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Adult neural precursor cells (NPCs) are a heterogeneous population of mitotically active, self-renewing multipotent cells of both adult and developing CNS. They can be expanded in vitro in the presence of mitogens. The B05 transgenic SCA1 mice, expressing human ataxin-1 with an expanded polyglutamine tract in cerebellar Purkinje cells (PCs), recapitulate many pathological and behavioral characteristics of the neurodegenerative disease spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1), including progressive ataxia and PC loss. We transplanted neural precursor cells (NPCs) derived from the subventricular zone of GFP-expressing adult mice into the cerebellar white matter of SCA1 mice when they showed absent (5 weeks), initial (13 weeks) and significant PC loss (24 weeks). A stereological count demonstrates that mice with significant cell loss exhibit highest survival of grafted NPCs and migration to the vicinity of PCs as compared to wt and younger grafted animals. These animals showed improved motor skills as compared to sham animals. Confocal analysis and profiling shows that many of implanted cells present in the cerebellar cortex have formed gap junctions with host PCs and express connexin43. Grafted cells did not adopt characteristics of PCs, but stereological and morphometric analysis of the cerebellar cortex revealed that grafted animals had more surviving PCs and a better preserved morphology of these cells than the control groups. Perforated patch clamp recordings revealed a normalization of the PC basal membrane potential, which was abnormally depolarized in sham-treated animals. No significant increase in levels of several neurotrophic factors was observed, suggesting, along with morphological observation, that the neuroprotective effect of grafted NPCs was mediated by direct contact with the host PCs. In this study, evidence for a neuroprotective effect came, in addition to motor behavior improvement, from stereological and electrophysiological analyses and suggest that timing of stem cell delivery is important to determine its therapeutic effect.<p>In a brain stem cell niche, NSCs reside in a complex cellular and extracellular microenvironment comprising their own progeny, ependymal cells, numerous blood vessels and various extracellular matrix molecules. Recently, it was reported that blood vessel ECs-NSCs crosstalk plays an important role in tissue homeostasis. Bloodstream offers a natural delivery vehicle especially in case of diffuse neurodegenerative diseases which require widespread distribution of exogenous cells. As NSCs are confronted with blood-brain barrier endothelial cells (BBB-ECs) before they can enter into brain parenchyma, we investigated their interaction using primary cultures in an in vitro BBB model. We isolated human fetal neural precursor cells (hfNPCs) from aborted fetal brain tissues and expanded in vitro. We showed that in an in vitro model, human BBB endothelium induces the rapid differentiation of hfNPCs and allows them to cross the endothelial monolayer, with the differentiated progeny remaining in close contact with endothelial cells. These results are not reproduced when using a non-BBB endothelium and are partly dependent on the cytokine MCP1. Our data suggest that, in the presence of attractive signals released by a damaged brain, intravascularly administered NPCs can move across an intact BBB endothelium and differentiate in its vicinity. Overall, our findings have implications for the development of cellular therapies for cerebellar degenerative diseases and understanding of the brain stem cell niche. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les cellules souches neurales (CSNs) se situent dans des régions spécifiques du système nerveux central qui sont appelées niches. Ces cellules sont capables de se répliquer ou se différentier en cellules neurales spécialisées (neurones, astrocytes et oligodendrocytes). C’est grâce à cette propriété de différentiation que les CSNs sont étudiées comme thérapie chez les patients atteints d’une maladie neurodégénérative. En effet, elles pourraient remplacer les cellules neurales altérées et ainsi restaurer les fonctions neurologiques. De nombreuses approches ont été développées afin de stimuler la différentiation des CSNs, dont la plus prometteuse est la différentiation des cellules endogènes directement au sein de leurs niches. Actuellement, il n’existe pas de molécule active ou de système thérapeutique qui cible les CSNs endogènes et qui induit leur différentiation simultanément. Le but de ce travail est de fournir un système de délivrance de molécules bioactives capable de