Astrocyte-derived ciliary neurotrophic factor (CNTF) promotes adult subventricular zone (SVZ) neurogenesis. We found that focal adhesion kinase (FAK) and JNK, but not ERK or P38, repress CNTF in vitro. Here, we defined the FAK–JNK pathway and its regulation of CNTF in mice, and the related leukemia inhibitory factor (LIF) and interleukin-6 (IL-6), which promote stem cell renewal at the expense of neurogenesis. Intrastriatal injection of FAK inhibitor, FAK14, in adult male C57BL/6 mice reduced pJNK and increased CNTF expression in the SVZ-containing periventricular region. Injection of a JNK inhibitor increased CNTF without affecting LIF and IL-6, and increased SVZ proliferation and neuroblast formation. The JNK inhibitor had no effect in CNTF−/− mice, suggesting that JNK inhibits SVZ neurogenesis by repressing CNTF. Inducible deletion of FAK in astrocytes increased SVZ CNTF and neurogenesis, but not LIF and IL-6. Intrastriatal injection of inhibitors suggested that P38 reduces LIF and IL-6 expression, whereas ERK induces CNTF and LIF. Intrastriatal FAK inhibition increased LIF, possibly through ERK, and IL-6 through another pathway that does not involve P38. Systemic injection of FAK14 also inhibited JNK while increasing CNTF, but did not affect P38 and ERK activation, or LIF and IL-6 expression. Importantly, systemic FAK14 increased SVZ neurogenesis in wild-type C57BL/6 and CNTF+/+ mice, but not in CNTF−/− littermates, indicating that it acts by upregulating CNTF. These data show a surprising differential regulation of related cytokines and identify the FAK–JNK–CNTF pathway as a specific target in astrocytes to promote neurogenesis and possibly neuroprotection in neurological disorders.

LRP2/Megalin ist ein Rezeptor der LDL-Rezeptor Genfamilie mit essentieller Funktion in der Entwicklung des Zentralnervensystems. Der Rezeptor wird im Neuroepithel des Embryos exprimiert und steuert die Ausbildung der Vorderhirnstrukturen. In weiteren Untersuchungen an LRP2-defizienten Mäusen konnte ich zeigen, dass der Verlust der Expression des Rezeptors in adulten Tieren zu einer Beeinträchtigung der Proliferation neuronaler Vorläuferzellen in der subventrikulären Zone (SVZ) des lateralen Ventrikels führt. Infolgedessen war die Anzahl der Neuroblasten reduziert, die zum olfaktorischen Bulbus wandern und dort zu Interneuronen differenzieren. Anhand immunhistologischer Untersuchungen konnte ich nachweisen, dass der Verlust von LRP2 zu einer verminderten Anzahl GFAP-positiver Zellen, die auch die neuronalen Stammzellen (Typ B Zellen) umfassen, führt. Weiterhin wiesen LRP2 Mutanten eine Reduktion in den Signalen für Nestin, DLX2, PSA-NCAM und DCX. Meine derzeitige Hypothese besagt daher, dass LRP2 ebenso wie im embryonalen Neuroepithel auch in der adulten neuronalen Stammzellnische eine Rolle bei der Regulation der BMP4 Signalwege spielt. Dies wird möglicherweise durch Endozytose-vermittelte Aufnahme mit anschließendem Abbau des Morphogens durch LRP2 vermittelt, wie es bereits in vitro gezeigt werden konnte. BMP4 hat im Wesentlichen eine anti-proliferative Wirkung. Eine exakt gesteuerte Regulation der Konzentration dieses Morphogens ist daher eine Vorraussetzung für ein Neurogenese-permissives Milieu in der adulten neurogenen Stammzellnische. Die Ergebnisse meiner Arbeit entschlüsseln eine neue Rolle von LRP2 in der adulten Neurogenese. Die Expression des Rezeptors im Ependym des lateralen Ventrikels ist essentiell für die Regulation der BMP Signalwege in der neurogenen Stammzellnische. / LRP2 (also know as megalin) is a member of the low-density lipoprotein receptor gene family that plays an important role in regulation of neurogenesis in the embryonic neural tube. During early forebrain development, LRP2 deficiency leads to an increase in bone morphogenetic protein 4 (Bmp4) expression and signalling in the dorsal neuroepithelium, and a loss of sonic hedgehog (Shh) expression in the ventral forebrain. In this thesis I demonstrate that LRP2 is expressed in ependymal cells of the lateral ventricles in the adult brain. Intriguingly, expression is restricted to the ependyma that faces the stem cell niche. Expression