La crête neurale (CN) est une population transitoire de cellules multipotentes qui émerge à la frontière entre l’ectoderme neural et non-neural, dans une région appelée la bordure neurale (BN). Lorsque la BN se soulève pour former le tube neural, les cellules de la CN subissent une transition épithélium-mésenchyme (TEM), et migrent de façon intensive dans l’ensemble de l’embryon pour atteindre leur destination finale et se différencier. Elles sont à l’origine de nombreux types de dérivés : neurones, cellules gliales, cartilage de la tête, os et tissus connectifs, cellules pigmentaires, cellules sympatho-adrenales. Tous ces processus sont régulés par l’action coordonnée de nombreux gènes qui forment un réseau de régulations génétiques complexe, au sein duquel de nombreuses interactions ont été décrites, même si de nombreuses relations restent à élucider à ce jour. Une mauvaise régulation de gènes normalement impliqués dans la formation de la CN provoque des malformations congénitales appelées neurocristopathies. Par ailleurs, la TEM subie par les cellules de CN avant leur migration est également observée dans les cellules cancéreuses acquérant des propriétés métastatiques. Les événements moléculaires et de nombreux gènes impliqués dans la TEM sont communs au développement de la CN et au cancer.Les liens existant entre le développement de la CN et les neurocristopathies, ainsi que les métastases, soulignent l’importance de l’étude du réseau de régulations génétiques permettant la formation de la CN et l’EMT.Au laboratoire, nous nous intéressons aux événements précoces d’induction et de spécification de la CN. Dans le but d’identifier les gènes préférentiellement impliqués dans le développement précoce de la CN et non dans la formation de l’ectoderme neural et non-neural, un crible a été effectué sur le transcriptome de différents tissus embryonnaires micro-disséqués. La validation des résultats de ce crible a permis d’identifier plusieurs gènes intéressants possédant une fonction potentielle dans la formation de la CN. Nous nous sommes particulièrement intéressés à deux d’entre eux, en raison de leur fonction originale comparée à la majorité des gènes impliqués dans le développement de la CN : serca1 et pfkfb4, un régulateur de l’homéostasie calcique et un régulateur de la glycolyse respectivement.Nous avons analysé les patrons d’expression des gènes des familles serca et pfkfb au cours du développement de Xenopus laevis. En raison de son expression spécifique dans la CN, nous avons étudié plus en détails le rôle de pfkfb4 dans la formation de la CN. Cette analyse a montré que pfkfb4 est nécessaire pour la spécification neurale et de la crête neurale.Toutefois, malgré son rôle documenté dans la glycolyse, le phénotype des morphants pfkfb4 dans l’embryon de Xenopus laevis n’est pas dû à une altération de la glycolyse.En conclusion, nos résultats démontrent l’existence d’un nouveau rôle non glycolytique pour Pfkfb4 au cours du développement embryonnaire de Xenopus Laevis. / Neural Crest (NC) is a transient population of multipotent cells that arises at the border between neural and non-neural ectoderm, in a region named the neural border (NB). As the neural border elevates to form the neural tube, NC cells undergo an Epithelial-To-Mesenchymal Transition (EMT), migrate extensively into the whole body to reach their final destinations and differentiate. They give rise to multiple derivatives: neurons and glia, head cartilage, bones and connective tissue, pigment cells, sympatho-adrenal cells. All these processes are regulated by the concerted actions of several genes that form a complex Gene Regulatory Network (GRN), in which many interactions have been elucidated, but even more relationships still need to be understood. Misregulation of genes normally involved in NC formation causes birth defects called neurocristopathies. Moreover, the EMT that NC cells undergo before migration also takes place when cancer cells become metastatic: the molecular events and many of the genes involved in EMT and migration are shared between NC development and cancer. The links with metastasis, neurocristopathies and the fact that still little is known about the earliest steps of NC formation, highlight the importance and the interest in understanding the Gene Regulatory Network (GRN) leading to NC formation and EMT.In the laboratory, we are interested in the early steps of NC induction and specification. In order to identify genes preferentially involved in early NC development compared to genes involved in neural and non-neural ectoderm formation, a transcriptome screen on different microdissected embryonic tissues has been performed. The validation of the results of the screen revealed several interesting genes with a potential function in NC formation. We focused particularly on two of them, due to their original function compared to the majority of the genes involved in NC development: serca1 and pfkfb4, a calcium homeostasis regulator and a glycolysis regulator respectively. We analysed the expression patterns of serca and pfkfb family genes during Xenopus laevis development. Then, due to its specific expression in NC, we studied more in details the role of pfkfb4 in NC formation. This analysis revealed that pfkfb4 is necessary for neural and neural crest specification. However, despite its known role in glycolysis, pfkfb4 morphant phenotype in Xenopus laevis embryos is not due to an alteration of the glycolytic pathway.In conclusion, our results reveal a novel extra-glycolytic role for Pfkfb4 during Xenopus laevis embryonic development.

