Le cerveau multidimensionnel

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Analyse comparative de cellules souches, anatomie du cerveau et homéostasie (CASBAH)

Responsable : Jean-Stéphane Joly

Nous travaillons sur des poissons d’aquarium, animaux dont le cerveau croît de façon continue tout au long de la vie. Nous avons identifié une zone mésencéphalique de cellules progénitrices neurales à cycle lent (« Slow-amplifying progenitors » SAP), traçables pendant des périodes prolongées par imagerie in vivo. Ces cellules sont adjacentes au toit optique, ou tectum, structure qui possède à sa périphérie des progéniteurs à division rapide (« Fast-amplifying progenitors », FAP). Comme c’est le cas dans la rétine, le fait que ces FAPs et SAPs soient localisés dans des domaines distincts facilite leur caractérisation, ainsi que l’étude fonctionnelle des gènes spécifiques des SAPs. Ces progéniteurs à cycle lent possèdent beaucoup de propriétés en commun avec les cellules souches neurales. Réaliser une étude comparative de ces cellules doit ainsi nous permettre d’analyser la diversité des cellules souches neurales et d’identifier les mécanismes génétiques responsables de leur pluripotence.

Thématiques

Les projets de l’équipe tournent autour de trois questions fondamentales dans le domaine de la biologie des cellules souches neurales (CSN) :

- 1) Quelles sont les caractéristiques et les gènes spécifiques des cellules souches du mésencéphale ? Parmi ces gènes, nous nous intéressons plus particulièrement à ceux impliqués dans la biogenèse des ribosomes.
- 2) Comment l’homéostasie des CSN est régulée dans des conditions normales ou pathologiques, sous un état nutritionnel modifié ou lors de la régénération ?
- 3) Comment la transcription de gènes-clés est-elle régulée dans les CSN ?

Contexte scientifique

La plupart des progéniteurs du cerveau antérieur des mammifères se sont révélés être de type « glie radiaire » ou « astrocyte ». Cependant, d’autres types de progéniteurs à cycle lent ont été décrits, qui ont des caractéristiques neuroépithéliales ou épendymaire. Ils sont essentiels pour la régénération chez les vertébrés aquatiques et il a été récemment montré qu’ils jouent des rôles-clés dans la réparation de la moelle épinière de souris.
Dans le cerveau de poisson-zèbre adulte, seize zones de prolifération de cellules ont été décrites (Grandel et al., 2006 , Chapouton et al., 2007). Nous nous intéressons plus particulièrement à une catégorie de progéniteurs neuraux du cerveau moyen (CSN), qui forment une couche de cellules que nous avons baptisée « PML » (couche périphérique du mésencéphale).

Les projets scientifiques

Notre groupe réalise une description fine des cellules de la PML et des progéniteurs du toit optique (OT) par imagerie 3D/4D (collaboration N. Peyrieras, Recher et al. 2013) et par des méthodes de microscopie électronique à des stades embryonnaires, larvaires, juvéniles et adultes (Jean-Michel Hermel).
En utilisant des lignées fluorescentes, nous décrivons la diversité cellulaire des progéniteurs tectaux (Aurélie Heuzé). Pour effectuer ces études, un crible de douze éléments régulateurs de souris ultraconservés a été réalisé chez le poisson zèbre (Aurélie Heuzé). Par ailleurs, nous utilisons actuellement plusieurs lignées à éléments « enhancer » fournis par le laboratoire de Filippo Del Bene et Koichi Kawakami.
Nos approches comparatives portent sur la comparaison des systèmes visuels de la drosophile et des poissons (Jean- Stéphane Joly) et sur l’évolution du mode de croissance par tapis roulant cellulaire (Franck Bourrat).

- 1- 1- Comment la spécificité de la biogenèse des ribosomes dans les CSN influence-t-elle le maintien de leur identité et leur devenir ? (Françoise Jamen, Stéphanie Bouffard )

La biogenèse des ribosomes chez l'homme.
La biogenèse des ribosomes chez l’homme.
La biogenèse des ribosomes est un processus complexe orchestré par plusieurs centaines de facteurs (RBF).
Schéma extrait de Brombin, Joly et Jamen. Curr Opin Genet Dev. 2015

Pour mieux analyser la biologie des cellules PML, nous avons sélectionné plusieurs familles de gènes essentiels pour la biogenèse des ribosomes.

- 2- Comment sont recrutées les NeSCs dans des situations anormales ? (Tibiabin Benitez - Santana , Aurélie Heuzé , en collaboration avec Françoise Médale et Geneviève Corraze)

Régulation des CSN par le contexte nutritionnel (Tibiabin Benitez-Santana , Matthieu Simion) .
Les variations de l’état nutritionnel de l’organisme peuvent affecter indirectement les cellules souches en modulant leur activité proliférative. Nous voulons étudier comment les cellules souches de poisson-zèbre réagissent à des changements de l’état nutritionnel. Nos résultats suggèrent que les conditions de jeûne inhibent l’amplification des cellules progénitrices rapides tandis que les CSN sont préservées. Nous souhaitons déterminer les voies de signalisation qui sont impliquées dans l’entretien de l’homéostasie. Cette étude ouvre la voie à de futures expériences visant à l’analyse de la relation entre la composition de l’alimentation et homéostasie des cellules-souches.
Règlement de NEC fonction dans un contexte pathologique (Aurélie Heuzé)
Les poissons téléostéens, comme les amphibiens, ont des capacités extraordinaires d’auto-réparation et de régénération neuronales. Nous réalisons des ablations de sous-populations de neurones différenciés présents dans la partie centrale du tectum de poisson-zèbre, en y déclenchant l’expression d’une protéine toxique (nitroréductase) à différents moments de la vie du poisson, afin d’étudier le comportement des foyers de ré-initiation de la prolifération.

- 3- Comment la régulation de la transcription est réalisée dans les CSN ? (Jean-Stéphane Joly, Matthieu Simion)

  • Caractérisation des éléments régulateurs des CSN du cerveau moyen (Matthieu Simion)
    Nous réalisons, chez le médaka et le poisson-zèbre, une « dissection moléculaire » de séquences régulatrices de couples de gènes PML en tandem. La plupart des gènes exprimés dans la PML codent pour des familles de protéines habituellement exprimées de manière ubiquiste. Dans les CSN, les gènes PML semblent avoir une expression renforcée et aussi restreinte par des régions régulatrices distales, tandis que les éléments proximaux participent à la forte activation basale.
  • Caractérisation in silico des logiques régulatrices des cellules-souches du mésencéphale (Jean- Stéphane Joly , Matthieu Simion )
    Pour comprendre les logiques de régulation dans les cellules souches du mésencéphale, nous effectuons plusieurs recherches in silico pour des motifs sur-représentés ou pour des motifs-clés identifiés avec des machines d’apprentissage. Nous utilisons plusieurs listes d’éléments recueillis chez la souris et le poisson-zèbre dans les sites Enhancer browser, Eurexpress ou ZFIN .

Nous souhaitons effectuer la caractérisation des marques chromatiniennes des CSN (en collaboration avec Pierre- Olivier Angrand et Laure Bally-Cuif). Ce projet permettra de caractériser les régions de chromatine actives dans les CSN du cerveau moyen.


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