京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13533号 / 論医博第2273号 / 新制||医||1065(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 川口 義弥, 教授 斎藤 通紀, 教授 遊佐 宏介 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24523号 / 医博第4965号 / 新制||医||1065(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 川口 義弥, 教授 藤田 恭之, 教授 波多野 悦朗 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Contrairement aux mammifères, la rétine des amphibiens et des poissons croît tout au long de la vie de l’animal grâce à l’activité de cellules souches neurales présentes dans une région de neurogenèse continue appelée zone marginale ciliaire (ZMC). Leur caractérisation moléculaire et la compréhension des mécanismes qui sous-tendent leur activité et leur maintenance pourraient trouver des applications majeures dans le traitement par thérapie cellulaire des patients atteints de pathologies neurodégénératives de la rétine. Au cours de ma thèse, je me suis principalement penché sur deux problématiques majeures : quelle est l’origine ontologique de ces cellules souches adultes et comment se maintiennent-elles au cours de la rétinogenèse embryonnaire ? J’ai abordé ces deux questions via l’analyse descriptive et fonctionnelle de deux gènes, Hes1 et Hes4, identifiés dans mon laboratoire comme des marqueurs spécifiques des cellules souches rétiniennes. Ces gènes codent pour des répresseurs transcriptionnels de type bHLHO. L’étude de leur dynamique d’expression au cours du développement montre que ces gènes marquent un territoire restreint, situé initialement à la frontière entre l'épithélium pigmenté rétinien (EPR) présomptif et la rétine neurale, dont l’évolution au cours du temps suggère qu’il est à l’origine de la cohorte des cellules souches adultes. Ces résultats permettent pour la première fois de proposer que ces dernières seraient ségrégées très tôt au cours de l’embryogenèse rétinienne des cellules destinées à se différencier. Je me suis ensuite posé la question du rôle de Hes1/4 dans la maintenance de ces cellules souches présomptives. Mes expériences de gain de fonction suggèrent que ces gènes contribuent de façon autonome cellulaire (i) à les empêcher de se différencier vers un destin EPR ou neuronal, (ii) à les maintenir en prolifération et (iii) à ralentir leurs divisions. Enfin, j’ai également travaillé à positionner les gènes Hes1/4 dans le réseau de signalisation qui contrôle les cellules souches rétiniennes en étudiant leur régulation par les voies Wnt, Hedgehog et Notch. L’ensemble de mes données me permet de proposer un modèle selon lequel les facteurs Hes1/4, sous contrôle positif de la voie Wnt, permettent au cours du développement la maintenance à l’état indifférencié et en prolifération lente d’une population cellulaire destinée à former la cohorte des cellules souches adultes de la ZMC. / The retina of fish and amphibian contains genuine neural stem cells located at the most peripheral edge of the ciliary marginal zone (CMZ). However, their cell-of-origin as well as the mechanisms that sustain their maintenance during development are presently unknown. We identified Hes1 and Hes4 (previously named XHairy1 and XHairy2, respectively), genes encoding bHLHO transcriptional repressors, as stem cell specific markers of the CMZ that are positively regulated by the canonical Wnt pathway and differentially regulated by Hedgehog signalling. We found that during retinogenesis, Hes1/4 labels a small territory, located first at the pigmented epithelium (RPE)/neural retina (NR) border and latter in the retinal margin, that likely gives rise to adult retinal stem cells. Our gain of function experiments show that Hes1/4 cell autonomously prevent retinal precursor cells from commitment towards retinal fates and maintain them in a proliferative state. Besides, our data highlight for the first time that Hes1/4 may also constitute crucial regulators of cell cycle kinetics. Hes1/4 gain of function indeed significantly slow down cell division, mainly through the lengthening of G1 phase. As a whole, we propose that Hes1/4 maintain particular stemness features in a cellular cohort dedicated to constitute the adult retinal stem cell pool, by keeping it in an undifferentiated and slowly proliferative state along embryonic retinogenesis.