Deux des trois divisions du système nerveux viscéral – le système nerveuxparasympathique et le système nerveux entérique – sont associés aux nerfscrâniens (le troisième, le système nerveux sympathique, est associé aux nerfsspinaux). Cette étude est centrée sur les nerfs crâniens et sur les ganglionsqui leur sont associés ; plus précisément sur les stratégies cellulaires ayantlieu lors de leur ontogenèse.Je propose des principes unificateurs concernant les interactions neuronalesmises en jeu lors de la formation des nerfs crâniens branchiomériques ainsiqu’un nouveau mode de migration des précurseurs des ganglionsparasympathiques couplé à la migration de leurs partenairespréganglionnaires jusqu’au site de formation du ganglion. Enfin, je présentecertaines observations préliminaires suggérant que les précurseurs dusystème nerveux entériques utilisent ce même modus operandi pour envahirl’oesophage. / Two of the three divisions of the visceral nervous system —theparasympathetic and the enteric nervous systems— are associated withcranial nerves (the third one, the sympathetic division, being associatedwith spinal nerves). This work is focused on cranial nerves and associatedganglia and more particularly on the cellular strategies presiding over theirontogeny and wiring.I propose unifying principles of neuronal interactions that govern theformation of branchiomeric cranial nerves, as well as a novel migrationpathway followed by parasympathetic precursors, which use theirpreganglionic nerves to migrate to the site of ganglion formation. Finally, Ipresent preliminary observations suggesting that the enteric neuronalprecursors use the same trick to populate the esophagus.

Born and educated for the most part in the United States, I have enjoyed the luxury of excellent mentorship during my career thus far as an independent scientist in France. All these mentors have taken it on trust that my training for a Ph.D. also included the necessary tools for directing original research responsibly, at all levels. However, the habilitation is an obligate rite of passage for researchers in France, Germany, Sweden and a number of other European countries. It ensures both that I am competent to not only continue to conduct original research, and that I have a directive seam in my research interests over time that is sufficiently rich to support myself and those trainees who will learn from my experience and contribute their efforts by my side to advancing science. To demonstrate that the faith of these esteemed colleagues has been well-placed since my Ph.D., I hereby present, to the best of my ability, my acquired credentials and my near- to mid-term projects. The over-arching theme of my work has been to identify molecular hallmarks and improve the physiopathological understanding of congenital and progressive conditions implicating a highly plastic embryological cell population known as the neural crest. These neural crest cells (NCC) participate directly or indirectly in the formation of a stunning array of tissues organs during embryogenesis. When the genes regulating the differentiation, proliferation, or migratory and appropriately invasive behavior of NCC are muted, this can lead to associations of pediatric congenital malformations or tumorigenesis. I make use of avian and, more recently, murine models, as well as careful observations effected on tissues derived from normal human embryos, to tease apart those mechanisms.

