Les cellules souches neurales (CSNs) persistent dans la zone sous ventriculaire dans le cerveau adulte. Elles transitent d’un état quiescent à un état prolifératif afin de produire de nouveaux neurones. Les mécanismes régulant cette transition restent cependant méconnus. Les CSNs adultes étant enrichies en gènes calciques, nous avons déterminé si la transition d’un état quiescent vers un état de prolifération était calcium-dépendant. Pour ce faire, nous avons utilisé des mini-endoscopes miniatures pour observer la division cellulaire et sa régulation par la signalisation calcique chez la souris en mouvement libre. Nos données révèlent différents dynamiques calciques et niveaux intracellulaires calciques lors de la division des CSNs. Les expériences pharmacologiques et la technique d’édition génomique CRISPR-Cas9 montrent que les réserves intracellulaires calciques IP3-dépendant et les régulateurs à la protéine G régulent la transition d’un état quiescent vers l’état prolifératif. Nous avons aussi utilisé une approche optogénétique in vivo afin de mimer la dynamique calcique des CSNsquies centes pour maintenir les CSNs dans un état de quiescence et bloquer son activation vers un stade prolifératif. Nos résultats démontrent que les dynamiques calciques et le niveau intracellulaire calcique jouent un rôle important dans l’activation des CSNs. Ensuite, nous avons investigué le microenvironnement des CSNs notamment les vaisseaux sanguins et leur rôle dans la physiologie des CSNs. Les CSNs étendent un long prolongement basal et contactent les vaisseaux sanguins. Le contact direct et la libération de facteurs par les cellules endothéliales influencent le comportement des CSNs. Ici, nous avons utilisé des souris transgéniques pour altérer la communication entre les vaisseaux sanguins et les CSNs. Comme la signalisation Notch joue un rôle clé dans la signalisation des vaisseaux sanguins, nous avons inhibé in vivo la signalisation Notch spécifiquement dans les cellules endothéliales. Nous avons trouvé que l’inhibition de la signalisation Notch dans les cellules endothéliales à des stades précoces (P0) ou à des stades tardifs (P30) augmentait le nombre de CSNs. L’analyse morphologique des vaisseaux sanguins révèle aucune altération quand Notch est inhibé à des stades tardifs (P30). Ces résultats montrent que l’inhibition de la signalisation Notch maintient lesCSNs dans un état de quiescence. / Neural stem cells (NSCs) persist in the subventricular zone of adult brain and transit from the quiescent to the proliferative states to produce new neurons. The mechanisms regulating the transition froma quiescent to a proliferative state remain unclear. Since adult NSCs are enriched in genes associated with Ca2+ signalling pathways, we aimed to determine whether the transition from quiescence to aproliferative state is Ca2+ dependent. Here, we used miniature endoscopes (mini-endoscopes) to monitor NSC division and their regulation by Ca2+ signalling in freely behaving mice. Our data revealeddifferent Ca2+ dynamics and steady-state Ca2+ intracellular levels during NSC division. Pharmacological and in vivo CRISPR-Cas9 gene editing showed that IP3-sensitive intracellular stores and G-proteins regulators regulate the transition from quiescence to proliferation. We further used in vivo optogenetics to mimic Ca2+ dynamics of quiescence state to maintain NSCs in this state and prevent NSCsto transit into proliferative state. Our results demonstrate that Ca2+ dynamics and Ca2+ intracellularlevels play an important role in NSC activation. Next, we investigated NSCs microenvironmentmainly blood vessel and their role in their physiology. The NSCs contact the blood vessels by extending their basal processes. Direct cell-cell contact and the release of factors such as VEGF (vascularendothelial growth factor) by endothelial cells (EC) influence the NSC behaviour. As Notch pathwayis a key player in vasculature signalling, we inhibit in vivo the Notch signalling specifically in EC.We found that inhibition of Notch signalling in EC at early stage (P0) or later stage (P30) increasesNSC number. Morphological analysis of blood vessel reveals no alteration when Notch signalling isinhibited at later stages (P30). These finding showed that inhibition of Notch signalling in EC maintains NSC in quiescence state.