Le cœur des vertébrés se développe à partir du tube cardiaque et de la participation des cellules progénitrices mésodermiques du second champ cardiaque (SHF). Une perturbation de l’addition des cellules du SHF conduit à des malformations cardiaques congénitales (MCC). Chez l’embryon, l’outflow tract (OFT) dérivé du seul SHF est formé par deux domaines complémentaires qui formeront le myocarde sous-aortique et sous-pulmonaire. Ce travail analyse les cellules progénitrices du SHF qui contribuent aux deux domaines de l’OFT pour former la base de l’aorte et du tronc pulmonaire, l’identité transcriptionnelle des domaines et leur régulation. Nous avons mis en évidence une sous-population de cellules progénitrices Notch-dépendantes, situées en région antérieure du mésoderme pharyngé, qui contribue au myocarde sous-aortique. Nous avons démontré que des cascades de régulation croisées impliquant Notch/Hes1 et Tbx1/Pparg sont importantes pour former les deux domaines fonctionnels régionalisés de l’OFT. Des expériences de culture d’explants et d’embryons ont démontré que Pparg est nécessaire au déploiement des cellules du SHF et pour la régulation transcriptionnelle du futur myocarde sous-pulmonaire. Dans le domaine complémentaire, futur myocarde sous-aortique, nous avons observé l’expression de Dlk1, un régulateur négatif de Pparg. Dlk1 est en amont de la voie de régulation Notch et participe probablement à l’identité régionale de l’OFT. Dans son ensemble, ce travail identifie de nouvelles voies de signalisation et gènes qui régulent l'identité régionale du mésoderme cardio-pharyngé et de nouvelles cibles pour l’étude clinique des MCC. / The vertebrate heart develops from the heart tube and the contribution of mesodermal progenitors termed second heart field (SHF). Perturbation in SHF addition leads to congenital heart defects (CHD). The outflow tract (OFT) myocardium is entirely derived from the SHF. Distinct regions of the embryonic OFT have been shown to give rise to subaortic and subpulmonary myocardium of the heart. The work described here focuses on SHF progenitor subpopulations in mouse giving rise to distinct OFT domains and characterizes the regional transcriptional identity and regulation of future subaortic and subpulmonary myocardium. We identified Notch-dependent subaortic myocardial SHF progenitors in anterior pharyngeal mesoderm. We demonstrated that Notch/Hes1 and Tbx1/Pparg cross regulatory cascades are important to establish functionally important OFT regional domains. Explant and embryo culture experiments revealed that Pparg is required for both the deployment of SHF cells and transcriptional regulation of the future subpulmonary myocardial domain. We also found that Dlk1, a negative regulator of Pparg, is expressed in the complementary subaortic domain upstream of Notch receptor activation and potentially participates in the establishment of OFT regional identity. We also report an overlapping transcriptional profile between future subaortic myocardium and subpopulation of epicardial cells at fetal stages. Finally, we provide evidence for the existence of conserved bipotential myogenic progenitors in cardiopharyngeal mesoderm coexpressing Nkx2-5 and Tbx1. Overall this work identifies novel pathways and genes in cardiopharyngeal mesoderm that may contribute to clinically relevant CHD.