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La gencive correspond à un modèle de régénération naturelle grâce notamment à sa capacité de cicatrisation « ad integrum ». Ce phénomène est permis par sa composition en fibroblastes gingivaux. Ces cellules, composante cellulaire principale du tissu conjonctif gingival, sont au cœur de la régulation des réponses inflammatoires et de la cicatrisation. Ce tissu contient, comme d’autres tissus mésenchymateux, des cellules souches ; qui expliquent en partie ces capacités de régénération. De plus, comme le tissu gingival est abondant et facilement accessible, l’utilisation de ces cellules souches pourraient être d’un intérêt prometteur en thérapie cellulaire ou pour de la modélisation in vitro. Au cours de cette thèse, nous avons pu montrer que les Cellules Souches dérivées de la Gencive Humaine (CSGH) possèdent des propriétés communes avec les cellules souches adultes dérivées des crêtes neurales. Ces cellules peuvent être qualifiées de « souche » par leur capacité d’auto-renouvèlement, d’adhésion au plastique et de multipotence. Premièrement, nous avons montré que la méthode ainsi que les produits de culture utilisés pour l’isolation des fibroblastes gingivaux in vitro à partir de biopsies de gencive avait une influence sur les cellules obtenues. Dans un second temps, une analyse clonale in vitro de populations de fibroblastes gingivaux a permis de montrer que les fibroblastes gingivaux sont composés de sous-populations qui expriment des marqueurs spécifiques des cellules souches et des crêtes neurales. Outre leur origine embryologique, l’étude de leur multipotence a aussi été caractérisée après expansion et en fonction des additifs utilisés. Pour finir, deux exemples d’utilisation de ces cellules comme modèle d’étude de la biocompatibilité de biomatériaux in vitro ont été développés; imitant la muqueuse buccale ainsi que les réactions dentaires (réparatrices et réactionnaire). / Gingiva is a natural regeneration model thanks to its "ad integrum" healing capability. Gingival fibroblasts are the main actors of this property. These cells, the main cellular component of the gingival connective tissue, regulate the inflammatory responses and healing process. This tissue contains, like many others, mesenchymal stem cells; which also partly explain these regenerative abilities. Moreover, as the gingiva is abundant and easily accessible, the use of these stem cells may interest cell therapy or in vitro model tissues responses. In this work, we demonstrated that Stem Cells Derived from Human Gingiva (SCHG) have common properties with neural crest adult stem cells. These cells can be called "stem cells" for their ability to self-renew, adhere to plastic and to differentiate. First, we have shown that the method and the culture products used for isolation of gingival fibroblasts from gingival biopsy had an influence on the obtained cells. Secondly, an analysis of in vitro clonal populations of gingival fibroblasts has shown that gingival fibroblasts are composed of subpopulations that express specific markers of stem cells and neural crests. In addition to their embryological origin, the study of their multipotency was also characterized after expansion and depending on the used additives. Finally, two examples of using these cells and dental pulp stem cells as a model to study the in vitro biocompatibility of biomaterials have been developed, mimicking oral mucosa or dentin reactions (reparative or reactional).

Les cellules de la crête neurale se caractérisent par leur capacité de migration dansl’embryon et la variété des types cellulaires qu’elles sont capables de générer (mélanocytes,système nerveux entérique (SNE) et périphérique). Chez l’homme, plusieurs maladiescongénitales affectant des organes et tissus divers, ont pour origine une anomalie demigration, prolifération, survie ou différenciation de ces cellules. Au laboratoire, nousétudions deux d’entre elles, le syndrome de Waardenburg-Hirschsprung (WS4- anomalie depigmentation, surdité et maladie de Hirschsprung (HSCR : anomalie entérique)) et lesyndrome de Mowat et Wilson (MWS – retard mental sévère, dysmorphie faciale avec ousans HSCR). A l’heure actuelle, quatre gènes ont été impliqués : l’endothéline 3 (EDN3) etson récepteur à sept domaines transmembranaires EDNRB et les deux facteurs de transcriptionZEB2 et SOX10. Au cours de ma thèse, nous avons montré que des délétions de SOX10 sontégalement responsables de 15% des cas de WS2 (défauts de pigmentation et surdité sansHSCR), élargissant le spectre des phénotypes liés à une mutation au sein de ce gène(Bondurand, Dastot-Le Moal, Stanchina et al. Am. J Hum. Genet, 2007).Parallèlement à ces études génétiques, nous avons souhaité mieux définir la fonction et lesinteractions entre les différents gènes impliqués dans le WS4 (SOX10, EDN3 et EDNRB).Pour cela, nous avons croisé les modèles murins invalidés pour ces gènes, et comparé lephénotype des simples et doubles mutants. A travers cette analyse phénotypique, nous avonsdémontré qu’une interaction entre ces molécules est nécessaire au