La carence précoce en donneurs de méthyles (folates et vitamine B12) entraîne une hyperhomocystéinémie ainsi que des troubles cognitifs et de la coordination motrice chez les ratons de 21 jours. Ces troubles ont été reliés à une altération de la neurogenèse dans l'hippocampe et le cervelet, mécanisme étroitement relié à la neurostéroïdogenèse (NSG), définie par la synthèse locale de stéroïdes dans le cerveau. L'objectif principal de ce travail a été de déterminer si ces troubles étaient associés à une altération de la NSG. Ce travail a conduit à plusieurs résultats marquants, montrant notamment l'effet délétère de la carence gestationnelle en donneurs de méthyles sur la voie stéroïdogénique dans le cervelet, région cérébrale particulièrement vulnérable en période post-natale. Ceci s'est traduit par un effondrement du contenu en estradiol et autres neurostéroïdes, consécutivement à la diminution de l'expression de StAR, TSPO et de l'aromatase, ainsi que des récepteurs aux estrogènes. Ces effets délétères sont associés à une atteinte de la voie de signalisation dépendante de l'AMPc associée à l'activation du récepteur LHR, et la diminution de facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes de la NSG, notamment SF-1, dont la présence dans les cellules de Purkinje du cervelet n'avait jamais été décrite auparavant. Cette réponse à la carence se ferait selon un dimorphisme sexuel, puisque seules les jeunes femelles nées de mères carencées étaient affectées. Enfin, ces études ont permis la mise en évidence d'altérations fonctionnelles associées aux dommages cellulaires et moléculaires observés dans les bulbes olfactifs (BO), se traduisant par une diminution des fonctions de la discrimination olfactive. Ceci pourrait contribuer au retard de croissance associé au poids corporel réduit mesuré chez les animaux carencés / Early methyl-donor deficiency (MDD, folate and vitamin B12) produces hyperhomocysteinemia, cognitive and motor disorders in 21 days-old rat pups. These disorders are linked to an alteration of neurogenesis in the cerebellum and the hippocampus, which is closely linked to neurosteroidogenesis, defined as the local synthesis of steroids in brain. The aim of this work was to verify if these troubles are associated with an altered neurosteroidogenesis. This work led to several striking results, showing in particular the deleterious effects of the methyl donor deficiency on the steroidogenic pathway in the cerebellum, particularly vulnerable during postnatal development. This was confirmed by the reduced contents of estradiol and other neurosteroids, as a result of the decrease of the expression of StAR, TSPO and aromatase, as well as the estrogen receptors. These deleterious effects are associated to the impairment of AMPc dependent signaling pathway and the decrease of transcription factors, notably SF-1, which the presence in the cerebellar Purkinje cells had never been described previously. This response to the deficiency would be made according to a sexual dimorphism, since only the young deficient females were affected. Finally, these studies allowed us to show functional changes associated with the cellular and molecular damage observed in the olfactory bulbs, being traduced by a decrease of the olfactory discrimination. This could contribute to the growth retardation associated with the reduced body weight of the deficient animals

RORα (Retinoic acid receptor related Orphan Receptor α) est un récepteur nucléaire<br />dont la perte de fonction entraîne chez la souris staggerer - entre autres phénotypes - une<br />sévère ataxie cérébelleuse. RORα a longtemps été considéré comme un récepteur nucléaire<br />orphelin, cependant, le cholestérol (ou un de ses dérivés) semble être un ligand physiologique<br />de ce récepteur.<br />Le mutant staggerer, identifié dès 1962 par Sidman, Lane et Dickie, présente une<br />hypoplasie cérébelleuse liée à l'absence de la grande majorité des cellules de Purkinje, ainsi<br />que des grains du cervelet. L'expression de la mutation staggerer dans les cellules de Purkinje<br />conduit à leur mort massive pendant le développement, et les cellules de Purkinje survivantes<br />chez l'adulte présentent d'importantes anomalies de différenciation. Par ailleurs, à l'état<br />hétérozygote, le mutant staggerer présente une diminution de la survie des cellules de<br />Purkinje ainsi que des anomalies de différenciation au cours du vieillissement.