Régulation du choix entre divisions symétriques et asymétriques pendant la neurogenèse des vertébrés – SYMASYM

Le système nerveux central (SNC) des vertébrés est constitué d’un assemblage complexe de nombreux types cellulaires, qui se développent à partir d’un réservoir limité de cellules souches neuroépithéliales (également appelées progéniteurs neuraux). Initialement, le réservoir s’amplifie via des divisions symétriques (un progéniteur produit deux progéniteurs, division SYM) puis évolue progressivement vers des modes de division neurogénique asymétrique (un progéniteur et un neurone qui se différencie, ASYM), et enfin neurogénique symétrique terminale (deux neurones, TERM).
La division cellulaire asymétrique est un mécanisme fondamental pour générer la diversité cellulaire. Le contrôle de la décision de transition entre modes prolifératif et neurogénique, de même que les mécanismes moléculaires et cellulaires permettant à une cellule d’effectuer un programme de division asymétrique, sont encore mal caractérisés pendant le développement du SNC des vertébrés. Dans ce tissu, les modes de division SYM, ASYM et TERM apparaissent séquentiellement au sein d’un même clone, suggérant un changement de compétence définitif. De rares gènes différentiellement exprimés entre progéniteurs SYM et ASYM sont identifiés, suggérant que cette transition est régulée par un programme génétique.
Le but de ce projet est de caractériser les principaux circuits de régulation à l’origine de cette transition en explorant les changements transcriptomiques et de structure de la chromatine qui se produisent avant et pendant cette transition. Notre projet est divisé en trois axes principaux :
1) produire, purifier et isoler des populations pures de progéniteurs SYM et ASYM restreints au lignage motoneuronal. Nous développerons des lignées de cellules embryonnaires (ES) de souris exprimant des marqueurs fluorescents différentiellement exprimés entre progéniteurs SYM et ASYM. Ces lignées seront ensuite différenciées en progéniteurs de motoneurones spinaux cervicaux.
2) utiliser des techniques NGS de pointe, en particulier des analyses en cellules uniques pour décrire le transcriptome et l'état de la structure chromatinienne de ces progéniteurs. Nous développerons des outils d’analyse bioinformatique pour reconstituer la dynamique des paysage transcriptionnels et chromatiniens, et identifier les mécanismes qui régulent la transition SYM-ASYM et l’exécution de divisions asymétriques.
3) étudier le rôle des gènes candidats dans le choix du mode de division pendant la neurogenèse, en utilisant un crible fonctionnel à moyenne échelle in vitro suivi de validations in vivo.
Notre programme ambitieux devrait identifier les principaux régulateurs transcriptionnels et les acteurs majeurs des voies de signalisation et métaboliques qui contrôlent la transition entre divisions SYM et ASYM. L’utilisation de populations purifiées de progéniteurs SYM et ASYM nous permettra d’atteindre un niveau de résolution sans précédent dans l’analyse des paysages transcriptionnels et épigénomiques de ces progéniteurs. En intégrant des données à l’échelle de la cellule unique, nous obtiendrons une séquence temporelle de la progression entre les deux modes de division, mais également au sein de chaque population progénitrice.
Dans l'ensemble, notre projet permettra d’améliorer notre compréhension des mécanismes fondamentaux au cours de la neurogenèse, dont le dysfonctionnement est à la base d’anomalies du développement neurologique chez l’homme. Il devrait également permettre de produire des populations neuronales ciblées à partir de cellules souches, ce qui représente une voie extrêmement prometteuse dans le domaine de la thérapie cellulaire. Enfin, ce projet contribuera à mieux comprendre les mécanismes fondamentaux contrôlant la division asymétrique des cellules souches et devrait ainsi avoir un impact dans divers domaines tels que le développement, l'immunologie, la régénération et le cancer.