Les cellules souches neurales (CSNs) persistent dans la zone sous ventriculaire dans le cerveau adulte. Elles transitent d’un état quiescent à un état prolifératif afin de produire de nouveaux neurones. Les mécanismes régulant cette transition restent cependant méconnus. Les CSNs adultes étant enrichies en gènes calciques, nous avons déterminé si la transition d’un état quiescent vers un état de prolifération était calcium-dépendant. Pour ce faire, nous avons utilisé des mini-endoscopes miniatures pour observer la division cellulaire et sa régulation par la signalisation calcique chez la souris en mouvement libre. Nos données révèlent différents dynamiques calciques et niveaux intracellulaires calciques lors de la division des CSNs. Les expériences pharmacologiques et la technique d’édition génomique CRISPR-Cas9 montrent que les réserves intracellulaires calciques IP3-dépendant et les régulateurs à la protéine G régulent la transition d’un état quiescent vers l’état prolifératif. Nous avons aussi utilisé une approche optogénétique in vivo afin de mimer la dynamique calcique des CSNsquies centes pour maintenir les CSNs dans un état de quiescence et bloquer son activation vers un stade prolifératif. Nos résultats démontrent que les dynamiques calciques et le niveau intracellulaire calcique jouent un rôle important dans l’activation des CSNs. Ensuite, nous avons investigué le microenvironnement des CSNs notamment les vaisseaux sanguins et leur rôle dans la physiologie des CSNs. Les CSNs étendent un long prolongement basal et contactent les vaisseaux sanguins. Le contact direct et la libération de facteurs par les cellules endothéliales influencent le comportement des CSNs. Ici, nous avons utilisé des souris transgéniques pour altérer la communication entre les vaisseaux sanguins et les CSNs. Comme la signalisation Notch joue un rôle clé dans la signalisation des vaisseaux sanguins, nous avons inhibé in vivo la signalisation Notch spécifiquement dans les cellules endothéliales. Nous avons trouvé que l’inhibition de la signalisation Notch dans les cellules endothéliales à des stades précoces (P0) ou à des stades tardifs (P30) augmentait le nombre de CSNs. L’analyse morphologique des vaisseaux sanguins révèle aucune altération quand Notch est inhibé à des stades tardifs (P30). Ces résultats montrent que l’inhibition de la signalisation Notch maintient lesCSNs dans un état de quiescence. / Neural stem cells (NSCs) persist in the subventricular zone of adult brain and transit from the quiescent to the proliferative states to produce new neurons. The mechanisms regulating the transition froma quiescent to a proliferative state remain unclear. Since adult NSCs are enriched in genes associated with Ca2+ signalling pathways, we aimed to determine whether the transition from quiescence to aproliferative state is Ca2+ dependent. Here, we used miniature endoscopes (mini-endoscopes) to monitor NSC division and their regulation by Ca2+ signalling in freely behaving mice. Our data revealeddifferent Ca2+ dynamics and steady-state Ca2+ intracellular levels during NSC division. Pharmacological and in vivo CRISPR-Cas9 gene editing showed that IP3-sensitive intracellular stores and G-proteins regulators regulate the transition from quiescence to proliferation. We further used in vivo optogenetics to mimic Ca2+ dynamics of quiescence state to maintain NSCs in this state and prevent NSCsto transit into proliferative state. Our results demonstrate that Ca2+ dynamics and Ca2+ intracellularlevels play an important role in NSC activation. Next, we investigated NSCs microenvironmentmainly blood vessel and their role in their physiology. The NSCs contact the blood vessels by extending their basal processes. Direct cell-cell contact and the release of factors such as VEGF (vascularendothelial growth factor) by endothelial cells (EC) influence the NSC behaviour. As Notch pathwayis a key player in vasculature signalling, we inhibit in vivo the Notch signalling specifically in EC.We found that inhibition of Notch signalling in EC at early stage (P0) or later stage (P30) increasesNSC number. Morphological analysis of blood vessel reveals no alteration when Notch signalling isinhibited at later stages (P30). These finding showed that inhibition of Notch signalling in EC maintains NSC in quiescence state.

