Role of the interactions between motoneurones and oligodendrocyte progenitor cells during the formation of spinal motor networks – OLIGOSPINE

Dans la tache 2 de 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.

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 évoquées de GABA et de glutamate dès E13. Le fait qu’elles reçoivent des synapses si tôt dans le développement au moment ou le réseau des neurones spinaux se forme montre qu’elles sont intégrées des leur naissance dans ce réseau et que leur physiologie pourrait être régulée par l’activité synaptique. 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. Ces observations valident définitivement les objectifs du projet et justifie sa continuation, notamment avec le démarrage des taches 3 et 4 visant à déterminer d’une part l’influence des synapses GABAergiques et glutamatergiques sur ls PO (tache 3) et d’autre part le rôle des PO dans la synaptogenèse précoce au niveau des MN (tache 4).

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.

Ce projet a notamment été mise en place sur la base de nouvelles hypothèses nées d’observations dans le cortex somatosensoriel de souris. Nous avions en effet montré que le comportement des PO est régulée par l’activité sensorielle d’une manière telle que cette régulation pourrait en fait participer a la mise en place des réseaux corticaux somatosensoriel. Ces travaux ont récemment été accepté pour publication à Nature Neuroscience. En permettant une diffusion large des nouveaux concepts 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 des résultats de ce projet.

During the development of the central nervous system, the emergence and differentiation of neuronal circuits performing distinct and specialized functions result not only from a precise spatio-temporal sequence of transcription factor, soluble molecules and membrane-bound proteins but also depend on activity-dependent mechanisms dynamically regulating axon growth, guidance and fasciculation, as well as synapse formation (Jessel & Sanes, 2000). We recently discovered that a subpopulation of glial progenitors called NG2+ cells, which are mainly known for their ability to generate oligodendrocytes, could play an important part in the way neuronal activity influence the formation of neural network (Mangin et al., SfN 2010). Because of their early presence during development (Richardson et al., 2006), their ability to receive synapses from neurons (Gallo et al., 2008) and their potential ability to influence axon growth by expressing various inhibitory factors (Chen et al., 2002; Giger et al., 2010), NG2+ oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) are indeed in a privileged position to detect the early activity of neurons and to influence and be influenced by the formation of neural network in a activity-dependent fashion during development. More specifically, our recent work on the somatosensory cortex have shown that the proliferation rate of NG2+ OPC is influenced by axonal activity in such a way that OPC will accumulate at the border between functionally distinct territories (barrels) while they are forming. We also have some preliminary evidence suggesting that in return such an activity-regulated accumulation of OPC participate to the segregation of axons and neurons into functionally distinct territories (Mangin et al., SfN 2010).
NG2+ OPCs are known to have a central influence on axonal regeneration attempts occurring after lesions of the spinal cord (Xie & Zheng, 2008; Yang et Schnaar, 2008). The expression of myelin-associated inhibitors (MAIs) by cells belonging to the oligodendrocyte lineage (OL) cells is probably one of the major barriers to axon regeneration in the central nervous. It is currently unclear what the normal physiological role of these MAI is, but there are evidences that they could regulate the formation of neural network during development and stabilize mature neural networks once they are formed (Caroni & Schwab, 1988; Schoop et al., 1997; McGee et al., 2005). This lack of information is unfortunate since a better understanding of the role of NG2+ OPCs cells and OL cells during the formation of spinal neural networks would give us valuable insight in order to develop innovative strategies to re-generate these networks after a lesion in the adult. In this context, and because injuries in humans are more commonly affecting the spinal cord and locomotion, our project propose to explore the role of neuron-NG2 cell interactions during the initial – and successful – generation of spinal motor networks:
We are more especially interested in:

- Whether and when OPC receive synaptic contact and/or detect neurotransmitters released during the formation motor network in the mouse embryonic spinal cord.
- Whether OPC proliferation could be affected by spontaneous activity and the associated release of neurotransmitters.
- Defining the global role of OPC during the formation of motor network by using a strategy of genetic ablation of these cells.