Delta-like 1 Homologue (DLK1), a transmembrane protein of 383 amino acids, belongs to a family of epidermal growth factor (EGF)-like repeat-containing proteins that include Notch/Delta/Serrate, which are involved in cell fate determination. DLK1 is also known as preadipocyte factor-1, pG2, and FA-1, which are identical or polymorphic products of a single gene. Structural analysis revealed that DLK1 consists of an extracellular domain with six EGF-like repeats, a transmembrane domain, and an intracellular domain. The extracellular EGF-like region of DLK1 (DLK1-EC) can be released to the medium by the action of tumor necrosis factor alpha converting enzyme (TACE). DLK1 participates in various differentiation processes including adipogenesis, hematopoiesis, and adrenal gland differentiation. Besides, DLK1 overexpression was observed in patients with biliary atresia and in glioblastoma. Recently, the extracellular domain of thrombomodulin, which also contains six EGF¡Vlike structures, has been delineated to stimulate angiogenesis in vitro and in vivo. This prompted us to investigate whether DLK1-EC played a role in angiogenesis. To test such hypothesis, recombinant DLK1-EC was expressed and purified in E. coli. Adding DLK1-EC recombinant protein inhibited the adipogenesis of adipocytes-derived stem cells in a dose-dependent manner. Despite marginal effect on matrix-metalloproteinase secretion, exogenous DLK1-EC significantly stimulated the proliferation, motility and tube-forming capability of cultured endothelial cells. Above all, implantation of DLK1-EC-containing hydron pellets induced cornea neovascularization in a dose-dependent manner. Western blot analysis revealed that exogenous DLK1-EC induced angiogenesis through Notch1 activating downstream gene Hes1 and subsequently signaling such as Akt/eNOS, p38 MAPK, and ERK pathway to perform its function. Indeed, blockade of Notch1 signaling using £^-secretase inhibitor leads to decreased angiogenesis and inhibits DLK1 EC-induced endothelial cell tubular formation in vitro and in vivo. These findings indicate that DLK1-EC induced Notch1 activation mediated by £^-secretase and tansactivation Akt/eNOS pathway and that Notch1 is critical for DLK1 EC-induced angiogenesis. These results may bring further insights into the physiological and pathological functions of DLK1

Contrairement aux mammifères, la rétine des amphibiens et des poissons croît tout au long de la vie de l'animal grâce à l'activité de cellules souches neurales présentes dans une région de neurogenèse continue appelée zone marginale ciliaire (ZMC). Leur caractérisation moléculaire et la compréhension des mécanismes qui sous-tendent leur activité et leur maintenance pourraient trouver des applications majeures dans le traitement par thérapie cellulaire des patients atteints de pathologies neurodégénératives de la rétine. Au cours de ma thèse, je me suis principalement penché sur deux problématiques majeures : quelle est l'origine ontologique de ces cellules souches adultes et comment se maintiennent-elles au cours de la rétinogenèse embryonnaire ? J'ai abordé ces deux questions via l'analyse descriptive et fonctionnelle de deux gènes, Hes1 et Hes4, identifiés dans mon laboratoire comme des marqueurs spécifiques des cellules souches rétiniennes. Ces gènes codent pour des répresseurs transcriptionnels de type bHLHO. L'étude de leur dynamique d'expression au cours du développement montre que ces gènes marquent un territoire restreint, situé initialement à la frontière entre l'épithélium pigmenté rétinien (EPR) présomptif et la rétine neurale, dont l'évolution au cours du temps suggère qu'il est à l'origine de la cohorte des cellules souches adultes. Ces résultats permettent pour la première fois de proposer que ces dernières seraient ségrégées très tôt au cours de l'embryogenèse rétinienne des cellules destinées à se différencier. Je me suis ensuite posé la question du rôle de Hes1/4 dans la maintenance de ces cellules souches présomptives. Mes expériences de gain de fonction suggèrent que ces gènes contribuent de façon autonome cellulaire (i) à les empêcher de se différencier vers un destin EPR ou neuronal, (ii) à les maintenir en prolifération et (iii) à ralentir leurs divisions. Enfin, j'ai également travaillé à positionner les gènes Hes1/4 dans le réseau de signalisation qui contrôle les cellules souches rétiniennes en étudiant leur régulation par les voies Wnt, Hedgehog et Notch. L'ensemble de mes données me permet de proposer un modèle selon lequel les facteurs Hes1/4, sous contrôle positif de la voie Wnt, permettent au cours du développement la maintenance à l'état indifférencié et en prolifération lente d'une population cellulaire destinée à former la cohorte des cellules souches adultes de la ZMC.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23369号 / 医博第4738号 / 新制||医||1051(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 武藤 学, 教授 松田 道行, 教授 小川 誠司 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20982号 / 医博第4328号 / 新制||医||1027(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 川口 義弥, 教授 瀬原 淳子, 教授 野田 亮 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13213号 / 論医博第2163号 / 京都大学大学院医学研究科脳統御医科学系専攻 / (主査)教授 山下 潤, 教授 髙橋 良輔, 教授 木村 剛 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(生命科学) / 乙第13582号 / 論生博第29号 / 新制||生||68(附属図書館) / 京都大学大学院生命科学研究科高次生命科学専攻 / (主査)教授 今吉 格, 教授 見学 美根子, 教授 安原 崇哲 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Philosophy in Life Sciences / Kyoto University / DFAM