Au cours des 10 dernières années, le laboratoire de JP Hugnot s’est concentré sur les différents pools de progéniteurs et de cellules souches trouvés dans la moelle épinière adulte, chez l’homme comme chez la souris. Ceci est important pour mener ce type de recherche car la moelle épinière est affectée par plusieurs maladies neurodégénératives telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et des lésions traumatiques pour lesquelles il n'existe pas de traitement curatif. Chez des animaux comme le poisson zèbre, la moelle épinière peut se régénérer après une lésion en raison de l'activation de progéniteurs / cellules souches endogènes. Ainsi, en recherchant la présence et les propriétés de telles cellules chez les mammifères, en particulier les humains, on pourrait exploiter ces cellules pour la régénération, y compris les neurones. Nous avons procédé au profilage de l'ARN pour comparer la niche de cellules souches humaine et de souris et la niche de cellules souches de souris de la moelle épinière lésée ou non lésée. Cette niche est particulièrement intéressante dans la mesure où, chez les anamniotes, les cellules de l'épendymoglie radiale situées dans cette région sont multipotentes et peuvent générer de nouveaux motoneurones après une lésion. et des cellules similaires, mais non identiques, sont présentes chez la souris. Chez les mammifères, après la lésion, ces cellules de niche prolifèrent et migrent activement pour générer principalement des cellules astrocytaires et peu d'oligodendrocytes qui participent à la cicatrice gliale et à la régénération en fournissant un facteur neurotrophique tel que le CNTF, le HGF et l'IGF-1. Cette niche contient au moins 5 types de cellules et un nouveau type de cellules dorsales exprimant les facteurs de transcription Msx1 et Id4 a été identifié. Ces résultats indiquent que la niche de la moelle épinière adulte chez la Souris et chez l'homme est une mosaïque de cellules ayant différentes origines développementales et conservant des niveaux élevés de gènes de développement neural. Les interactions gliales-neuronales qui soutiennent et maintiennent les neurones intacts peuvent influer sur les maladies neurodégénératives. L'une de ces cellules gliales est l'oligodendrocyte satellite ou cellules satellites périneuronales (PNC). Les PNC sont étroitement associés au soma de gros neurones et largement répandus dans la substance grise du cortex et de la moelle épinière. Cependant, les propriétés cellulaires et les rôles fonctionnels de ces oligodendrocytes non myélinisants n'ont pas encore été découverts. Dans cette étude, les cellules positives à la nestine-GFP sont associées à des neurones immunocolorés pour l'antigène nucléaire neuronal dans le cortex et la moelle épinière. Nous avons identifié les PNC comme étant des cellules positives pour la CNPase qui ne sont ni des cellules progénitrices d'oligodendrocytes (PDGFRa) ni des oligodendrocytes myélinisants (MBP). Ces données suggèrent que les PNC pourraient affecter la survie neuronale ainsi que le processus de myélinisation dans des conditions de démyélinisation. En outre, il pourrait être impliqué dans des maladies neurodégénératives telles que la sclérose en plaques et la sclérose latérale amyotrophique en raison de leur interaction avec les motoneurones. / Over the last 10 years, JP Hugnot’s lab has been focusing on the different pools of progenitors and stem cells found in the adult spinal cord both in human and mouse. This is important to conduct this kind of research as the spinal cord is affected by several neurodegenerative diseases such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and traumatic lesions for which there is no cure. In anamniotes such as Zebrafish, the spinal cord can regenerate after lesion due to endogenous progenitors/stem cells activation. So by investigating the presence and properties of such cells in mammals especially human, one could possibly harness those cells toward regeneration including neurons. We conducted RNA profiling to compare human vs mouse stem cell niche and lesioned vs non lesioned spinal cord mouse stem cell niche. This niche is particularly interesting as in anamniotes, radial ependymoglia cells located in this region are multipotent and can generate new motoneurons after lesion. And similar, albeit non identical, cells are present in mouse. In mammals, after lesion, these niche cells actively proliferate and migrate to generate mainly astrocytic cells and few oligodendrocytes which participate to the glial scar and regeneration by providing neurotrophic factor such as CNTF, HGF, and IGF-1. This niche contains at least 5 cell types and here a new dorsal cell type expressing Msx1 and Id4 transcription factors was identified. These results indicated that the adult spinal cord niche in mouse and human is a mosaic of cells with different developmental origin and maintaining high levels of neural developmental genes. Glial-neuronal interactions supporting and keeping neurons intact can be influence neurodegenerative diseases. One of these glial cells is the satellite oligodendrocyte or so called perineuronal satellite cells (PNCs). PNCs are tightly associated to the soma of large neurons and widely spread in the grey matter of the CNS both cortex and spinal cord. However the cellular properties and functional roles of these unmyelinating oligodendrocytes are not yet discovered. In this study, nestin-GFP positive cells are associated to neurons immunostained for neuronal nuclear antigen in both cortex and spinal cord. We identified PNCs as CNPase positive cells that are neither oligodendrocyte progenitor cells (PDGFRa) nor myelinating oligodendrocytes (MBP). These data suggest that PNCs might affect neuronal survival as well as the myelination process in demyelinating conditions. Also it could be implicated in neurodegenerative diseases such as multiple sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis due to their interaction with motor neurons.