is not seen in ependyma elsewhere in the lateral ventricles or in the dentate gyrus, the second neurogenic zone of the adult mouse brain. I further show that lack of LRP2 expression in adult mice results in impaired proliferation of neural precursor cells in the SVZ resulting in a decreased number of neuroblasts reaching the olfactory bulb. Using immunohistological detection of marker proteins, absence of LRP2 was shown mainly to affect the GFAP-positive neuronal precursor cell population in the SVZ (B cells). Furthermore, Lrp2 mutant mice also showed a decrease in the signals for nestin, DLX2, PSA-NCAM and DCX. Reduced neurogenesis in the SVZ in LRP2-deficient mice coincides with a significant increase in BMP2/4 expression and enhanced activation of downstream mediators Phospho-SMAD1/5/8 and ID3 in the stem cell niche. My findings revealed a novel regulatory pathway whereby LRP2 down-regulates BMP signaling to modulate the instructive microenvironment of the SVZ and to enable adult neurogenesis to proceed. Thus, LRP2 plays a crucial role in regulating BMP-signaling levels in the adult SVZ, highlighting the unique role of ependymal cells in this stem cell niche. The underlying mechanism of LRP2 action in control of neurogenesis may thus be conserved between the embryonic and adult brain.

Le glufosinate d’ammonium (GLA) est un herbicide largement utilisé dans l'agriculture. Comme cela est le cas pour la plupart des pesticides, ses effets neurotoxiques et développementaux n'ont été que partiellement étudiés. L'exposition précoce des pesticides peut affaiblir la structure de base du développement du cerveau et provoquer des changements permanents conduisant un large éventail d'effets à long terme sur la santé et/ou sur le comportement. Mes travaux de thèse ont permis de montrer que l’exposition périnatale à de faibles doses de GLA induisait des perturbations de la neurogenèse et de la migration des neuroblastes au niveau de la zone sous ventriculaire vers les bulbes olfactifs. De plus l’analyse transcriptomique cérébrale montre une modification significative de l’expression de nombreux gènes responsables de la dynamique du cytosquelette impliqué dans la régulation de la migration des neuroblastes. Etant un analogue structural du glutamate, le GLA pourrait agir sur le cytosquelette via la modification de la polyglutamylation de la tubuline. Cette hypothèse expliquerait les altérations cellulaires observées. Par ailleurs, avons mis en évidence dans cette étude, des troubles du comportement des souris exposées semblables à ceux observables chez les modèles murins des « troubles du spectre autistique » (ASD-like). / Glufosinate ammonium (GLA) is one of the most widely used herbicides in agriculture. As for almost all pesticides, potential adverse effects of GLA have not been investigated in the brain developmental neurotoxicity perspective. Indeed, early pesticides exposure may weaken the developing brain and cause permanent brain alteration which could lead to a wide range of the lifelong effects on health and/or behavior. As an illustration, we showed that perinatal exposure to low doses of GLA induced behavioral defects in mice adulthood, characterized by many similarities with Autism Spectrum Disorders phenotype. My thesis deals with the molecular aspect of this perinatal GLA exposure. I demonstrated that GLA induced disturbances of proliferation and neuroblast migration from the subventricular zone to the olfactory bulbs. These defects were associated with significant change in the expression of many genes involved in neuroblast migration and cytoskeleton regulation as observed by brain transcriptome analysis. I showed that GLA act on the cytoskeleton through modification of polyglutamylation of tubulin which lead to cell division/migration disturbances and cell differentiation defect. My work thus provides a new molecular link between pre- and post-natal exposure to the herbicide GLA and the onset of ASD like phenotype later in life. It also raises the fundamental concerns about the ability of current safety testing to assess risks of pesticide exposure during critical developmental periods.

