Projet ANR-14-CE13-0036 – PRIMACOR : Caractérisation moléculaire et cellulaire de l'identité et du comportement des précurseurs du cortex cérébral de primate: un modèle pour comprendre le développement normal et pathologique du cortex cérébral de l'homme
Programme : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Colette DEHAY (Institut cellule souche et cerveau)
Partenaires : University of Edinburgh Centre for integrative Physiology; Laboratoire public
Montant : 314106.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Comprendre le développement du cortex cérébral pour comprendre l’origine des maladies neurodéveloppementalesUn grand nombre de maladies neuropsychiatriques sont dûes à des perturbations des mécanismes biologiques qui interviennent au cours du développement prénatal du cerveau. Une meilleure compréhension de ces mécanismes, encore très imparfaitement connus, permettra d’identifier les fenêtres de vulnérabilité du cerveau en développement et éventuellement de cibler des pistes thérapeutiques.
Comprendre les mécanismes développementaux à l’origine du substrat structurel des capacités cognitives des primates.Les capacités cognitives du cortex cérébral des primates sont en grande partie déterminées par l’organisation structurelle des aires et des couches corticales et notamment de l’expansion des couches superficielles du cortex (couches supragranulaires), dont la production est finement régulée lors des stades précoces du développement prénatal. Une zone germinale spécifiquement développée chez les primates, la zone sous ventriculaire externe est à l’origine de la formation des neurones des couches supragranulaires. Il est donc capital de comprendre les mécanismes de prolifération qui contrôlent la production et la différenciation de ces neurones.
Biologie cellulaire et MoléculaireLes techniques de biologie cellulaire et de cinétique videomicroscopique mises en œuvre sur des préparations de tranche organotypique  permettent d’observer en direct et en temps réel le comportement de prolifération, de différenciation et de migration des neurones du cortex cérébral dans l’environnement physiologique . Les analyses génétiques, menées au niveau de la cellule unique, renseigneront sur l’hétérogénéité moléculaires de la diversité des progéniteurs du cortex
Résumé de la soumission : L'objectif est de progresser dans la compréhension des mécanismes  cellulaire et moléculaires qui gouvernent le développement du cortex cérébral chez les primates humains et non-humains (PNH), en utilisant le singe macaque comme modèle. Le développement du cortex embryonnaire de l’homme et du PNH se distingue de celui du rongeur par l’existence d’une zone germinale massivement augmentée: la zone sous ventriculaire externe (OSVZ). Nos travaux antérieurs ont montré que l’OSVZ génère les couches supragranulaires, sélectivement élargies dans le cortex des primates (*Smart et al, Cereb Cortex, 2002; *Lukaszewicz et al, Neuron, 2005; *Betizeau et al, Neuron, 2013).Nos travaux récents ont montré que les progéniteurs de l’OSVZ sont caractérisées par une diversité importante  et établissent des lignages non-hiérarchiques complexes. Ces progéniteurs sont également dotés de capacités prolifératives importantes et jusque là insoupçonnées (*Betizeau et al., Neuron, 2013). Nous avons également observé qu'une fraction importante des microARN « primate- spécifiques », dont les profils d’expression distinguent la VZ et l’ OSVZ du macaque, cible des gènes régulateurs du cycle cellulaire  (*Arcila et al., Neuron, 2014). Ici, nous allons explorer le fondement moléculaire des propriétés spécifiques des précurseurs de l’ OSVZ en réalisant un profilage génétique sur cellule individuelle (analyse mRNA et miRNA) . Les mécanismes cellulaires qui contrôlent la proliferation soutenue et le mode de division des précurseurs de l’OSVZ sont très imparfaitement connus. Ici, nous allons explorer le rôle d'un mécanisme récemment décrit : l'asymétrie du fuseau mitotique (SSA) qui détermine le mode division des progéniteurs corticaux de souris (*Delaunay et al., 2014). Nous déterminerons la présence et le rôle de la SSA au cours de la corticogenèse du primate en utilisant une combinaison d’approches in situ, ex vivo et in vitro mises en œuvre de façon routinière au laboratoire. En parallèle, le rôle de la signalisation Wnt sur le comportement de prolifération des différentes catégories de précurseurs OSVZ sera examiné.Une caractéristique importante de progéniteurs de l’OSVZ est leur absence de structure épithéliale complète, combinée avec une polarité apico-basale peu prononcée (*Betizeau et al., Neuron, 2013), deux propriétés considérées comme essentielles pour prolifération des précurseurs VZ. Des micropatterns seront utilisés pour explorer et moduler in vitro le micro-environnement des précurseurs de l’ OSVZ. Ceci permettra d'identifier les facteurs et les différences mécaniques du micro-environnement liés aux niches VZ et OSVZ sur la polarité et le comportement prolifératif des progéniteurs.Des différences dans l’expression précoce et la régulation de Pax6 ont été rapportés récemment (Zhang et al., Cell Stem Cell, 2010). Bien que la fonction de Pax6 dans la corticogenèse du rongeur ait été bien caractérisée, peu d’informations sont disponibles quant à son rôle chez le primate. Nous proposons de caractériser les différences de Pax6 entre la corticogénèse des rongeurs et des primates en collaboration avec David Price (Édimbourg, Royaume-Uni). L’équipe de D. Price a récemment identifié les mécanismes médiant le contrôle de la prolifération des progéniteurs dans la souris par Pax6 (*Mi et al., Neuron, 2013).* indique les publications des équipes impliquées dans le projet
Résultats : Nos résultats montrent que l'asymétrie du fuseau mitotique est un mécanisme hautement conservé des invertébrés aux mammifères. Ce mécanisme agit également dans le cortex des primates pour générer la division cellulaire asymétrique (Delaunay et al, 2015). 
L'importance de la diversité morphologique des progéniteurs de la zone sous ventriculaire externe est renforcée par notre approche de modélisation basée sur la catégorisation non supervisée de lignées cellulaires (Pfeiffer et al., 2016).
Nous avons caractérisé le rôle de la zone sous ventriculaire externe dans la génération de la complexité du cortex humain (Dehay et al., 2015).
Perspectives : Les anomalies du développement du cortex peuvent causer des troubles neurologiques et neuropsychiatriques graves, y compris l'épilepsie, la déficience intellectuelle et l'autisme. L'identification des mécanismes cellulaires et moléculaires qui régissent la corticogenèse est central pour faire avancer la compréhension, la prévention, le diagnostic et éventuellement le traitement de la maladie neurologique humaine. 
Les résultats fourniront des indications sur les mécanismes par lesquels les progeniteurs corticaux produisent des neurones. Ces connaissances pourront être utilisées pour développer des approches de thérapies cellulaires pour traiter les maladies du système nerveux.
Publications et brevets : Delaunay D, Robini MC, Dehay C. Mitotic spindle asymmetry in rodents and primates: 2D vs. 3D measurement methodologies. Front Cell Neurosci. 2015; 9:33.
Dehay C, Kennedy H, Kosik KS. The Outer Subventricular Zone and Primate-Specific Cortical Complexification. Neuron. 2015; 85(4):683-94.
Pfeiffer M, Betizeau M, Waltispurger J, Pfister SS, Douglas RJ, Kennedy H, Dehay C. Unsupervised lineage-based characterization of primate precursors reveals high proliferative and morphological diversity in the OSVZ. J Comp Neurol. 2016; 524(3):535-63.
(voir partie résultats pour la description des publications)