Les précurseurs neuraux adultes possèdent une plasticité cellulaire suggérant un rôle dans l'apparition de pathologies mais aussi un potentiel curatif inespéré. Cependant, l'emploi clinique de ces cellules nécessite une connaissance des mécanismes biologiques contrôlant leur prolifération, maturation ou spécification cellulaire. Dans cette thèse, nous avons étudié l'expression des protéines S100 A1 et B dans les cellules progénitrices d'oligodendrocytes (OPC) et les cellules souches astrocytaires. Nous avons démontré que <br />1) toutes les cellules gliales expriment précocement la S100A1 alors que la S100B est liée à leur maturation <br />2) la S100B régule la maturation des OPC <br />3) les cellules souches astrocytaires adultes sont maintenues dans un stade de développement immature (S100B-) grâce à l'EGF, afin de conserver leurs propriétés germinales.<br />Ces résultats démontrent un lien entre les protéines S100A1/B, la maturation des cellules gliales et leurs propriétés de différenciation cellulaire.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 177-193. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L’autisme est une pathologie neurodéveloppementale impliquant des facteurs génétiques. Nous utilisons une stratégie d’étude de gènes candidats choisis pour leur rôle clé dans la voie de l’ubiquitine, impliquée dans des mécanismes de neurogénèse ou de plasticité synaptique mis en cause dans l’autisme.L’identification des 37 enzymes de conjugaison à l’ubiquitine E2 humaines, groupées en 17 familles, a permis de sélectionner 6 enzymes pour mener une recherche de mutation chez 195 autistes : UBE2H, UBE2A, UBE2K, UBE2I, UBE2N, UBE2E3.Aucune mutation n’a été détectée dans notre population d’autistes, et aucune preuve génétique n’a pu impliquer les gènes UBE2K, UBE2A et UBE2N. En revanche des associations significatives ont été mises en évidence avec des polymorphismes des gènes UBE2E3, UBE2I et UBE2H.Des études in vitro ont mis en évidence les rôles importants d’enzymes E2 lors de la neurogénèse : UBE2H favorise la prolifération des CSN tout en empêchant la différenciation neuronale, tandis qu’UBE2A modifie la différenciation des CSN par une augmentation de la taille des neurites.Les recherches restent donc encouragées par ces premiers résultats très prometteurs. / Autism is a neurodevelopmental disorder involving genetic factors. We use a candidate genes strategy selected for their key role in the ubiquitin pathway involved in mechanisms of neurogenesis and synaptic plasticity implicated in autism.Identification of the 37 human ubiquitin conjugating enzymes E2, grouped into 17 families, helped to select 6 enzymes to conduct a mutation screening in 195 autistic patients: UBE2H, UBE2A, UBE2K, UBE2I, UBE2N, UBE2E3.No mutation was detected in our autistic population, and no genetic evidence could involve UBE2K, UBE2A and UBE2N genes. However significant associations were identified with polymorphisms from UBE2E3, UBE2I and UBE2H genes.In vitro studies highlighted the important role of E2 enzymes during neurogenesis: UBE2H promotes the proliferation of NSC while preventing neuronal differentiation, while UBE2A alters differentiation of NSC by increasing the neurites size.Researches therefore remain encouraged by these very promising initial results.

L'infection congénitale par le cytomégalovirus humain (HCMV) est la première cause de séquelles acquises du système nerveux central (CNS). Elle est responsable de surdités neurosensorielles, de paralysies cérébrales ou d'anomalies neuro-développementales graves (0,1% des naissances) telles que des microcéphalies ou des anomalies de gyration. Pour étudier les effets de l'infection par le HCMV sur le développement cérébral, nous utilisons des cellules souches neurales (NSC) humaines dérivées de cellules souches embryonnaires (ES), ainsi que des coupes histologiques de cerveaux fœtaux infectés. Notre travail a porté sur l'analyse des conséquences de l'infection sur un facteur de transcription essentiel lors du développement cérébral, le Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARg). Nous avons démontré que l'infection par le HCMV diminuait la neuronogénèse, en association avec une augmentation des niveaux d'expression et d'activité de PPARg. En accord avec ces résultats, nous avons montré que le niveau d'expression de l'acide 