Projet ANR-11-JSV4-0002 – OLIGOSPINE : Role des interactions entre motoneurones et progeniteurs d’oligodendrocyte durant la formation des reseaux locomoteurs de la moelle epiniere
Programme : JCJC - SVSE 4 - Neurosciences (JCJC SVSE 4)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Marie MANGIN (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B)
Partenaires : Physiopathologie des Maladies du Système Nerveux Central
Montant : 297949.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : Rôle des progéniteurs d’oligodendrocytes dans le développement de la moelle épinièreElucidation du rôle des interactions entre neurone et progéniteurs d’oligodendrocytes dans l’émergence des premiers réseaux locomoteurs de la moelle épinière. Influence de l’activité et des libérations de neurotransmetteurs sur les progéniteurs d’oligodendrocytes.
Comprendre le rôle des progéniteurs d’oligodendrocytes dans la moelle épinière embryonnaireLes progéniteurs d’oligodendrocytes (PO), ou cellules NG2, sont connus pour leur influence négative durant les tentatives de régénération axonale après une lésion de la moelle épinière. Ainsi, l’expression de « protéines inhibitrices associées à la myéline » (PIAMs) par les cellules de la lignée oligodendrogliale est une des barrières majeures a la régénération des axones. Bien que le rôle physiologique normal de ces PIAMs et des PO reste à déterminer, un certain nombre de travaux suggèrent qu’ils pourraient réguler la formation des réseaux de neurones au cours du développement et stabiliser les réseaux matures une fois qu’ils sont formés. Le manque d’information sur le comportement et rôle précoce des PO demeure problématique si on considère qu’une meilleure compréhension de ce rôle faciliterait le développement de stratégies innovantes pour régénérer ces mêmes réseaux après une lésion chez l’adulte. Dans ce contexte, et étant donné que la majorité des lésions chez l’humain se produise au niveau de la moelle épinière, notre projet se propose d’explorer le rôle des interactions entre neurones et PO au cours de la formation initiale des réseaux moteurs de la moelle épinière.
Analyse morphologique, électrophysiologique et génétique du rôle des PO dans la moelle épinière embryonnaire.Dans la tache 2 du projet, nous caractérisons par immunohistochimie la localisation, la distribution et la morphologie de ces cellules et les enregistrons par la technique de patch-clamp pour déterminer leurs propriétés électriques et leur capacité de recevoir des synapses précocement au moment où les premières synapses se forment elles-mêmes sur les motoneurones. Nous pensons ainsi montrer que les cellules NG2 sont intégrées dans le réseau synaptique spinal dès sa mise en place et seraient en mesure d’influencer son évolution. La tache 3 consistera à définir le rôle de l’activité sur ces PO par l’utilisation d’une technique de culture de moelle épinière embryonnaire entière récemment mise au point. La tache 4 visera à développer une stratégie d’ablation génétique des PO pour déterminer leur rôle général dans la mise en place des réseaux spinaux embryonnaire.
Résumé de la soumission : Au cours de la formation du système nerveux central, l’émergence de circuits neuronaux ayant des fonctions distinctes et spécialisées dépend non seulement d’une séquence d’expression spatio-temporelle précise de facteurs de transcription, molécules solubles et de protéines d’adhérence membranaires mais aussi de mécanismes dépendent de l’activité qui régulent de façon dynamique la croissance, le guidage et la fasciculation des axones, ainsi que la formation de synapses (Jessel & Sanes, 2000). Nous avons récemment découvert qu’une population de cellules gliales nommées cellules NG2+, principalement connues pour leur capacité à générer des oligodendrocytes, pourraient jouer un rôle fondamental dans la façon dont l’activité influence la formation des réseaux de neurones (Mangin et al., SfN 2010). En raison de leur présence précoce au cours du développement (Richardson et al., 2006), leur capacité a recevoir des synapses (Gallo et al., 2008) et leur capacité à influencer la croissance axonale par l’expression de divers facteurs inhibiteurs (Chen et al., 2002; Giger et al., 2010), les progéniteurs d’oligodendrocytes (PO) NG2+ sont en effet dans une position privilégiée pour détecter l’activité précoce des neurones et pour influencer et être influencé par la formation des réseaux neuronaux d’une manière dépendante de l’activité. Notre travail récent sur le cortex somato-sensoriel a montré que le taux de prolifération des PO NG2+ est influencé par l’activité neuronale d’une manière telle que les PO vont avoir tendance à s’accumuler à la frontière entre territoires fonctionnellement distincts (tonneaux) alors qu’ils se forment. Nous avons également des données préliminaires suggérant, qu’inversement, cette accumulation de PO dépendante de l’activité participe a la ségrégation des axones et neurones en territoires fonctionnelles distincts (Mangin et al., SfN 2010).Les PO NG2+ sont connues pour leur influence négative durant les tentatives de régénération axonale après une lésion de la moelle épinière (Xie & Zheng, 2008; Yang et Schnaar, 2008). L’expression de « protéines inhibitrices associées à la myeline » (PIAMs) par les cellules de la lignée oligodendrogliale est une des barrières