développement normal duSNE et des mélanocytes dérivés de la crête neurale. En effet, par rapport aux simples mutants,les doubles mutants Sox10;Edn3 et Sox10;Ednrb présentent une augmentation de ladépigmentation, et une forte aggravation du phénotype entérique. Le suivi du devenir descellules formant le SNE au cours du développement nous a permis de montrer quel’aggravation du phénotype entérique est due à une diminution du pool de cellulesprogénitrices par apoptose (Stanchina et al. 2006).Dans la continuité des travaux déjà réalisés, nous avons voulu améliorer notrecompréhension du rôle joué par le gène du MWS : ZEB2, et étudier ses interactions avec lesgènes du WS4. Dans un premier temps, nous avons analysé l’effet de l’expression constitutiveou l’inhibition de ce facteur sur la survie, prolifération et différenciation des cellulesprogénitrices du SNE à l’aide d’un système de culture de progéniteurs entériques disponibleau laboratoire. Nos résultats suggèrent un effet répresseur de ZEB2 sur la différenciationneuronale. Ce facteur pourrait donc être nécessaire au maintien du pool de cellulesprogénitrices dans un état indifférencié. Nous avons ensuite étudié les interactions entre ZEB2et les gènes du WS4. Nous avons croisé les souris portant une invalidation du gène ZEB2 avecles souris invalidées pour SOX10 ou portant une mutation de EDN3 ou EDNRB, et démontréqu’une interaction entre ZEB2 et SOX10 est nécessaire au développement normal du SNE. Eneffet, par rapport aux simples mutants, les doubles mutants présentent une forte aggravationdu phénotype entérique, due à une diminution de la prolifération des cellules progénitrices et àune augmentation de la différenciation neuronale. L’analyse phénotype des mutantsZeb2;Edn3 et Zeb2;Ednrb suggère également l’existence d’une interaction entre ces troismolécules, mais l’origine du défaut entérique reste inexplorée.Ces études nous ont permis de mieux appréhender les réseaux moléculaires mis en place aucours du développement du SNE, de comprendre l’origine des anomalies entériques observéeschez les patients, améliorant leur prise en charge. / To understand in more details the molecular and cellular bases of hereditary diseases resulting from defects of neural crest (NC) development, we study several neurocristopathies, in particular Waardenburg syndrome (WS – pigmentary abnormalities and hearing loss), and Mowat-Wilson syndrome (MWS, severe mental retardation, facial dysmorphy, with or without HSCR (congenital megacolon)). To date, about ten causative genes have been identified, among which are the seven transmembrane domain receptor EDNRB and its ligand endothelin 3 (EDN3), the two transcription factors SOX10 and ZEB2.We contributed to the research efforts engaged to unravel these disorders. In particular, we identified the first mutations of SOX10 in patients presenting with WS4 (association of WS with HSCR disease) and WS2 (Bondurand, Dastot-Le Moal, Stanchina et al. Am. J Hum. Genet, 2007), and participated to functional studies describing its role during enteric nervous system (ENS) development. More recently, we identified the gene ZEB2 as responsible for MWS. The goal of my thesis was to understand the function of these genes and their interaction during the development of NC and ENS in particular. For this purpose, we combined an in vitro approach (isolation of ENS progenitors) to in vivo experiments (phenotype analysis of simple and double mutant mice). We demonstrated that an interaction between SOX10, EDN3 and EDNRB is necessary for the normal development of the ENS and melanocytes (Stanchina et al. 2006), and then focused our efforts in understanding the function of ZEB2 during the development of the ENS as well as its interactions with WS4 genes. Preliminary results suggest that ZEB2 inhibition accelerates neuronal differentiation in vitro. In the same time, generation of Zeb2;Sox10, Zeb2;Edn3 and Zeb2;Ednrb have been realized. Through phenotype analysis of Sox10;Zeb2 double mutants, we showed that a coordinated and balanced interaction between these two genes is required for normal ENS development. Indeed, double mutants present with more severe ENS defects due to decreased proliferation of enteric progenitors and increased neuronal differentiation from E11.5 onwards. These data revealed that crosstalks between these two transcription factors are crucial for proper ENS development. Analysis of Zeb2;Edn3 and Zeb2;Ednrb double mutant suggest also an interaction between these genes. Future experiments will help us to confirm these results and to determine the cellular and molecular origin of these interactions. These studies will enable us to better apprehend the molecular bases of these diseases, and to understand the origin of the enteric anomalies observed in patients. This knowledge may also help to develop new therapeutic strategies