La migration cellulaire est un processus complexe. Lors du développement, elle permet aux cellules de rejoindre leur destination finale, puis à l'âge adulte elle intervient dans de nombreux processus tels la réponse immunitaire ou le développement de pathologies.La migration est modulée par l'action de molécules d'adhérence. Nous nous sommes intéressés à la molécule NCAM (Neural Cellular Adhesion Molecule) dont les effets sont modulés par l'acide polysalique (PSA). Lors de précédentes études, il a été montré que le peptide mimétique de PSA-NCAM, PR-21 stimulait la migration issus de la zone sous-ventriculaire (SVZ).Nous avons synthétisés des analogues non-peptidiques de PR-21 en nous appuyant sur des analogies structurales. ces analogues ont été testés dans divers modèles de migration cellulaire : explants de SVZ et cellules C6 sur-exprimant PSA. Nous avons mis en évidence la présence de fonctions structurales clés dans la modulation de la migration cellulaire. / Cell migration is a complex process. During development, it contributes to cell reaching their final target. during adulthood, cell migration is involved in immune response or pathological processes.Migration is modulated by adhesion molecules. We concentrated on the Neural Cellular Adhesion Molecule (NCAM) which action is regulated by the post traductional addition of polysialic acid (PSA). PR-21 is a mimetic peptide of PSA-NCAM. In previous studies, PR-21 has been shown to stimulate in the migration of meuroblasts from sub-ventricular zone (SVZ) to the olfactory bulb.We designed non-peptidic analogues of PR-21 on the basis of structural analogies. these analogues were tested on various cell migration models : SVZ explants and C6 over-expressing PSA. We then established the need of key structural functions to modulate cell migration.

Multiple sclerosis and other myelin diseases affect the quality of life many people. In the United States alone, multiple sclerosis afflicts as many as 400,000 individuals. Myelin, which is attacked by multiple sclerosis, plays a critical role in maintaining the healthy function of the adult nervous system. There are many model systems that study myelin and its formation and loss. Our lab investigates the cuprizone model of demyelination and remyelination. The cuprizone model is commonly believed only to affect adult oligodendrocytes, which it kills. The current study investigates whether other cells in the oligodendrocyte line, such as oligodendrocyte progenitor cells, might also be susceptible to the toxic effects of cuprizone. Oligodendrocyte progenitor cells may play an important role in repairing and replacing myelin after demyelinating insults. So any effect that the model has on these cells may be relevant to the use of the model for studying remyelination. In order to evaluate the potential effects of cuprizone, dividing cells in adult mice were labeled with the proliferation marker, Bromodeoxyuridine (BrdU). Immunohistochemical labeling of BrdU shows that the number of actively dividing cells seen in the subventricular and subgranular zones sharply and dramatically decreases after just 1 week on cuprizone. In the following weeks, the number of dividing cells increases, but even after 3 weeks of recovery without cuprizone, the number of BrdU+ cells does not return to control levels. These results may have significant ramifications in the interpretation of results obtained from the cuprizone model, and this finding must be considered in selecting a model for future demyelination studies.

Ischaemic stroke is a major cause of mortality and chronic disability for which there is no effective treatment. The subventricular zone (SVZ) is an adult neurogenic niche which mediates limited endogenous repair following stroke. To harness this phenomenon for therapy, it is important to understand how the SVZ niche is altered in stroke, and the processes that recruit neural precursors to the site of injury, which becomes a de facto neurogenic niche. Galectin-3 (Gal-3) is a β-galactoside binding protein involved in cellular adhesion, inflammation and tumour metastasis. Gal-3 is specifically expressed in the SVZ and maintains neuroblast migration to the olfactory bulb, although its role in post-stroke neurogenesis is not well-understood. Therefore, this project aimed to (1) characterise the cytoarchitecture of the SVZ in response to stroke, and (2) examine the role of Gal-3 in stroke outcome and tissue remodelling, and test the hypothesis that Gal-3 is required for neuroblast ectopic migration into the ischaemic striatum. Using the intraluminal filament model of middle cerebral artery occlusion (MCAO) in mice, and whole mounts of the lateral ventricular wall, significant SVZ reactive astrocytosis and increased vascular branching were observed, thereby disrupting the neuroblast migratory scaffold. Stroke increased SVZ cell proliferation without increase in cell death. Post-stroke ependymal cells were enlarged and non-proliferative, and assumed a reactive astroglial phenotype, expressing de novo high levels of glial fibrillary acidic protein. This was associated with focal planar cell polarity misalignment, and turbulent and decreased rate of cerebrospinal fluid flow. These findings demonstrate significant changes in multiple SVZ cell types which are positioned to influence post-stroke neurogenesis and regulation of the neural stem cell niche Gal-3 was up-regulated in the ischaemic brain and ipsilateral SVZ. To elucidate the role of Gal-3 after stroke, MCAO was performed in wildtype and Gal-3 null (Gal-3^-/-) mice, and parameters of stroke outcome and post-stroke neurogenesis compared. The deletion of Gal-3 did not affect infarct volumes or neurological outcomes, although neuroblast migration into the ischaemic striatum was increased in Gal-3^-/- brains. Gal-3^-/- mice failed to mount an angiogenic response in the ischaemic striatum, and this was associated with lower levels of vascular endothelial growth factor (VEGF) and increased anti-angiogenic protein levels. Loss of Gal-3 further disrupted the pro-proliferative neural-vascular interaction at the basement membrane. The current data indicate that Gal-3 is a pleiotropic molecule which has distinct roles in both the SVZ and the post-stroke striatum as niches of adult neurogenesis.