majeures a la régénération des axones. Le rôle physiologique normal de ces PIAMs reste à déterminer, mais un certain nombre de travaux suggèrent qu’elles pourraient réguler la formation des réseaux de neurones au cours du développement et stabiliser les réseaux matures une fois qu’ils sont formés (Caroni & Schwab, 1988; Schoop et al., 1997; McGee et al., 2005). Un tel manque d’information est problématique si on considère qu’une meilleure compréhension du rôle des PO NG2+ et des cellules de la lignée oligodendrogliale au cours de la formation des réseaux de neurones faciliterait le développement de stratégies innovantes pour régénérer ces mêmes réseaux après une lésion chez l’adulte. Dans ce contexte, et étant donné que la majorité des lésions chez l’humain se produise au niveau de la moelle épinière, notre projet se propose d’explorer le rôle des interactions entre neurones et PO NG2+ au cours de la formation initiale des réseaux moteurs de la moelle épinière. Nous nous intéresserons plus particulièrement a déterminer:1)Dans quelle mesure les PO reçoivent des synapses et/ou peuvent détecter les libérations de neurotransmetteurs se produisant pendant la formation des réseaux moteurs de la moelle épinière chez l’embryon de souris 2)Dans quelle mesure la prolifération des PO est régulée par l’activité spontanée et les libérations associées de neurotransmetteurs.3)Le rôle global des PO au cours de la formation des réseaux spinaux moteurs en utilisant une stratégie d’ablation génétique de ces cellules.Sur le long terme, ce projet devraient fournir des donnes cruciales au développement de stratégies innovantes visant à manipuler ces progéniteurs gliaux dans le but de faciliter la régénération de réseaux neuronaux endommages dans le cerveau adulte.
Résultats : L’apparition précoce, l’abondance et l’origine commune des PO avec les MNs laissent penser que ces cellules pourraient jouer un rôle précoce dans le développement des réseaux locomoteurs spinaux. Grace au financement ANR obtenu, nous avons déjà pu montrer que les cellules NG2 sont générées précocement au cours du développement embryonnaire et qu’elles sont capables de détecter des libérations synaptiques de GABA et de glutamate dès E13. Le fait qu’elles reçoivent des synapses si tôt dans le développement suggèrent que leur comportement pourrait être régulé par l’activité synaptique précoce du réseau en développement. Nous avons également observé que ces cellules s’accumulent préférentiellement dans la région ou les premières synapses (GABAergiques et glutamatergiques) se forment sur les MNs et séparent ces axones GABAergiques et glutamatergiques en fascicules réguliers. Enfin, nous montrons que ces cellules NG2 sont probablement générés par trans-différenciation de cellules gliales radiaires. Des enregistrements des « pieds » de ces glies radiaires montrent que ces cellules peuvent elles aussi percevoir l’activité précoce du réseau qui apparait à E12, notamment par l’intermédiaire de courants de transporteurs au glutamate. L’ensemble de ces observations montrent que les cellules NG2 et leurs précurseurs, les glies radiaires, sont capables de détecter l’activité synaptique précoce du réseau. Nous développons actuellement un modèle de manipulation pharmacologique in vivo chez l’embryon de poulet pour déterminer le rôle de l’activité synaptique précoce dans la spécification des cellules NG2 à partir des glies radiaires et au cours de leur prolifération secondaire et accumulation inter-fasciculaire.
Perspectives : Ce projet doit permettre de comprendre le rôle des PO dans la mise en place des réseaux locomoteurs spinaux. Sur le long terme, ce projet devraient fournir des donnes cruciales au développement de stratégies innovantes visant à manipuler les PO dans le but de faciliter la régénération de réseaux neuronaux endommages dans le cerveau adulte.
Publications et brevets : Ce projet a été mis en place sur la base de nouvelles hypothèses nées d’observations dans le cortex somatosensoriel de souris. Nous avons en effet montré que la prolifération et la localisation des PO est régulée par l’activité sensorielle, probablement via les synapses glutamatergiques formés par les axones thalamocorticaux (TC). De plus, nos résultats suggèrent que cette régulation pourrait en fait participer à la ségrégation des axones (TC) somato-sensoriels en territoire fonctionnelles distincts au cours du développement. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans Nature Neuroscience en Juin 2012 (Mangin et al., 2012). La finalisation de ce papier a été notamment permise par l’utilisation d’équipement acheté sur fonds ANR dans le cadre du projet Oligospine. En validant une partie des concepts et hypothèses originales sous-tendant le projet Oligospine, Cette publication devrait sensibiliser et accroitre l’intérêt général de la communauté scientifique pour les travaux visant à comprendre le rôle des PO au cours du développement. Cette publication devrait donc faciliter la diffusion future et accroître l’impact des résultats de ce projet. En effet, nos observations montrant que les PO de la ME reçoivent des synapses très précocement et participent à ségréger les axones de la ME bien avant la myélinisation tendent à confirmer l’hypothèse d’un rôle des PO et de leurs synapses dans la ségrégation et la fasciculation des axones.