cibler les CSNs endogènes et d'induire leur différenciation in situ. Nous avons développé et caractérisé des nanoparticules lipidiques (LNC), un système de délivrance très versatile. NFL-TBS.40-63, un peptide ciblant les CSNs, a été adsorbé à la surface des LNC afin de les diriger contre les CSNs endogènes. Nous avons observé que ces NFL-LNC ne ciblaient que les CSNs du cerveau et pas de la moelle. Afin d’étudier les interactions spécifiques entre les nanoparticules et les CSNs, nous avons caractérisé et comparé les propriétés de leur membrane plasmique. Enfin, nous avons encapsulé de l’acide rétinoïque, une molécule connue pour stimuler la différentiation des CSNs, dans les LNC-NFL et étudié leur impact sur la différentiation de CSNs in vitro et in vivo. Ce travail contribue au développement de thérapies efficaces et sures pour le traitement de maladies neurodégénératives à travers la différentiation de CSNs endogènes. / Neural stem cells (NSCs) are located in specific regions of the central nervous system called niches. Those cells are able to self-renew and to differentiate into specialized neuronal cells (neurons, astrocytes and oligodendrocytes). Due to this differentiation property, NSCs are studied to replace neuronal cells and restore neurological functions in patients affected by neurodegenerative diseases. Several therapeutic approaches have been developed and endogenous NSC stimulation is one of the most promising. Currently, there is no active molecule or therapeutic system targeting endogenous CSNs and inducing their differentiation at the same time. The aim of the work was to provide a drug delivery system able both to target endogenous CSNs and to induce their differentiation in situ. Here, we developed and characterized lipidic nanoparticles (LNC) targeting endogenous NSCs. A peptide called NFL-TBS.40-63, known for its affinity towards NSCs, was adsorbed at the surface of LNC. We observed that NFL-LNC specifically targeted NSC from the brain and not from the spinal cord in vitro and in vivo. To explain this specificity, we characterized and compared NFL-LNC interactions with the plasmatic membrane of both cell types. Finally, we demonstrated that by loading retinoic acid in NFL-LNC we were able to induce brain NSC differentiation in vitro and in vivo. This work contributes to the development of efficient and safe therapies for the treatment of neurodegenerative disease via the differentiation of endogenous NSCs.

Les astrocytes sont des cellules gliales présentes dans le système nerveux central, qui exercent de nombreuses fonctions physiologiques essentielles et sont impliquées dans la réponse aux lésions et dans plusieurs pathologies du cerveau. Les astrocytes sont générés par les cellules de la glie radiale, les précurseurs communs de la plupart des cellules neuronales et gliales du cerveau, après le début de la production des neurones. Le passage de la neurogenèse à la gliogenèse est le résultat de mécanismes moléculaires complexes induits par des signaux intrinsèques et extrinsèques responsables du changement de propriété des précurseurs et de leur spécification. Le gène Pax6 code pour un facteur de transcription hautement conservé, impliqué dans plusieurs aspects du développement du système nerveux central, tels que la régionalisation et la neurogenèse. Il est exprimé à partir des stades les plus précoces dans les cellules neuroépithéliales (les cellules souches neurales) et dans la glie radiale, dérivant de la différenciation de ces cellules. L’objectif de cette étude est d’analyser le rôle de Pax6 dans la différenciation et dans le développement des astrocytes. À travers l’utilisation d’un modèle murin mutant nul pour Pax6, nous avons obtenu des résultats suggérant que la suppression de ce gène cause l'augmentation de la prolifération et de la capacité d'auto-renouvellement des cellules souches neurales embryonnaires. In vitro, les cellules mutantes prolifèrent de façon aberrante et sous-expriment les gènes p57Kip2, p16Ink4a, p19Arf et p21Cip1, qui inhibent la progression du le cycle cellulaire. De plus, Pax6 promeut la différenciation astrocytaire des cellules souches neurales embryonnaires et est requis pour la différenciation des astrocytes dans la moëlle épinière. Les mutants nuls pour Pax6 meurent après la naissance à cause de graves défauts développementaux dus aux fonctions essentielles de ce gène dans le développement embryonnaire de plusieurs organes. En utilisant un modèle murin conditionnel basé sur le système CRE/ loxP (hGFAP-CRE/ Pax6flox/flox) qui présente l’inactivation de Pax6 dans les cellules de la glie radiale, viable après la naissance, nous avons montré que Pax6 est impliqué dans