Introduction: Chez les mammifères, la naissance de nouveaux neurones se poursuit à l’âge adulte dans deux régions du cerveau: 1) l’hippocampe et 2) la zone sous-ventriculaire du prosencéphale. La neurogenèse adulte n’est pas un processus stable et peut être affectée par divers facteurs tels que l’âge et la maladie. De plus, les modifications de la neurogenèse peuvent être à l’origine des maladies de sorte que la régulation ainsi que le rétablissement de la neurogenèse adulte doivent être considérés comme d’importants objectifs thérapeutiques. Chez la souris saine ou malade, la neurogenèse hippocampale peut être fortement régulée par l’enrichissement environnemental ainsi que par l’activité physique. Cependant, lors même que l’activité physique et l’enrichissement environnemental pourraient contribuer au traitement de certaines maladies, très peu d’études porte sur les mécanismes moléculaires et physiologiques responsables des changements qui sont en lien avec ces stimuli. Objectifs et hypothèses: Les principaux objectifs de cette étude sont de caractériser les effets de stimuli externes sur la neurogenèse et, par le fait même, d’élucider les mécanismes sous-jacents aux changements observés. En utilisant le modèle d’activité physique volontaire sur roue, cette étude teste les deux hypothèses suivantes: tout d’abord 1) qu’une période prolongée d’activité physique peut influencer la neurogenèse adulte dans le prosencéphale et l’hippocampe, et 2) que l’activité volontaire sur roue peut favoriser la neurogenèse à travers des stimuli dépendants ou indépendants de la course. Méthodes: Afin de valider la première hypothèse, nous avons utilisé un paradigme incluant une activité physique volontaire prolongée sur une durée de six semaines, ainsi que des analyses immunohistochimiques permettant de caractériser l’activité de précurseurs neuronaux dans la zone sous-ventriculaire et l’hippocampe. Ensuite, pour valider la seconde hypothèse, nous avons utlisé une version modifiée du paradigme ci-dessous, en plaçant les animaux (souris) soit dans des cages traditionnelles, soit dans des cages munies d’une roue bloquée soit dans des cages munies d’une roue fonctionnelle. Résultats: En accord avec la première hypothèse, l’activité physique prolongée volontaire a augmenté la prolifération des précurseurs neuronaux ainsi que la neurogenèse dans le gyrus dentelé de l’hippocampe comparativement aux animaux témoins, confirmant les résultats d’études antérieures. Par ailleurs, dans ce paradigme, nous avons aussi observé de la prolifération acrue au sein de la zone sous-ventriculaire du prosencéphale. De plus, en accord avec la seconde hypothèse, les souris placées dans une cage à roue bloquée ont montré une augmentation de la prolifération des précurseurs neuronaux dans l’hippocampe comparable à celle observée chez les souris ayant accès à une roue fonctionnelle (coureurs). Cependant, seuls les animaux coureurs ont présenté une augmentation de la neurogenèse hippocampale. Conclusions: Ces résultats nous ont permis de tirer deux conclusions nouvelles concernant les effets de l’activité physique (course) sur la neurogenèse. Premièrement, en plus de la prolifération et de la neurogenèse dans le gyrus dentelé de l’hippocampe, la prolifération dans la zone sous-ventriculaire du prosencéphale peut être augmentée par l’activité physique sur roue. Deuxièmement, l’environnement dans lequel l’activité physique a lieu contient différents stimuli qui peuvent influencer certains aspects de la neurogenèse hippocampale en l’absence d’activité physique sur roue (course). / Introduction: In mammals, new neurons continue to be produced throughout the adulthood in two brain regions: 1) the hippocampus and 2) the forebrain subventricular zone. Adult neurogenesis is not a stable process, and changes in response to diverse factors such as age and pathology. Furthermore, because changes in neurogenesis may in fact underlie pathogenesis, regulating or restoring neurogenesis is seen as an important therapeutic objective. In healthy and diseased mice, hippocampal neurogenesis can be robustly regulated by environmental enrichment. However, while physical activity and environmental enrichment are potentially important in the treatment of some pathologies, comparatively