existing between the dorso-Medial and lateral progenitors. Finally, this work also permits tracing the neurons generated by stem cells at different stages. This reveals for the first time the progressive formation of the different zebrafish pallial compartements, and allows appreciating their homologies with the mouse pallial regions.


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