la maturation et dans le développement post-natal des astrocytes. Le cortex cérébral des souris mutantes conditionnelles ne présente pas d’astrocytes matures à l’âge de 16 jours et une très faible quantité d’astrocytes immatures à l’âge de trois mois, suggérant que Pax6 promeut la différenciation et la maturation des astrocytes. De plus, Pax6 semble jouer un rôle même dans le processus de différenciation et de maturation de cellules gliales rétiniennes. L’étude des gènes et des mécanismes moléculaires impliqués dans la génération des astrocytes est crucial pour mieux comprendre le rôle physiologique et les altérations pathologiques des ces cellules. / Astrocytes, a subtype of glial cells present in the central nervous system, have multiple physiological functions and are involved in the response to lesions and in several brain pathologies. Astrocytes are generated by radial glia cells, the common precursors of most neural and glial cells of the brain, after the beginning of neurons production. The transition from neurogenesis to gliogenesis is the result of complex molecular mechanisms induced by both intrinsic and extrinsic signals responsible for the change of precursors properties and commitment. The Pax6 gene encodes a highly conserved transcription factor, involved in several aspects of central nervous system development, such as regionalization and neurogenesis. It is expressed from the earliest stages in the neuroepithelial cells (neural stem cells) and in their more differentiated radial glia progeny. The aim of this study was to analyze the role of Pax6 in the differentiation and development of astrocytes. By using a Pax6 null mutant mouse, we obtained results suggesting that the suppression of this gene increases the proliferation and the self-renewal ability of embryonic neural stem cells. In vitro mutant cells overproliferate and overexpress p57Kip2, p16Ink4a, p19Arf et p21Cip1 genes, which inhibit the cell cycle progression. Moreover Pax6 promotes astrocytic differentiation of embryonic neural stem cells and is required for astrocyte differentiation in spinal cord. Pax6 null mutants die after birth because of severe developmental defects, due to the essential functions of this gene in embryonic development of several organs. Using a conditional mutant mouse of Pax6 in radial glia (hGFAP-CRE/ Pax6flox/flox, based on site-specific Cre/loxP-mediated gene excision), which is viable after birth, we obtained evidences showing that Pax6 is involved in astrocyte maturation and postnatal development. The cerebral cortex of sixteen-day-old conditional mutant mice doesn’t present mature astrocytes, and the three-month-old mice cortex presents only few immature astrocytes, suggesting that Pax6 promotes astrocyte differentiation and maturation. Moreover Pax6 seems to play a role also in the maturation and differentiation of retinal glial cells. The identification of genes and molecular pathways involved in the generation of astrocytes is crucial to better understand the physiological function and pathological alterations of these cells.

Il est reconnu que la protéine filamenteuse intermédiaire Nestine est exprimée lors du processus de cicatrisation et du remodelage fibrotique. De plus, nous avons identifié l’expression de la Nestine au sein de deux populations distinctes qui sont directement impliquées dans les réponses de fibroses réparative et réactive. Ainsi, une population de cellules souches neurales progénitrices résidentes du coeur de rat adulte exprime la Nestine et a été identifiée à titre de substrat de l’angiogenèse et de la neurogenèse cardiaque. Également, la Nestine est exprimée par les myofibroblastes cicatriciels cardiaques et il a été établi que la protéine filamenteuse intermédiaire joue un rôle dans la prolifération de ces cellules. Ainsi, l’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre les évènements cellulaires impliqués dans la réponse neurogénique des cellules souches neurales progénitrices résidentes cardiaques Nestine(+) (CSNPRCN(+)) lors de la fibrose réparative cardiaque et d’explorer si l’apparition de fibroblastes Nestine(+) est associée avec la réponse de fibrose réactive secondaire du remodelage pulmonaire. Une première publication nous a permis d’établir qu’il existe une régulation à la hausse de l’expression de la GAP43 (growth associated protein 43) et que cet événement transitoire précède l’acquisition d’un phénotype neuronal par les CSNPRCN(+) lors du processus de cicatrisation cardiaque chez le rat ayant subi un infarctus du myocarde. De plus, la surimposition de la condition diabétique de type 1, via l’injection unique de Streptozotocine chez le rat, abolit la réponse neurogénique