Caractérisation des cellules souches neurales du cerveau moyen du poisson – FINEST

FINEST doit évidemment nous conduire à un bon vers le haut au niveau technologique, grâce à la collaboration de Jean- Stéphane Joly (P1), dont la connaissance principale est la neuroanatomie, la cis -régulation et la régénération, avec Laure Bally - Cuif (P2) ayant des compétences dans l'expression conditionnelle de transgènes dans les poissons et Nadine Peyrieras (P3) , une leader en imagerie 4D. Nous avons obtenu des résultats très originaux d'abord parce que le poisson zèbre offre de nombreux avantages et des outils uniques, d'abord, il combine des approches génétiques avec l'imagerie : la transparence des poissons a permis en effet l'imagerie des cellules souches embryonnaires, à des stades ultérieurs et peut-être chez les adultes. Deuxièmement, le système nerveux des poissons présente une capacité exceptionnelle à se régénérer. L'utilisation de ces modèles, les types de cellules, les mécanismes et les voies agissant en réparation du cerveau peuvent donc être étudiées.Troisièmement, la population de cellules souches de la PML est spatialement distincte des autres progéniteurs et relativement grande.

FINEST a permis de décrypter les caractéristiques anatomiques et moléculaires de cellules souches neurales.

FINEST devrait avoir un fort impact en recherche biomédicale visant à la manipulation efficace de cellules souches neurrales dans le cerveau humain malade ou vieillissant.

Recher G, Jouralet J, Brombin A, Heuzé A, Mugniery E, Hermel JM, Desnoulez S, Savy T, Herbomel P, Bourrat F, Peyriéras N, Jamen F, Joly JS.
Zebrafish midbrain slow-amplifying progenitors exhibit high levels of transcripts for nucleotide and ribosome biogenesis.
Development. 2013 Dec;140(24):4860-9.

Des questions fondamentales demeurent concernant la biologie des cellules souches neurales (CSNs): comment les CSNs conservent-elles leur état multipotent et semi-quiescent ? Comment les CSNs sont recrutées dans des conditions physiologiques et pathologiques ? Pour aborder ces questions, nous nous proposons d’utiliser des poisson modèles d’aquarium ; en effet, le cerveau de ces animaux croît continuellement tout au long de leur vie. Nous avons identifié, dans la partie caudale du cerveau moyen de ces poissons, un système cellulaire organisé abritant des cellules souches qui permet d’étudier les CSNs en conditions physiologiques, ou pendant la régénération. Cette structure forme une lame mésencéphalique postérieure (LMP). Celle-ci jouxte la zone de prolifération de la marge du toit optique (TO) la plus grosse structure corticale du cerveau moyen des poissons. Le TO croît par un processus d’addition continuelle de colonnes de cellules à sa périphérie. Le mode de croissance du TO est particulier. Il se caractérise par une organisation spatiale définie des zones germinales, semblable à celle de l’hème cortical telencéphalique.
Dans le cadre de FINEST, nous avons défini quatre objectifs, 1) analyser la LMP à haute résolution en microscopie électronique à transmission. Nous réaliserons également une étude de microtranscriptomique. 2) caractériser fonctionnellement certains gènes exprimés préférentiellement dans la LMP. A partir d’une liste de 32 gènes de ce type (résultats non publiés) nous avons sélectionné plusieurs familles de gènes essentiels pour la biosynthèse des ribosomes et pour le contrôle de la prolifération cellulaire. 3) utiliser des séquences régulatrices de her5, qui sont responsables de l’expression de ce gène dans une sous-partie de la LMP, pour a) exprimer des gènes rapporteurs dans la LMP afin de réaliser de l’imagerie 3D+temps, et b) pour induire une expression permanente de gènes rapporteurs dans la LMP. Nous isolerons également d’autres séquences régulatrices actives dans toute la LMP. 4) analyser les conséquences à court et long terme d’ablations de la LMP, et en particulier leur effet potentiel sur la stimulation de la régénération à partir de régions voisines. Pour cela, nous utiliserons la protéine cytotoxique nitroréductase activable conditionnellement à différents moments dans la LMP.
Ce projet contient cinq WPs. Les WP1 (ultrastructure et transcriptomique), WP3 (isolation de séquences régulatrices) et WP4 (imagerie) fourniront les outils méthodologiques et conceptuels qui permettront l’analyse fonctionnelle des gènes (WP2), l’analyse du lignage (WP4) et l’analyse des processus de dégénération et régénération (WP5).
Clairement, FINEST nous permettra de franchir un palier technologique majeur, grâce à une collaboration étroite entre les trois équipes du projet. Bien que FINEST soit ambitieux sur le plan technique, les verrous méthodologiques ont d’ores et déjà été identifiés et des expériences préliminaires menées. Cela assurera la réussite des expériences proposées. Nous attendons de ce projet des résultats originaux car nos modèles poisson offrent des avantages uniques et exceptionnels ; tout d’abord, ils permettent de combiner des approches génétiques et d’imagerie, la transparence de ces organismes. Ensuite, une autre caractéristique des poissons est leur capacité exceptionnelle de régénération du système nerveux, qui permet d’étudier les types cellulaires, les mécanismes et les voies à l’œuvre dans les processus de régénération. Enfin, la population de cellules souches que nous avons identifiées dans le cerveau moyen possède la propriété exceptionnelle d’être spatialement ségrégée et de grande taille. En fournissant des informations cruciales sur la biologie des cellules souches,
FINEST devrait avoir un fort impact en recherche biomédicale, pour la manipulation de cellules souches neurales en contexte de vieillissement ou de lésions cérébrales.