Mécanismes cellulaires et moléculaires du développement des cellules épendymaires

par Gonzalo Ortiz ÁLvarez

Projet de thèse en Neurosciences

Sous la direction de Nathalie Spassky.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Cerveau, cognition, comportement , en partenariat avec Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    Les cellules épendymaires sont un type de néuroglie formées par des cellules multiciliées. Ces dernières forment un revêtement autour de l'épithélium ventriculaire du cerveau du mammifère adulte et le canal central de la moelle épinière. Le battement coordonné des cils de ces cellules permet la circulation du liquide céphalorachidien dans les cavités ventriculaires. Ce type de cellule est généré dans une zone du télencéphale appelée la zone ventriculaire (ZV), qui est située autour des ventricules, vers la fin du développement embryonnaire. Elles proviennent d'une population de cellules souches appelée cellules de Glie Radiaire (GRs) qui sont les principales cellules souches neurales chez l'embryon. Les cellules épendymaires maturent plus tard, au cours de la première semaine après la naissance, et c'est là qu'elles développent leur caractère multicilié. Elles restent dans la ZV. Même si la distribution des cellules épendymaires a été étudiée en profondeur tout au long des étapes embryonnaires et adultes, l'origine des cellules épendymaires reste un sujet avec plusieurs questions non répondues dans la littérature scientifique. L'un des premiers objectifs du projet de thèse est de trouver l'origine spatiale des cellules épendymaires, si elles sont formées localement dans la ZV ou si elles migrent de leur lieu d'origine. Nous ferons des analyses immuno-histochimiques de souris transgéniques qui codent une protéine fluorescente rapporteuse en présence de la recombinase Cre (système Cre-loxP). Cette recombinase est à son tour exprimée dans des cellules exprimant les facteurs de transcription Nkx2.1, Gsh2 ou Emx1. Ces protéines sont exprimées dans des domaines spatiaux mutuellement exclusifs autour des ventricules, mais leur expression n'a pas été étudiée sur les cellules épendymaires de la ZV. En outre, nous prévoyons de démontrer le type de division cellulaire que les GRs effectuent pour générer des cellules épendymaires, soit asymétrique ou symétrique, dans laquelle un seul progéniteur générerait deux cellules épendymaires. Pour prouver ce phénomène, nous réaliserons des électroporations in utero de plasmides Brainbow. Ceux-ci marquent de manière stable des cellules progénitrices avec une combinaison fluorescente unique, de sorte que les cellules filles sont marquées de la même manière, mais différemment des autres paires de cellules voisines. De plus, nous utiliserons des souris MADM (Mosaic Analysis with Double Markers), qui utilisent la recombinaison mitotique interchromosomique dépendante de Cre-loxP pour générer des cellules filles homozygotes marquées de façon unique. L'analyse des groupes de cellules marquées par la fluorescence nous permettra d'élucider les relations clonales et le type de division cellulaire qui a lieu. Finalement, notre but est d'identifier les gènes clés qui jouent un rôle dans le processus de différenciation et division des descendants des GRs. Une analyse RNA-seq des RGs, cellules souches engagées sur la lignée épendymaire et les cellules épendymaires multiciliées différenciées a été réalisée dans notre groupe (non publié). Une étude des gènes spécifiquement exprimés sera effectuée et des gènes candidats pour le processus de spécification seront étudiés.

  • Titre traduit

    Cell and molecular mechanisms of ependymal cell development


  • Résumé

    Ependymal cells are a type of multicilated neuroglia that form an epithelium lining around the ventricular system of the adult mammal brain and the central canal of the spinal cord. The coordinated beating of these cells' cilia allows the flow of the cerebrospinal fluid in the ventricular cavities. This cell type is generated in an area of the telencephalon called the Ventricular Zone (VZ), the area lining the ventricles, around the late stages of embryonic development. They arise from a stem cell population called Radial Glia cells (RGs), the main type of neural stem cell (NSC) in the developing mammalian brain. Ependymal cells mature later, during the first postnatal week, as they develop their multiciliated nature, and remain within the VZ. Even though the distribution of ependymal cells has been thoroughly studied throughout embryonic stages and adulthood, the origin of ependymal cells remains a subject with several unresolved questions in the literature. One of the first aims of the PhD project is to elucidate the spatial origin of ependymal cells, whether they are formed locally in the VZ or they migrate from their place of origin. We will perform immunohistochemistry analyses of transgenic mice coding a fluorescent reporter protein in the presence of the Cre recombinase (Cre-loxP system). Such recombinase is in turn expressed in Nkx2.1, Gsh2 or Emx1 transcription factor-expressing cells. These proteins are expressed in determined mutually-exclusive localized areas around the ventricles, but their expression has not been assessed on VZ ependymal cells. In addition, we plan to demonstrate the type of cell division that RGs undergo to generate ependymal cells, either asymmetrical or symmetrical, in which a single progenitor would generate two ependymal cells. To prove such phenomenon, we will do in utero electroporation of Brainbow plasmids. These stably label progenitor cells with a unique fluorescent combination, so that daughter cells are marked equally, but differently to other cell pairs around. Additionally, we will use MADM (Mosaic Analysis with Double Markers) mice, which uses Cre-loxP-dependent interchromosomal mitotic recombination to generate uniquely labeled homozygous daughter cells. The analysis of fluorescently-labeled cell clusters will enable us to elucidate clonal relations and the type of cell division mechanism. Finally, it is our goal to identify key genes that play a role in the differentiation and division process of RG descendants. RNA-seq analysis of RGs, ependymal-lineage committed stem cells and differentiated multiciliated ependymal cells has been carried out in our group (not published). A study of the differentially expressed genes will be performed and candidate genes for the specification process will be studied. 1. Spassky, N. et al. Adult ependymal cells are postmitotic and are derived from radial glial cells during embryogenesis. J. Neurosci. 25, 10–8 (2005). 2. Alvarez-Buylla, A., Kohwi, M., Nguyen, T. M. & Merkle, F. T. The heterogeneity of adult neural stem cells and the emerging complexity of their niche. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 73, 357–65 (2008). 3. Young, K. M., Fogarty, M., Kessaris, N. & Richardson, W. D. Subventricular zone stem cells are heterogeneous with respect to their embryonic origins and neurogenic fates in the adult olfactory bulb. J. Neurosci. 27, 8286–96 (2007). 4. Loulier, K. et al. Multiplex cell and lineage tracking with combinatorial labels. Neuron 81, 505–20 (2014). 5. Espinosa, J. S., Tea, J. S. & Luo, L. Mosaic analysis with double markers (MADM) in mice. Cold Spring Harb. Protoc. 2014, 182–9 (2014). 6. Gao, P. et al. Deterministic progenitor behavior and unitary production of neurons in the neocortex. Cell 159, 775–88 (2014).