Le mélanome uvéal constitue le cancer intraoculaire le plus fréquent chez l’adulte. Il s’agit d’un cancer très agressif puisque plus de 50% des patients développent des métastases principalement localisées au niveau du foie. Dans le but d’identifier des gènes pronostiques de développement métastatique, nous avons comparé le transcriptome de 28 tumeurs de mélanome uvéal issues de patients ayant développé des métastases dans les trois années qui ont suivi l’énucléation et 29 tumeurs issues de patients n’ayant pas développé de métastases ou ayant développé des métastases après 36 mois. Le gène PTP4A3/PRL-3 (protein tyrosine phosphatase type IV member 3/Protein of Regenerating Liver-3) a été identifié comme prédictif de l’apparition de métastases. Il code une phosphatase et sa surexpression dans des cellules de mélanome uvéal augmente leur migration in vitro et leur invasivité in vivo. Les évènements protéolytiques à la surface des cellules sont essentiels pour la migration et l’invasivité durant plusieurs processus physiologiques ou pathologiques tels que le développement de métastases. Ces évènements sont assurés par les métalloprotéases (MMPs) qui sont responsables de la dégradation et du remodelage de la matrice extracellulaire.Dans la première partie de cette thèse, nous avons observé que la métalloprotéase transmembranaire MT1-MMP est enrichie à la surface des cellules de mélanome uvéal OCM-1, des cellules MP41 issues de xénogreffes de tumeurs de mélanome uvéal humaines ou dans des tumeurs primaires de mélanome uvéal, surexprimant PTP4A3. Nous avons aussi observé que cette accumulation de MT1-MMP à la surface des cellules de mélanome uvéal est accompagnée d’une accumulation de la sécrétion de MMP2 dans le milieu extracellulaire des cellules exprimant PTP4A3. De plus, nous avons montré que PTP4A3 et MT1-MMP s’associent physiquement et que le trafic vésiculaire de MT1-MMP est accéléré dans les cellules exprimant PTP4A3 mais pas dans celles exprimant le mutant catalytique inactif PTP4A3(C104S). Enfin, nous avons démontré que l’inhibition de l’expression de MT1-MMP dans les cellules exprimant PTP4A3 diminue leur migration in vitro et leur invasivité in vivo. Pour conclure, nos résultats indiquent que PTP4A3 agit en amont de MT1-MMP à travers une accélération de son trafic vésiculaire et son accumulation à la surface des cellules afin de promouvoir la migration et l’invasivité cellulaires.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés au rôle de PTP4A3 pendant le développement embryonnaire. Les mélanocytes, incluant ceux de l’uvée, dérivent de la crête neurale pendant le développement embryonnaire. Nous avons alors supposé que la fonction de PTP4A3 pendant la progression métastatique pourrait refléter un rôle de la phosphatase dans la migration des cellules de crête neurale pendant le développement embryonnaire. Dans cette partie de la thèse, nous avons montré que PTP4A3 joue un rôle important dans la migration des cellules de crête neurale céphalique pendant le développement de l’embryon de Xenopus laevis. La perte de fonction de PTP4A3 provoque une réduction du territoire de la crête neurale, alors que le gain de fonction de cette phosphatase élargit les faisceaux de migration des cellules de crête neurale céphalique. De plus, des expériences d’isogreffes montrent que les explants de crête neurale dépourvus de l’expression de PTP4A3, sont incapables de migrer dans les embryons greffés. Plus encore, l’inhibition pharmacologique de PTP4A3 dans des cellules de crête neurale en culture diminue de façon significative leur vitesse de migration in vitro. Les résultats de cette étude démontrent que PTP4A3 est requise pour la migration des cellules de crête neurale céphalique in vivo pendant le développement embryonnaire de Xenopus laevis. Donc, les effets pro-migratoire et -invasif reliés à l’expression de la protéine PTP4A3 peuvent refléter son rôle durant la migration des cellules de crête neurale. / Uveal melanoma (UM) is the most common intraocular malignancy in adults and is an aggressive tumor since about 50% of patients will develop metastases mostly in the liver. In order to identify metastasis prognostic genes, we compared 28 uveal melanoma tumors from patients who developed metastases within three years after enucleation to 29 tumors from patients who did not develop metastases or who developed metastases after 36 months. The PTP4A3/PRL-3 gene (protein tyrosine phosphatase type IV member of Regenerating Liver 3/Protein-3) was identified as a strong predictor of metastasis occurence. PTP4A3 encodes a dual specificity phosphatase and its expression in UM cells increases their in vitro migration and in vivo invasiveness. Proteolytic events at the cell surface are essential for cell migration and invasiveness during many physiological and pathological processes such as tumor metastasis. MMPs are responsible for the degradation and turnover of the extracellular matrix (ECM). In the first part of this thesis, We found that the membrane anchored MT1-MMP is enriched at the cell surface of OCM-1, xenograft MP41 or primary human uveal melanoma tumors expressing PTP4A3. We also found that membrane accumulation of MT1-MMP in presence of PTP4A3 in OCM-1 cells is accompanied by enhanced secretion of MMP2 in the extracellular medium. Moreover, we demonstrated that PTP4A3 and MT1-MMP physically