des CSNPRCN(+), qui est normalement induite à la suite de l’ischémie cardiaque ou de l’administration de 6-hydroxydopamine. Le second article a démontré que le développement aigu de la fibrose pulmonaire secondaire de l’infarctus du myocarde chez le rat est associé avec une augmentation de l’expression protéique de la Nestine et de l’apparition de myofibroblastes pulmonaires Nestine(+). Également, le traitement de fibroblastes pulmonaires avec des facteurs de croissances peptidiques pro-fibrotiques a augmenté l’expression de la Nestine par ces cellules. Enfin, le développement initial de la condition diabétique de type 1 chez le rat est associé avec une absence de fibrose réactive pulmonaire et à une réduction significative des niveaux protéiques et d’ARN messager de la Nestine pulmonaire. Finalement, la troisième étude représentait quant à elle un prolongement de la deuxième étude et a alors examiné le remodelage pulmonaire chronique chez un modèle établi d’hypertension pulmonaire. Ainsi, les poumons de rats adultes mâles soumis à l’hypoxie hypobarique durant 3 semaines présentent un remodelage vasculaire, une fibrose réactive et une augmentation des niveaux d’ARN messager et de la protéine Nestine. De plus, nos résultats ont démontré que la Nestine, plutôt que l’alpha-actine du muscle lisse, est un marqueur plus approprié des diverses populations de fibroblastes pulmonaires activés. Également, nos données suggèrent que les fibroblastes pulmonaires activés proviendraient en partie de fibroblastes résidents, ainsi que des processus de transition épithélio-mésenchymateuse et de transition endothélio-mésenchymateuse. Collectivement, ces études ont démontré que des populations distinctes de cellules Nestine(+) jouent un rôle majeur dans la fibrose réparative cardiaque et la fibrose réactive pulmonaire. / It is well established that the intermediate filamentous protein Nestin is expressed during wound healing and fibrotic remodeling. Furthermore, we have identified Nestin expression in two distinct populations directly implicated in reparative and reactive fibrosis. The adult rodent heart contains a resident population of neural progenitor/stem cells that express Nestin and identified as a cellular substrate of cardiac angiogenesis and neurogenesis. Moreover, Nestin is also expressed in cardiac scar myofibroblasts and the intermediate filament protein plays a direct role in proliferation. Thus, the general aim of the present thesis was to better understand the cellular events implicated in the neurogenic response of neural progenitor/stem cells during cardiac reparative fibrosis and to explore whether the appearance of Nestin(+)-fibroblasts was associated with reactive fibrotic response secondary to pulmonary remodeling. The first study revealed that the transient upregulation of growth associated protein 43 (GAP43) represents a transition event during the acquisition of a neuronal-like phenotype by cardiac resident neural progenitor/stem cells in the scar of the infarcted rat heart. Furthermore, the superimposition of a type 1 diabetic environment, via the single injection of streptozotocin in rats, abrogated the neurogenic response of cardiac resident neural progenitor/stem cells to ischemia and 6-hydroxydopamine, respectively. The second study has demonstrated that the development of acute pulmonary fibrosis secondary to myocardial infarction of the adult rat heart was associated with the increased expression of Nestin protein levels and appearance of Nestin(+)-myofibroblasts. Furthermore, the treatment of pulmonary fibroblasts with putative pro-fibrotic peptide growth factors increased Nestin protein levels. Lastly, in the lungs of type 1 diabetic rats, the absence of a reactive fibrotic response was associated with a significant downregulation of Nestin protein/mRNA levels. Finally, the third study represented an extension of the second study and examined chronic lung remodeling in an established model of pulmonary hypertension. The lungs of adult male rats subjected to 3 weeks of hypobaric hypoxia were associated with vascular remodeling, reactive fibrosis and increased Nestin protein and mRNA levels. Moreover, Nestin, rather than smooth muscle α-actin expression was identified as a more relevant marker of activated pulmonary fibroblasts. Furthermore, the appearance of activated pulmonary fibroblasts may be derived in part from resident fibroblasts and secondary to endothelial-mesenchymal transition and epithelial-mesenchymal transition. Collectively, these studies have demonstrated that distinct populations of Nestin-expressing cells play a seminal role in cardiac reparative fibrosis and pulmonary reactive fibrosis.