9-hydroxyoctadecadienoique (9-HODE), un agoniste connu de PPARg était augmenté dans les NSC infectées. En outre, l'ajout de 9-HODE dans les NSC reproduit l'effet de l'infection sur PPARg conduisant à une augmentation du nombre de cellules positives pour l'antigène viral IE parmi les NSC infectées. De plus, nous avons démontré que : (1) l'activation pharmacologique ou l'expression ectopique de PPARg suffisent pour perturber la neuronogénèse de NSC non infectées ; (2) le traitement de NSC non infectées par le 9-HODE diminue la différenciation des NSC ; (3) le traitement de NSC infectées par du T0070907, un inhibiteur de PPARg restaure un taux normal de différenciation. Le rôle crucial de PPARg dans les pathologies fœtales liées à l'infection a été souligné par la mise en évidence de sa translocation nucléaire au sein des zones germinatives de cerveaux fœtaux infectés congénitalement par le HCMV (N=20), mais pas dans les cas contrôles. Nous avons également identifié un des gènes cibles de PPARg dans le cerveau infecté: LIS1, le gène de la lissencéphalie classique, dont l'expression est également augmentée dans les NSC infectées, de façon dépendante de l'activité de PPARg. Nous avons mis en évidence que l'expression de LIS1 était augmentée de façon massive dans les cerveaux fœtaux infectés congénitalement par le HCMV (N=6) par rapport aux cas contrôles (N=3). Ceci pourrait jouer un rôle central dans la physiopathologie, car il est connu que toute perturbation de l'expression de LIS1 conduit à des anomalies importantes de la migration neurale et au développement d'un phénotype dit "lissencephaly-like". L'ensemble de nos données révèle le rôle clé de PPARg dans la neuronogénèse et la pathophysiologie de l'infection congénitale par le HCMV. Elles ouvrent la voie à une meilleure compréhension des mécanismes régissant les phénotypes pathologiques, notamment concernant le rôle de LIS1 dans les anomalies de la migration neurale. / Congenital infection by human cytomegalovirus (HCMV) is a leading cause of permanent sequelae of the central nervous system, including sensorineural deafness, cerebral palsies or devastating neurodevelopmental abnormalities (0.1 % of all births). To gain insight on the impact of HCMV on neuronal development, we used both neural stem cells from human embryonic stem cells (NSC) and brain sections from infected fetuses. We investigated the outcome of infection on Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARg, a transcription factor critical in the developing brain. We observed that HCMV infection dramatically impaired the rate of neuronogenesis and strongly increased PPARg levels and activity. Consistent with these findings, levels of 9-hydroxyoctadecadienoic acid (9-HODE), a known PPARg agonist, were significantly increased in infected NSCs. Likewise, exposure of uninfected NSCs to 9-HODE recapitulated the effect of infection on PPARg activity. It also increased the rate of cells expressing the IE antigen in HCMV-infected NSCs. Further, we demonstrated that (1) pharmacological activation of ectopically expressed PPARg was sufficient to induce impaired neuronogenesis of uninfected NSCs, (2) treatment of uninfected NSCs with 9-HODE impaired NSC differentiation and (3) treatment of HCMV infected NSCs with the PPARg inhibitor T0070907 restored a normal rate of differentiation. The role of PPARg in the disease phenotype was strongly supported by the immunodetection of nuclear PPARg in brain germinative zones of congenitally infected fetuses (N=20), but not in control samples. We also identified LIS1 as one of the target genes for PPAR??in the infected brain. Levels of LIS1, the gene of classical lissencephaly, were strongly increased in infected NSC, presumably resulting from increased PPAR? activity. The relevance of this finding was further supported by our demonstration of a massive increase in the immunodetection in LIS1 fetal brains congenitally infected with HCMV (N = 6), relative to control cases (N = 3). Indeed, it is well known that overexpression of LIS1 is responsible for significant abnormalities of neural migration and development of a lissencephaly-like phenotype. Altogether, our findings reveal a key role for PPARg in neurogenesis and in the pathophysiology of HCMV congenital infection. They also pave the way to the identification of PPARg gene targets in the infected brain.