little is known about the molecular and physiological mechanisms underlying activity/environment-dependent changes in neurogenesis. Objectives and hypotheses: The primary objectives of this study are to characterize the neurogenesis-mediating effects of external stimuli and, in doing so, to elucidate the mechanisms that underlie observed changes. Using voluntary wheel running as a model, this study addresses two hypotheses: 1) that extended periods of physical activity can influence adult neurogenesis in the forebrain and the hippocampus and 2) that voluntary wheel running mediates neurogenesis through both running-dependent and running-independent stimuli. Methods: To address the first hypothesis, we used a prolonged six-week voluntary paradigm and immunohistochemical analyses to characterize neural precursor activity in the subventricular zone and hippocampus. To address the second hypothesis, we used a modified version of the above paradigm, where an additional group of mice were housed in cages with a locked running wheel. Results: With respect to the first hypothesis, prolonged voluntary wheel running was found to increase neural precursor proliferation and neurogenesis in the hippocampal dentate gyrus relative to control animals, confirming the results of previous studies. More importantly, in this paradigm, proliferation in the forebrain subventricular zone was also found to be increased. In keeping with the second hypothesis, mice that were housed in locked-running wheel cages showed an increase in hippocampal neural precursor proliferation comparable to that of running animals. However, only running animals displayed increased hippocampal neurogenesis. Conclusions: These results allow us to draw two novel conclusions regarding the effects of running on neurogenesis. First, proliferation in the forebrain subventricular zone, in addition to proliferation and neurogenesis in the hippocampus, is subject to regulation by wheel-running. Second, the wheel-running environment contains diverse stimuli which can influence some aspects of hippocampal neurogenesis in the absence of wheel running.

Introduction: Chez les mammifères, la naissance de nouveaux neurones se poursuit à l’âge adulte dans deux régions du cerveau: 1) l’hippocampe et 2) la zone sous-ventriculaire du prosencéphale. La neurogenèse adulte n’est pas un processus stable et peut être affectée par divers facteurs tels que l’âge et la maladie. De plus, les modifications de la neurogenèse peuvent être à l’origine des maladies de sorte que la régulation ainsi que le rétablissement de la neurogenèse adulte doivent être considérés comme d’importants objectifs thérapeutiques. Chez la souris saine ou malade, la neurogenèse hippocampale peut être fortement régulée par l’enrichissement environnemental ainsi que par l’activité physique. Cependant, lors même que l’activité physique et l’enrichissement environnemental pourraient contribuer au traitement de certaines maladies, très peu d’études porte sur les mécanismes moléculaires et physiologiques responsables des changements qui sont en lien avec ces stimuli. Objectifs et hypothèses: Les principaux objectifs de cette étude sont de caractériser les effets de stimuli externes sur la neurogenèse et, par le fait même, d’élucider les mécanismes sous-jacents aux changements observés. En utilisant le modèle d’activité physique volontaire sur roue, cette étude teste les deux hypothèses suivantes: tout d’abord 1) qu’une période prolongée d’activité physique peut influencer la neurogenèse adulte dans le prosencéphale et l’hippocampe, et 2) que l’activité volontaire sur roue peut favoriser la neurogenèse à travers des stimuli dépendants ou indépendants de la course. Méthodes: Afin de valider la première hypothèse, nous avons utilisé un paradigme incluant une activité physique volontaire prolongée sur une durée de six semaines, ainsi que des analyses immunohistochimiques permettant de caractériser l’activité de précurseurs neuronaux dans la zone sous-ventriculaire et l’hippocampe. Ensuite, pour valider la seconde hypothèse, nous avons utlisé une version modifiée du paradigme ci-dessous, en plaçant les animaux (souris) soit dans des cages traditionnelles, soit dans des cages munies d’une roue bloquée soit