associate and that the vesicular trafficking of MT1-MMP is accelerated in presence of active PTP4A3 but not in presence of the mutant PTP4A3(C104S). Furthermore, we found that inhibition of MT1-MMP expression in PTP4A3 expressing uveal melanoma cells impairs their migration in vitro and invasiveness in vivo. Collectively, our results indicate that PTP4A3 acts upstream of MT1-MMP through acceleration of its vesicular trafficking and accumulation at the cell surface to enhance cell migration and invasiveness of uveal melanoma cells. In the second part of this thesis, we investigated the role of PTP4A3 during embryonic development. Melanocytes, including uveal melanocytes, are derived from the neural crest during embryonic development. We therefore suggested that PTP4A3 function in uveal melanoma metastasis may be related to an embryonic role during neural crest cell migration. We show that PTP4A3 plays a role in cephalic neural crest development in Xenopus laevis. PTP4A3 loss of function resulted in a reduction of neural crest territory, whilst gain of function experiments increased neural crest territory. Isochronic graft experiments demonstrated that PTP4A3-depleted neural crest explants are unable to migrate in host embryos. Pharmacological inhibition of PTP4A3 on dissected neural crest cells significantly reduced their migration velocity in vitro. Our results demonstrate that PTP4A3 is required for cephalic neural crest migration in vivo during embryonic development.Therefore, the pro-invasive and migratory effects related to the expression of PTP4A3 protein may reflect its role during neural crest migration. Thus, understanding the mechanism of action of PTP4A3 during NC migration may provide insight into PTP4A3 related migratory and invasive phenotypes in human uveal melanoma pathology.

Suite à un infarctus du myocarde, la formation d’une cicatrice, nommée fibrose de réparation, représente un processus adaptatif et essentiel empêchant la rupture du myocarde. La cicatrice est constituée de myofibroblastes, de cellules vasculaires, de fibres sympathiques ainsi que de cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine. Une perturbation au niveau de ces constituants cellulaires résulte en une formation maladaptative de la cicatrice et éventuellement, une diminution de la fonction cardiaque. La compréhension des événements cellulaires ainsi que les mécanismes sous-jacents participant à cette fibrose est alors d’une importance primordiale. Cette thèse est axée sur l’identification du rôle du système sympathique et des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine dans la formation de la cicatrice ainsi que leur interaction potentielle. Nos travaux examinent l’hypothèse que les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont endogènes au cœur et que suite à un dommage ischémique, elles contribuent à la réponse angiogénique et à la réinnervation sympathique du tissu lésé. Les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont retrouvées dans les cœurs de différentes espèces incluant le cœur infarci humain. Elles sont résidentes dans le cœur, proviennent de la crête neurale lors du développement et sont intercalées entre les cardiomyocytes n’exprimant pas la nestine. Suite à leur isolation de cœurs infarcis de rats, les cellules souches neuronales cardiaques prolifèrent sous forme de neurosphères et, dans des conditions appropriées in vitro, se différencient en neurones exprimant le neurofilament-M. Suite à un infarctus du myocarde, les niveaux de l’ARNm de nestine sont significativement augmentés au niveau de la région infarcie et non-infarcie. Nos résultats suggèrent que cette augmentation de l’expression de nestine dans la cicatrice reflète en partie la migration des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine de la région non-infarcie vers la région infarcie. Lors de la fibrose de réparation, ces cellules représentent un substrat cellulaire pour la formation de nouveaux vaisseaux et contribuent aussi à la croissance des fibres sympathiques dans la région infarcie. Finalement, nous démontrons que la formation de la cicatrice est associée à une innervation sympathique de la région infarcie et péri-infarcie. De plus, les fibres sympathiques présentes dans la région infarcie sont observées à proximité de vaisseaux de petits calibres. Ces données suggèrent indirectement que l’innervation de la cicatrice par les fibres sympathiques peut jouer un rôle dans la réponse angiogénique suite à un infarctus du myocarde. Suite à l’administration du corticostéroïde dexaméthasone, nous détectons un amincissement de la cicatrice, associé à une réduction significative des fibres sympathiques exprimant le neurofilament-M dans la région infarcie et péri-infarcie. La diminution de la densité de ces fibres par le dexaméthasone peut être reliée à une diminution de la prolifération des myofibroblastes et de la production de l’ARNm du facteur neurotrophique nerve growth factor. / GENERAL ABSTRACT Following myocardial infarction, scar formation represents an adaptive response required to heal the damaged myocardium and prevent