Etablir la spécificité cellulaire des cils au cours du développement du cervelet humain – CiCerO

Une question majeure en neurobiologie est comment des défauts d’organites ubiquitaires affectent des fonctions cérébrales spécifiques. Les cils primaires sont présents à la surface de l’ensemble des progéniteurs et neurones, pourtant leur dysfonctionnement chez l'homme entraîne des anomalies spécifiques du cerveau humain, en particulier du cervelet, dans les ciliopathies neurodéveloppementales comme le Syndrome de Joubert (SJ). La compréhension des mécanismes qui sous-tendent cette spécificité et, plus globalement, du rôle des cils primaires dans le développement du cervelet humain, reste encore fragmentaire faute de modèles humains. Récemment, par des approches d’organoïdes cerebelleux et spinaux à partir de cellules souches pluripotentes humaines, le Partenaire P1 a montré qu’une même protéine ciliaire jouait des rôles différents en fonction de l'état de différenciation des progéniteurs neuraux, et également qu’une nouvelle fonction de ce gène est spécifique du développement humain. Le projet CiCerO rassemble deux partenaires spécialistes du développement du cervelet, et aux expertises complémentaires sur les approches de différenciation cérébelleuse des iPSC et les approches multi-Omiques. Le but du projet est d'aborder les mécanismes de cette spécificité cellulaire au cours du développement cérébelleux humain, en se concentrant sur la structure, la dynamique et la fonction des cils primaires.

Le projet a deux objectifs principaux : 1) Disséquer la fonction des protéines ciliaires et de ciliopathies dans le développement cérébelleux humain, 2) Comprendre comment au cours de la mise en place des différents lignages cérebelleux, la structure et la dynamique ciliaires sont régulées et influencent à leur tour le développement du cervelet. Nous utiliserons pour cela des approches de différenciation en cervelet d’iPSC humaines en 2D et 3D (organoïdes).

Dans l'objectif 1, nous nous concentrerons sur deux gènes responsables du SJ, RPGRIP1L et TMEM67, qui codent pour des protéines de la zone de transition, une région à la base du cil contrôlant la composition et la fonction ciliaire. Étant structurellement et fonctionnellement différentes, ces protéines devraient contribuer différemment à la stabilité et à la composition des cils, et par conséquent au développement cérébelleux. Pour tester cette hypothèse, nous combinerons des études d'immunofluorescence, de scRNAseq, de protéomique et de phospho-protéomique des cellules cérébelleuses mutantes pour RPGRIP1L et TMEM67. À travers ces analyses, nous comptons 1) aborder le rôle des cils et de protéines de TZ distinctes dans l’établissement des trajectoires des progéniteurs cérébelleux 2) identifier les voies de signalisation altérées dans différents progéniteurs, et 3) identifier les régulateurs principaux de programmes spécifiques de ciliogenèse dans différents lignages cérébelleux.

Dans l’Objectif 2, nous aborderons la spécificité de type cellulaire des cils primaires. Nous caractériserons les différences de structure et de contenu des cils entre différents types cellulaires au cours de la différenciation des progéniteurs cérébelleux humains, les corrélerons aux fonctions des protéines de la zone de transition découvertes dans l'Objectif 1. Pour cela, nous appliquerons des techniques d'imagerie à haute résolution pour étudier les changements spatio-temporels de structure et composition des cils. Nous mettrons en place un nouveau protocole pour purifier, analyser et comparer la teneur en protéines des cils issus de différents types de progéniteurs à différents stades de leur différenciation, afin de relier les caractéristiques structurelles des cils à leur composition moléculaire.

Le projet CiCerO apportera des informations importantes sur la compréhension des rôles spécifiques des cils dans le développement du cerveau humain, mais nous aidera également à comprendre les maladies neurodéveloppementales humaines telles le syndrome de Joubert et les ciliopathies associées.