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière. / At the end of the 19th century, Dr. Ramón y Cajal, a scientific pioneer, discovered that the nervous system was composed of individual cellular elements, later called neurons. He also noticed the complexity of this system and mentioned the impossibility of new neurons to be integrated into the adult nervous system. One of his famous quotes: “In adult centers the nerve paths are something fixed, ended, immutable. Everything may die, nothing may be regenerated” is representative of the prevalent dogma at the time (Ramón y Cajal 1928). Key studies conducted in the 1960-1970s suggested a different point of view. It was demonstrated that new neurons could be born during adulthood, but this discovery created an omnipresent skepticism in the scientific community. It took 30 years for the concept of adult neurogenesis to become widely accepted. This discovery, along with more advanced techniques, opened doors to potential therapeutic avenues for neurodegenerative diseases. Adult neural stem cells (NSCs) reside mainly in two niches in the brain: the subventricular zone of the lateral ventricles and the dentate gyrus of the hippocampus. Under normal conditions, neurogenesis level is relatively high in the SVZ whereas some steps are rate-limiting in the hippocampus. In contrast, the spinal cord is rather defined as a quiescent environment. One of the main questions that arose from these discoveries is: how do you activate adult NSCs in order to increase neurogenesis levels? In the hippocampus, environmental enrichment (including cognitive stimulation, exercise and social interactions) has been shown to promote hippocampal neurogenesis. The plasticity potential of this region is important as it could play a crucial role in rescuing learning and memory deficits. In the spinal cord, studies conducted in vitro demonstrated that ependymal cells found around the central canal have self-renewal and multipotency capacities (neurons, astrocytes, oligodendrocytes). Interestingly, it turns out that in vivo, following a spinal cord lesion, ependymal cells become activated, can self-replicate, but can only give rise to glia cell fate (astrocytes and oligodendrocytes). This new post-injury function shows that plasticity can still occur in a quiescent environment and could be exploited to develop endogenous spinal cord repair strategies. v As mentioned above, NSCs play important roles in normal brain function and neural repair following injury. However, little information is known about how a quiescent NSC becomes activated in order to perform these functions. The general objective of this project was to investigate the mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system. My specific aims were to address this question using adult mice in two complementary models: 1) activation of hippocampal NSCs by environmental enrichment, and 2) activation of spinal cord NSCs by injury-induced neuroinflammation. Moreover, 3) to gain new insights into the molecular mechanisms of these models, we will perform transcriptomics studies to open new lines of investigation. The first project is expected to provide us with new insights into the basic cellular and molecular mechanisms through which environmental enrichment modulates adult brain plasticity. We first evaluated the contribution of individual environmental enrichment components to hippocampal neurogenesis (Chapter II). Voluntary exercise promotes neurogenesis, whereas a social context increases neuronal activation. We then determined the effect of these components on behavioural performances and transcriptome using an eight-arm radial maze to assess spatial memory, novel object recognition, and RNA-Seq, respectively (Chapter III). Runners show stronger spatial short-term memory recall, whereas mice exposed to social interactions had a better cognitive flexibility to abandon old memory. Surprisingly, RNA-Seq analysis indicated clear differences in the expression of modified transcripts between low runners and high runners, as well as for social interacting mice (within the complex environment). The second project consists of discovering how ependymal cells acquire NSC properties in vitro or multipotentiality following lesions in vivo. A RNA-Seq analysis revealed that the transforming growth factor-β1 (TGF-β1) acts as an upstream regulator of significant changes following spinal cord injury (Chapter IV). We therefore confirmed the presence of this cytokine after lesion and investigated its role on proliferation, differentiation, and survival of neurosphere-initiating cells from the spinal cord. Our results suggest that TGF-β1 regulates the acquisition and expression of stem cell properties of spinal cord-derived ependymal cells.

Les astrocytes sont des cellules gliales présentes dans le système nerveux central, qui exercent de nombreuses fonctions physiologiques essentielles et sont impliquées dans la réponse aux lésions et dans plusieurs pathologies du cerveau. Les astrocytes sont générés par les cellules de la glie radiale, les précurseurs communs de la plupart des cellules neuronales et gliales du cerveau, après le début de la production des neurones. Le passage de la neurogenèse à la gliogenèse est le résultat de mécanismes moléculaires complexes induits par des signaux intrinsèques et extrinsèques responsables du changement de propriété des précurseurs et de leur spécification. Le gène Pax6 code pour un facteur de transcription hautement conservé, impliqué dans plusieurs aspects du développement du système nerveux central, tels que la régionalisation et la neurogenèse. Il est exprimé à partir des stades les plus précoces dans les cellules neuroépithéliales (les cellules souches neurales) et dans la glie radiale, dérivant de la différenciation de ces cellules. L’objectif de cette étude est d’analyser le rôle de Pax6 dans la différenciation et dans le développement des astrocytes. À travers l’utilisation d’un modèle murin mutant nul pour Pax6, nous avons obtenu des résultats suggérant que la suppression de ce gène cause l'augmentation de la prolifération et de la capacité d'auto-renouvellement des cellules souches neurales embryonnaires. In vitro, les cellules mutantes prolifèrent de façon aberrante et sous-expriment les gènes p57Kip2, p16Ink4a, p19Arf et p21Cip1, qui inhibent la progression du le cycle cellulaire. De plus, Pax6 promeut la différenciation astrocytaire des cellules souches neurales embryonnaires et est requis pour la différenciation des astrocytes dans la moëlle épinière. Les mutants nuls pour Pax6 meurent après la naissance à cause de graves défauts développementaux dus aux fonctions essentielles de ce gène dans le développement embryonnaire de plusieurs organes. En utilisant un modèle murin conditionnel basé sur le système CRE/ loxP (hGFAP-CRE/ Pax6flox/flox) qui présente l’inactivation de Pax6 dans les cellules de la glie radiale, viable après la naissance, nous avons montré que Pax6 est impliqué dans la maturation et dans le développement post-natal des astrocytes. Le cortex cérébral des souris mutantes conditionnelles ne présente pas d’astrocytes matures à l’âge de 16 jours et une très faible quantité d’astrocytes immatures à l’âge de trois mois, suggérant que Pax6 promeut la différenciation et la maturation des astrocytes. De plus, Pax6 semble jouer un rôle même dans le processus de différenciation et de maturation de cellules gliales rétiniennes. L’étude des gènes et des mécanismes moléculaires impliqués dans la génération des astrocytes est crucial pour mieux comprendre le rôle physiologique et les altérations pathologiques des ces cellules. / Astrocytes, a subtype of glial cells present in the central nervous system, have multiple physiological functions and are involved in the response to lesions and in several brain pathologies. Astrocytes are generated by radial glia cells, the common precursors of most neural and glial cells of the brain, after the beginning of neurons production. The transition from neurogenesis to gliogenesis is the result of complex molecular mechanisms induced by both intrinsic and extrinsic signals responsible for the change of precursors properties and commitment. The Pax6 gene encodes a highly conserved transcription factor, involved in several aspects of central nervous system development, such as regionalization and neurogenesis. It is expressed from the earliest stages in the neuroepithelial cells (neural stem cells) and in their more differentiated radial glia progeny. The aim of this study was to analyze the role of Pax6 in the differentiation and development of astrocytes. By using a Pax6 null mutant mouse, we obtained results suggesting that the suppression of this gene increases the proliferation and the self-renewal ability of embryonic neural stem cells. In vitro mutant cells overproliferate and overexpress p57Kip2, p16Ink4a, p19Arf et p21Cip1 genes, which inhibit the cell cycle progression. Moreover Pax6 promotes astrocytic differentiation of embryonic neural stem cells and is required for astrocyte differentiation in spinal cord. Pax6 null mutants die after birth because of severe developmental defects, due to the essential functions of this gene in embryonic development of several organs. Using a conditional mutant mouse of Pax6 in radial glia (hGFAP-CRE/ Pax6flox/flox, based on site-specific Cre/loxP-mediated gene excision), which is viable after birth, we obtained evidences showing that Pax6 is involved in astrocyte maturation and postnatal development. The cerebral cortex of sixteen-day-old conditional mutant mice doesn’t present mature astrocytes, and the three-month-old mice cortex presents only few immature astrocytes, suggesting that Pax6 promotes astrocyte differentiation and maturation. Moreover Pax6 seems to play a role also in the maturation and differentiation of retinal glial cells. The identification of genes and molecular pathways involved in the generation of astrocytes is crucial to better understand the physiological function and pathological alterations of these cells.