cardiac rupture. Infarct healing requires the coordinated action of scar myofibroblasts, angiogenic cells, sympathetic fibres and nestin positive cardiac neural stem cells. A perturbation of one or more of the aforementioned events could lead to inadequate scar healing and further worsening of ventricular function. A better understanding of the cellular events and the underlying mechanisms involved in scar formation is of a primordial importance. The focus of the following studies consists of elucidating the role of the sympathetic system and cardiac neural stem cells during scar healing and their potential interaction. We tested the hypothesis that nestin positive neural stem cells are endogenous to the heart, contribute to angiogenesis and sympathetic innervation of the infarcted myocardium following ischemic injury. Nestin positive cardiac neural stem cells are found in a number of species including the infarcted human heart. Nestin positive cardiac neural stem cells represent a resident population in the heart, are derived from the neural crest and detected intercalated between nestin negative cardiac myocytes. Following their isolation from the infarcted rat heart, neural stem cells proliferate as a neurosphere and under appropriate in vitro conditions differentiate to a neurofilament-M immunoreactive neuron. Following myocardial infarction, nestin mRNA levels are significantly elevated in the viable left ventricle and infarct region. Our data further suggests that the increased expression of nestin in the infarct region reflects in part the migration of these neural stem cells from the viable myocardium. During cardiac wound healing, neural stem cells may represent a novel substrate for de novo blood vessel formation and further contribute to sympathetic fibre growth and innervation of the infarct region. Lastly, we demonstrate that scar formation and healing is associated with sympathetic fibre sprouting of the peri-infarct/infarct region. In addition, sympathetic fibres in the infarct region were detected in close proximity to small calibre blood vessels. These latter data indirectly suggest that innervating sympathetic fibres may play a role in angiogenesis during cardiac wound healing. Following the administration of the corticosteroid dexamethasone inadequate scar healing was observed and associated with a significant reduction of neurofilament-M immunoreactive fibres in the peri-infarct/infarct region. The loss of sympathetic fibre sprouting in the scar may be related to a dexamethasone-mediated suppression of myofibroblast growth and the concomitant reduction of nerve growth factor mRNA expression.

RÉSUMÉ GÉNÉRAL Suite à un infarctus du myocarde, la formation d’une cicatrice, nommée fibrose de réparation, représente un processus adaptatif et essentiel empêchant la rupture du myocarde. La cicatrice est constituée de myofibroblastes, de cellules vasculaires, de fibres sympathiques ainsi que de cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine. Une perturbation au niveau de ces constituants cellulaires résulte en une formation maladaptative de la cicatrice et éventuellement, une diminution de la fonction cardiaque. La compréhension des événements cellulaires ainsi que les mécanismes sous-jacents participant à cette fibrose est alors d’une importance primordiale. Cette thèse est axée sur l’identification du rôle du système sympathique et des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine dans la formation de la cicatrice ainsi que leur interaction potentielle. Nos travaux examinent l’hypothèse que les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont endogènes au cœur et que suite à un dommage ischémique, elles contribuent à la réponse angiogénique et à la réinnervation sympathique du tissu lésé. Les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont retrouvées dans les cœurs de différentes espèces incluant le cœur infarci humain. Elles sont résidentes dans le cœur, proviennent de la crête neurale lors du développement et sont intercalées entre les cardiomyocytes n’exprimant pas la nestine. Suite à leur isolation de cœurs infarcis de rats, les cellules souches neuronales cardiaques prolifèrent sous forme de neurosphères et, dans des conditions appropriées in vitro, se différencient en neurones exprimant le neurofilament-M. Suite à un infarctus du myocarde, les niveaux de l’ARNm de nestine sont significativement augmentés au niveau de la région infarcie et non-infarcie. Nos résultats suggèrent que cette augmentation de l’expression de nestine dans la cicatrice reflète en partie la migration des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine de la région non-infarcie vers la région infarcie. Lors de la fibrose de réparation, ces cellules représentent un substrat cellulaire pour la formation de nouveaux vaisseaux et contribuent aussi à la croissance des fibres sympathiques dans la région infarcie. Finalement, nous démontrons que la formation de la cicatrice est associée à une innervation sympathique de la région infarcie et péri-infarcie. De plus, les fibres sympathiques présentes dans la région