dans des cages munies d’une roue fonctionnelle. Résultats: En accord avec la première hypothèse, l’activité physique prolongée volontaire a augmenté la prolifération des précurseurs neuronaux ainsi que la neurogenèse dans le gyrus dentelé de l’hippocampe comparativement aux animaux témoins, confirmant les résultats d’études antérieures. Par ailleurs, dans ce paradigme, nous avons aussi observé de la prolifération acrue au sein de la zone sous-ventriculaire du prosencéphale. De plus, en accord avec la seconde hypothèse, les souris placées dans une cage à roue bloquée ont montré une augmentation de la prolifération des précurseurs neuronaux dans l’hippocampe comparable à celle observée chez les souris ayant accès à une roue fonctionnelle (coureurs). Cependant, seuls les animaux coureurs ont présenté une augmentation de la neurogenèse hippocampale. Conclusions: Ces résultats nous ont permis de tirer deux conclusions nouvelles concernant les effets de l’activité physique (course) sur la neurogenèse. Premièrement, en plus de la prolifération et de la neurogenèse dans le gyrus dentelé de l’hippocampe, la prolifération dans la zone sous-ventriculaire du prosencéphale peut être augmentée par l’activité physique sur roue. Deuxièmement, l’environnement dans lequel l’activité physique a lieu contient différents stimuli qui peuvent influencer certains aspects de la neurogenèse hippocampale en l’absence d’activité physique sur roue (course). / Introduction: In mammals, new neurons continue to be produced throughout the adulthood in two brain regions: 1) the hippocampus and 2) the forebrain subventricular zone. Adult neurogenesis is not a stable process, and changes in response to diverse factors such as age and pathology. Furthermore, because changes in neurogenesis may in fact underlie pathogenesis, regulating or restoring neurogenesis is seen as an important therapeutic objective. In healthy and diseased mice, hippocampal neurogenesis can be robustly regulated by environmental enrichment. However, while physical activity and environmental enrichment are potentially important in the treatment of some pathologies, comparatively little is known about the molecular and physiological mechanisms underlying activity/environment-dependent changes in neurogenesis. Objectives and hypotheses: The primary objectives of this study are to characterize the neurogenesis-mediating effects of external stimuli and, in doing so, to elucidate the mechanisms that underlie observed changes. Using voluntary wheel running as a model, this study addresses two hypotheses: 1) that extended periods of physical activity can influence adult neurogenesis in the forebrain and the hippocampus and 2) that voluntary wheel running mediates neurogenesis through both running-dependent and running-independent stimuli. Methods: To address the first hypothesis, we used a prolonged six-week voluntary paradigm and immunohistochemical analyses to characterize neural precursor activity in the subventricular zone and hippocampus. To address the second hypothesis, we used a modified version of the above paradigm, where an additional group of mice were housed in cages with a locked running wheel. Results: With respect to the first hypothesis, prolonged voluntary wheel running was found to increase neural precursor proliferation and neurogenesis in the hippocampal dentate gyrus relative to control animals, confirming the results of previous studies. More importantly, in this paradigm, proliferation in the forebrain subventricular zone was also found to be increased. In keeping with the second hypothesis, mice that were housed in locked-running wheel cages showed an increase in hippocampal neural precursor proliferation comparable to that of running animals. However, only running animals displayed increased hippocampal neurogenesis. Conclusions: These results allow us to draw two novel conclusions regarding the effects of running on neurogenesis. First, proliferation in the forebrain subventricular zone, in addition to proliferation and neurogenesis in the hippocampus, is subject to regulation by wheel-running. Second, the wheel-running environment contains diverse stimuli which can influence some aspects of hippocampal neurogenesis in the absence of wheel running.