Les Encéphalopathies Spongiformes Subaigües Transmissibles (ESST) sont des maladies neurodégénératives caractérisées par une longue période d'incubation asymptomatique à l'issue fatale. Elles sont induites par l'accumulation, au niveau du système nerveux central (SNC), de l'isoforme pathogène de la protéine du prion (PrPSc) entraînant une dégénération des cellules neuronales ainsi qu'une astrogliogénèse. La PrPSc, qui joue un rôle central dans la transmission de la maladie, est produite par conversion de la forme physiologique de la protéine du prion (PrPC). Les mécanismes de conversion de la PrPC et de propagation de la PrPSc sont incertains ainsi que les mécanismes moléculaires à la base des maladies à prions. Dans le cadre de la création et l'amélioration de modèles de culture cellulaire, il a été montré que les Cellules Souches Neurales (CSN) issues du SNC permettent la conversion in vitro de la PrPC en PrPSc. Dans cette étude, nous avons utilisé les CSN pour optimiser et caractériser les conditions d'infection des cellules et émis l'hypothèse que la modification des conditions de culture pouvait moduler la production de PrPSc dans les CSN. Pour cela, nous avons ajouté des facteurs influençant l'identité cellulaire dans nos cultures et avons montré qu'ils étaient capables d'augmenter la propagation du prion. Ces modèles nous permettent l'étude des mécanismes moléculaires pouvant être à l'origine de l'infection. En parallèle, nous avons montré que l'ajout d'HEPES dans nos cultures inhibe la production de PrPSc dans les CSN de façon dose-dépendante. Par ailleurs, à ce jour il n'existe aucune thérapie capable de stopper la progression de la maladie chez l'homme. Ainsi, nous avons utilisé les CSN dans le but d'élaborer une approche thérapeutique permettant de distribuer des anticorps au sein du SNC pour stopper la réplication du prion. Ces cellules permettront, de plus, de réparer les zones endommagées du cerveau combinant ainsi thérapie cellulaire et génique. / Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSE) are neurodegenerative disorders with long asymptomatic incubation periods and fatal issue. They are induced by accumulation of the pathogen isoform of the prion protein (PrPSc) in the central nervous system (CNS) resulting in neuronal degeneration and astrogliosis. PrPSc, produced by the conversion of the physiological form of the prion protein (PrPC), plays a key role in the disease transmission. The mechanisms underlying the conversion of PrPC and the propagation of PrPSc are uncertain just as the molecular mechanisms giving rise to prion diseases. In the aim of creating or improving cell culture models, it has been shown that CNS Neural Stem Cells (NSC) could support PrPC conversion into PrPSc in vitro. In this project, we used NSC to improve and characterize cellular infection and hypothesized that modification of culture conditions could modulate PrPSc production in NSC. Hence, we used factors known to influence cellular identity in our culture model and showed that higher amount of prions were produced. These models also allow molecular mechanisms studies that could be at infection origin. During the course of this study, we also demonstrated that HEPES added to our culture medium could stop prion propagation in a dose-dependant manner. Moreover, to date no therapy aimed at stopping disease progression has been established in humans. We therefore used NSC with the ultimate goal to elaborate a therapeutic strategy based on the delivery of antibodies into the CNS to block prion replication. These cells will also able to repair damaged brain area thus combining cell and gene therapy.

Un certain nombre de régions du cerveau des vertébrés, y compris chez l’homme, continuent d’être le siège de l’ajout de nouveaux neurones à l’âge adulte. Ces nouveaux neurones sont produits à partir de cellules spécialisées, appelées cellules souches neurales (CSN). Celles-ci sont capables de s’auto-renouveler et sont principalement trouvées dans un état d’arrêt transitoire du cycle cellulaire que l’on appelle quiescence. A l’heure actuelle, les mécanismes cellulaires et moléculaires permettant aux CSN de trouver un équilibre entre maintien et différentiation, ainsi que les règles générales gouvernant l’évolution de leur population, ne sont que partiellement compris. A l’échelle moléculaire, plusieurs facteurs et voies de signalisation apparaissent déterminants pour l’homéostasie des CSN. Notamment, la voie de signalisation du récepteur Notch s’avère essentielle pour maintenir à la fois l’état de quiescence et le caractère souche des CSN. Il demeure néanmoins inconnu si la signalisation Notch affecte ces deux propriétés de manière indépendante ou non. A l’échelle cellulaire, la plupart des modèles actuels suggèrent que les CSN se divisent rarement et principalement de manière asymétrique. Cette dernière propriété permettrait aux CSN de se perpétuer tout en donnant