infarcie sont observées à proximité de vaisseaux de petits calibres. Ces données suggèrent indirectement que l’innervation de la cicatrice par les fibres sympathiques peut jouer un rôle dans la réponse angiogénique suite à un infarctus du myocarde. Suite à l’administration du corticostéroïde dexaméthasone, nous détectons un amincissement de la cicatrice, associé à une réduction significative des fibres sympathiques exprimant le neurofilament-M dans la région infarcie et péri-infarcie. La diminution de la densité de ces fibres par le dexaméthasone peut être reliée à une diminution de la prolifération des myofibroblastes et de la production de l’ARNm du facteur neurotrophique nerve growth factor. / GENERAL ABSTRACT Following myocardial infarction, scar formation represents an adaptive response required to heal the damaged myocardium and prevent cardiac rupture. Infarct healing requires the coordinated action of scar myofibroblasts, angiogenic cells, sympathetic fibres and nestin positive cardiac neural stem cells. A perturbation of one or more of the aforementioned events could lead to inadequate scar healing and further worsening of ventricular function. A better understanding of the cellular events and the underlying mechanisms involved in scar formation is of a primordial importance. The focus of the following studies consists of elucidating the role of the sympathetic system and cardiac neural stem cells during scar healing and their potential interaction. We tested the hypothesis that nestin positive neural stem cells are endogenous to the heart, contribute to angiogenesis and sympathetic innervation of the infarcted myocardium following ischemic injury. Nestin positive cardiac neural stem cells are found in a number of species including the infarcted human heart. Nestin positive cardiac neural stem cells represent a resident population in the heart, are derived from the neural crest and detected intercalated between nestin negative cardiac myocytes. Following their isolation from the infarcted rat heart, neural stem cells proliferate as a neurosphere and under appropriate in vitro conditions differentiate to a neurofilament-M immunoreactive neuron. Following myocardial infarction, nestin mRNA levels are significantly elevated in the viable left ventricle and infarct region. Our data further suggests that the increased expression of nestin in the infarct region reflects in part the migration of these neural stem cells from the viable myocardium. During cardiac wound healing, neural stem cells may represent a novel substrate for de novo blood vessel formation and further contribute to sympathetic fibre growth and innervation of the infarct region. Lastly, we demonstrate that scar formation and healing is associated with sympathetic fibre sprouting of the peri-infarct/infarct region. In addition, sympathetic fibres in the infarct region were detected in close proximity to small calibre blood vessels. These latter data indirectly suggest that innervating sympathetic fibres may play a role in angiogenesis during cardiac wound healing. Following the administration of the corticosteroid dexamethasone inadequate scar healing was observed and associated with a significant reduction of neurofilament-M immunoreactive fibres in the peri-infarct/infarct region. The loss of sympathetic fibre sprouting in the scar may be related to a dexamethasone-mediated suppression of myofibroblast growth and the concomitant reduction of nerve growth factor mRNA expression.

La crête neurale (CN) est une structure transitoire apparaissant en bordure de la plaque neurale chez les embryons de vertébrés. Au cours du développement embryonnaire, les cellules de la CN prolifèrent, subissent une transition épithélio-mésenchymateuse, migrent et se différencient en de nombreux types cellulaires tels que des neurones et cellules gliales du système nerveux périphérique, des mélanocytes, des cellules musculaires lisses ou des élements du squelette cranio-facial. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la prolifération et la spécification des cellules de la CN, nous avons étudié le rôle de deux facteurs de transcription, Hairy2 et Stat3, via des expériences de perte et gain de fonction chez l’embryon de xénope. <p>Le gène Hairy2 code pour un facteur de transcription bHLH-O répresseur. Il est exprimé précocement au niveau de la bordure de la plaque neurale incluant la CN présomptive. Nous avons montré que Hairy2 est requis pour la prolifération des cellules de la CN en aval de signaux FGFs et qu’il maintient les cellules dans un état indifférencié en réprimant l’expression précoce des gènes spécifiques de la CN. Hairy2 réprime aussi la transcription du gène Id3 codant pour un facteur HLH essentiel à la prolifération des cellules de la CN. Id3 affecte également Hairy2. Nous avons observé que la protéine Id3 interagit physiquement avec Hairy2 et bloque son activité, démontrant que les interactions entre Hairy2 et Id3 jouent un rôle important dans la prolifération et la spécification des cellules de la CN. <p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished