Division et taille du cerveau: exploration des facteurs extrinsèques qui préservent la fidélité mitotique dans les progéniteurs neuronaux embryonnaires – MiCMac

L'objectif de MiCMac est d'identifier une liste de facteurs extrinsèques clés influençant, dans des conditions normales et pathologiques, la division cellulaire des progéniteurs neuraux (PN) chez les mammifères. Ce travail aidera à mieux comprendre dans quelle mesure les propriétés mécanobiologiques des PN contribuent aux défauts mitotiques dans le contexte de la microcéphalie. La microcéphalie primaire héréditaire (MCPH) est un trouble du neurodéveloppement rare qui affecte la taille du cerveau et les capacités cognitives sans perturber la taille ou la fonction d'autres organes. La microcéphalie primaire héréditaire résulte de mutations dans des gènes codant des composants du fuseau mitotique et est causée par la perte de progéniteurs neuraux (PN) liée à des défauts d'orientation du fuseau mitotique ou de division cellulaire. Pour comprendre la vulnérabilité spécifique des PN aux mutations dans des gènes contrôlant la progression mitotique, nous avons caractérisé la morphométrie des cellules, la morphologie du fuseau et la ségrégation des chromosomes au cours de la neurogenèse chez la souris. Nous avons identifié des changements d'adhésion, de volume et de rigidité de la membrane corticale comme facteurs pouvant influencer la mitose des NP. Nos résultats indiquent que la mécanobiologie du cerveau doit être prise en compte pour comprendre la régulation de sa taille. Dans ce projet, nous analyserons sur le plan fonctionnel les NP dans le cerveau humain en nous concentrant sur une forme sévère de MCPH résultant de mutations « perte de fonction » dans le gène ASPM codant une protéine du pôle du fuseau. Trois raisons principales expliquent notre choix : 1) la MCPH ASPM est l'une des formes les plus sévères et les plus fréquentes de la maladie et offre un large panel d'échantillons de patients à étudier ; 2) nos résultats préliminaires indiquent qu'en plus des défauts d'orientation du fuseau, les PN présentent des défauts d'assemblage du fuseau et de ségrégation des chromosomes, ce qui n'a jamais été montré chez l’Homme; 3) les organoïdes ASPM présentent une désorganisation architecturale qu’il reste à caractériser afin de déterminer quelle serait sa contribution dans le phénotype microcéphalie. Nous identifierons lesquels des PN humains sont les plus vulnérables aux mutations ASPM en tenant compte de leurs propriétés biomécaniques et nous déterminerons comment ces propriétés influencent le positionnement du fuseau, la morphogenèse et la ségrégation des chromosomes. Nous avons constitué un consortium unique de neurologues pour enfants, de pathologistes, de biologistes cellulaires et neurodéveloppementaux et de théoriciens. Nous utiliserons une collection diversifiée d'organoïdes cérébraux dérivés de patients, de coupes de tissus cérébraux fœtaux humains, d'explants cérébraux de souris, une microscopie de pointe, comprenant microscopie à haute résolution et en temps réel, une modélisation mathématique et un séquençage du génome entier sur cellules uniques. Ce projet multidisciplinaire permettra d'identifier sur le plan fonctionnel, les propriétés extrinsèques du tissu cérébral en développement qui peuvent influencer la fidélité mitotique et la viabilité des NP. Dans l'ensemble, ce projet révélera les mécanismes et les principes qui sous-tendent les divisions des PN chez les mammifères et contribuera à la compréhension de la régulation de la taille du cerveau pendant la neurogénèse. Nous prévoyons que les résultats qui émergeront de l'étude des organoïdes et fœtus avec mutations ASPM serviront de ligne directrice pour les recherches futures pour d’autres patients MCPH. En outre, nous pensons que nos résultats pourraient être étendus à d'autres troubles neurodéveloppementaux pour lesquels les patients présentent des anomalies de volume/structure du cortex cérébral à la naissance.