naissance à des cellules filles déterminées à se différencier en neurones. Le pallium du poisson-zèbre abrite une population particulièrement importante de CSN, que l’on appelle glies radiaires (GR), et qui possèdent les mêmes caractéristiques fondamentales que leurs homologues chez les mammifères. Notre laboratoire avait précédemment démontré que le récepteur Notch3 était nécessaire au maintien de la quiescence des GR. Le travail présenté dans ce manuscrit se décompose en deux études complémentaires dont les objectifs respectifs étaient: (1) d’améliorer notre compréhension du rôle de la voie de signalisation Notch3 dans l’homéostasie des GR et (2) d’étudier les schémas de divisions adoptés par les GR afin de maintenir leur nombre sur une longue durée. Dans la première étude, nous démontrons que le rôle de la signalisation Notch3 s’étend au-delà du simple contrôle de la quiescence des GR en contribuant également au maintien de leur caractère souche par l’intermédiaire de son gène cible hey1. Un point important de cette découverte est que l’action du facteur Hey1 sur le caractère souche des GR apparaît indépendante du rôle de Notch3 dans le maintien de leur quiescence. Dans la seconde étude, nous avons réalisé une analyse clonale du devenir des GR exprimant le gène her4.1. Ceci nous a permis de mettre en évidence que leurs choix entre différentiation, amplification et auto-renouvellement apparaissent stochastiques, mais équilibrés, ce qui leur permet de maintenir leur population dans le temps. De façon très intéressante, nous avons aussi observé que le nombre total de GR du pallium augmente au cours de la vie, ce qui, au regard du comportement homéostatique de la population de GR exprimant her4.1, nous amène à proposer que la zone neurogénique du pallium est organisée selon une hiérarchie dans laquelle une population inconnue de progéniteurs produit continuellement de nouvelles GR, qui ensuite se maintiennent grâce à un équilibre probabiliste entre leurs différents lignages. / New neurons continue to be added into discrete brain regions of most adult vertebrate species, including humans. Adult born neurons arise from precursor cells, called neural stem cells (NSCs), endowed with self-renewal potential and mostly found in a state of reversible cell cycle arrest, named quiescence. Currently, the molecular, cellular and population rules allowing NSC to balance maintenance and differentiation remain incompletely understood. At the single cell level, several factors and signalling pathways were demonstrated to be essential for NSC homeostasis. Among them, the Notch signalling pathway is critically involved in the control of NSC quiescence and stemness. However, whether these two properties represent molecularly distinct or overlapping outputs of the Notch signalling pathway remains unknown. At the cellular level, current models state that NSCs divide rarely and mostly asymmetrically, allowing both self-renewal and the generation of a more committed progeny that ultimately exits the cell cycle and fulfils neuronal differentiation. The adult zebrafish pallium harbours NSCs, called radial glia (RG), which share with their mammalian counterparts the same basic properties. Previously, our laboratory demonstrated that Notch3 was necessary to maintain RG quiescence. Here, in two different and complementary works, we took advantage of the widespread neurogenic ventricular zone (VZ) of the adult zebrafish pallium to (1) explore further the role of Notch3 signalling in RG homeostasis and (2) investigate the division pattern and dynamics allowing the RG population to be maintained on the long run. In the first study, we demonstrate that the role of Notch3 signalling extends beyond the simple maintenance of RG quiescence and that Notch3 also contributes to RG stemness. By overlapping the transcriptomic profiles of both notch3 mutant RG and adult pallial VZ progenitors, we identified different sets of Notch3 target genes potentially responsible for its pleitropic effect in RG. Notably, we show that the Notch3 signalling contribution to RG stemness critically relies on the transcriptional activation of its canonical target gene hey1 and this, independently of Notch3 action on RG quiescence. In the second study, we performed a quantitative analysis of the fates of individual her4.1(Hes5)-expressing RG. We demonstrate that these cells adopt balanced stochastic fates, which allows their population to reach homeostasis. We also report that the overall RG population of the zebrafish pallium continues to grow during adulthood and that this expansion is very likely driven by a yet undefined upstream population of progenitors. As a consequence, we propose that the adult zebrafish is organised into a hierarchy of progenitors dominated by an unknown population that fuels the ongoing production of an intrinsically homeostatic population of RG which, itself, follows neutral drift dynamics.

Les cellules souches neurales adultes (aNSCs) sont définies par des fonctions d’auto-Renouvellement et de multipotence qui leur permettent de générer dans le cerveau adulte tant des neurones que des cellules gliales. Contrairement aux mammifères, le cerveau de poisson zèbre présente de nombreuses zones de neurogenèse adulte dont la plus caractérisée est la zone ventriculaire du pallium. Elle est composée de cellules de glies radiaires qui font office de aNSCs dans cette partie du cerveau. Quels progéniteurs neuraux embryonnaires sont sélectionnés pour être à l’origine de ces aNSCs reste mal connu. Ce travail a pour objectif de déterminer la contribution relative de deux populations de progéniteurs neuraux embryonnaires, les “clusters proneuraux” (impliqués dans la neurogenèse embryonnaire) et les “pools de progéniteurs” (caractérisés par une neurogenèse tardive), dans la formation des aNSCs du pallium de poisson zèbre. Dans un premier temps, à l’aide de techniques génétiques de lignage cellulaire, nous avons pu identifier la population de progéniteurs neuraux embryonnaires à l’origine d’une sous-Population des aNSCs située dans la partie dorso-Médiane du pallium. Des expériences de lignage utilisant la lignée de poisson zèbre her4:ERT2CreERT2 combinées à des traitements inhibiteurs de la voie de signalisation Notch nous ont permis de déterminer que les progéniteurs neuraux donnant naissance aux aNSCs du pallium dorso-Médian expriment le gène « Enhancer of split » her4, qui caractérise les “clusters proneuraux”, ce dès des stades très précoces du développement. Dans un second temps, des analyses clonales ainsi que des recombinaisons spatialement contrôlées par laser nous ont permis de mettre en évidence que les aNSCs de la partie latérale du pallium de poisson zèbre ne proviennent pas de progéniteurs embryonnaires exprimant her4 et maintenus par la voie Notch, mais d’une population restreinte de cellules neuroépitheliales situées dans la plaque du toit du télencéphale embryonnaire. Ces cellules présentent des caractéristiques spécifiques des “pool de progéniteurs”, à savoir l’expression de gènes her non-Canoniques (dont l’expression n’est pas dépendante de la voie de signalisation Notch) tels que her6 et her9, l’expression de ligands de voies de signalisation telles que Wnt, BMP et FGF, et une neurogenèse tardive. Elles génèrent progressivement, à partir du stade juvénile, une grande partie des aNSCs du pallium latéral. De plus, une partie de ces cellules neuroépitheliales persistent dans le pallium latéral postérieur chez l’adulte et continuent de former de novo des aNSCs dans cette région du cerveau. Outre la vision globale que cette étude nous a permis d’avoir sur l’origine embryonnaire de la totalité des aNSCs du pallium de poisson zèbre, elle a aussi délivré des informations sur les étapes de maturation progressive des progéniteurs embryonnaires pour former les aNSCs, et les similitudes et divergences qui existent entre la population dorso-Médiane et latérale à ce sujet. Enfin, en traçant les neurones issus des cellules souches à différents stades, cette étude a pour la première fois mis en évidence la formation progressive des compartiments neuronaux du pallium de poisson zèbre, et ainsi permis d’apprécier les homologies de ces compartiments avec les régions du pallium de souris. / Adult neural stem cells (aNSCs) are defined by their self-Renewal and multipotency, which allow them to generate both neurons and glial cells in the adult brain. Contrary to mammals, the zebrafish brain maintains numerous neurogenic zones in the adult, among which the most characterized is the pallial ventricular zone. It is composed of radial glial cells serving as aNSCs. Which embryonic neural progenitors are at the origin of these aNSCs is still unknown. This work aims to determine the relative contributions of two embryonic neural progenitor populations, the «proneural clusters» (involved in embryonic neurogenesis) and the « progenitor pools » (characterized by a delayed neurogenesis), to the formation of aNSCs in the zebrafish pallium. First, using genetic lineage tracing techniques, we were able to identify the embryonic neural progenitor population at the origin of a subpopulation of aNSCs located in the dorso-Medial part of the pallium. The her4:ERT2CreERT2 transgenic driver line, combined with pharmacological treatments inhibiting the Notch signalling pathway, allowed showing that neural progenitors giving rise to dorso-Medial pallial aNSCs express the « Enhancer of split » her4 gene, specifically expressed in « proneural clusters » from very early stages of development. As a second step, clonal analyses as well as spatially controlled recombinations by laser highlighted that aNSCs of the zebrafish lateral pallium do not derive from her4-Positive embryonic progenitors maintained by the Notch pathway, but from a restricted population of neuroepithelial cells located in the embryonic telencephalic roof plate. These cells display « progenitor pool » specific features, as for instance the expression of non-Canonical her genes (independent of Notch signalling) such as her6 and her9, the expression of components of signalling pathways such as Wnt, BMP, FGF, and a late neurogenesis onset. These progenitors progressively generate, from juvenile stages, the vast majority of the aNSCs of the lateral pallium. Most interestingly, a small population of these neuroepithelial cells persists in the postero-Lateral pallium at adult stage and keeps generating de novo aNSCs of this brain region. In addition to identifying the origin of pallial aNSCs in the zebrafish, this study also delivers information on the progressive maturation steps that embryonic progenitors undergo to generate aNSCs, and highlights similarities and differencies existing between the dorso-Medial and lateral progenitors. Finally, this work also permits tracing the neurons generated by stem cells at different stages. This reveals for the first time the progressive formation of the different zebrafish pallial compartements, and allows appreciating their homologies with the mouse pallial regions.