<br />Le phénotype cérébelleux des mutants homozygote et hétérozygote staggerer<br />suggère que RORα est impliqué dans la survie et/ou la différenciation des cellules de Purkinje<br />au cours du développement et du vieillissement. Au cours de cette thèse, nous avons donc<br />tenté de déterminer le rôle de RORα dans la survie et la différenciation dans des neurones<br />corticaux et/ou dans des cellules de Purkinje, en étudiant l'effet de sa surexpression dans ces<br />processus.<br />Afin de surexprimer RORα, nous avons construit un vecteur lentiviral exprimant<br />l'isoforme humaine RORα1. Ce vecteur nous a permis de transduire avec une très grande<br />efficacité des neurones corticaux en culture primaire ainsi que les cellules de Purkinje en<br />culture organotypique.<br />Dans une première étude, nous avons cherché à déterminer si RORα pouvait exercer<br />un rôle dans la survie neuronale. Dans ce but, nous avons évalué la survie de neurones<br />corticaux surexprimant ou non RORα et soumis à un stress oxydatif entraînant l'apoptose des<br />neurones. RORα protège les neurones en diminuant le stress oxydatif causé par ces inducteurs<br />pro-apoptotiques. L'expression des deux enzymes Glutathion peroxydase 1 et Peroxiredoxine<br />6 est augmentée dans les neurones qui surexpriment hRORα1, et semble partiellement médier<br />l'effet neuroprotecteur de RORα. Nous avons par ailleurs évalué et comparé la survie des<br />cellules de Purkinje en culture organotypique qui expriment RORα de façon endogène, ou qui<br />surexpriment hRORα1, et nos résultats suggèrent que la surexpression de RORα a également<br />un effet neuroprotecteur dans ces cellules.<br />Dans une seconde étude, afin de déterminer le rôle de RORα dans la différenciation<br />des cellules de Purkinje, nous avons analysé en culture la progression de la différenciation<br />dendritique précoce de cellules de Purkinje en fonction de l'expression de RORα. RORα est<br />crucial pour l'étape de régression des neurites des cellules de Purkinje au stade bipolaire<br />embryonnaire. Alors que l'absence de RORα chez les mutants homozygotes staggerer<br />entraîne un arrêt de la différenciation des cellules de Purkinje à ce stade (les cellules de<br />Purkinje ne parviennent pas à entamer la régression des neurites), la surexpression de<br />hRORα1 accélère l'étape de régression. Cette étape de régression est totalement dépendantede l'expression de protéines RORα fonctionnelles et cet effet est vraisemblablementintrinsèque. Nous montrons enfin que l'hormone thyroïdienne accélère la différenciationdendritique précoce des cellules de Purkinje, et que RORα semble contribuer à ce processus.<br />L'ensemble de ces résultats montre que RORα intervient de façon cruciale à la foisdans la survie et dans la différenciation des cellules de Purkinje dans une étape très précoce de<br />leur développement post-natal.

Malgré sa complexité, le cerveau intègre en permanence de nouvelles cellules – à la fois neuronales et gliales – au-delà du développement embryonnaire et ce, tout le long de la vie. La période postnatale est caractérisée par une gliogenèse intense. A l’âge adulte, de nouveaux neurones et cellules gliales sont produits dans des régions restreintes à partir de cellules souches/progénitrices (CSP) localisées dans des niches. Les deux niches de CSP adultes les mieux décrites sont la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux, qui produit de nouveaux interneurones olfactifs, et la zone sous-granulaire du gyrus denté de l’hippocampe, où de nouveaux neurones en grain sont produits localement. Des travaux menés ces dernières années ont montré qu’une neuro- et une gliogenèse avaient aussi lieu dans l’hypothalamus postnatal, une petite région du diencéphale ventral qui régule des processus physiologiques vitaux tels que le métabolisme, la reproduction, le sommeil et la thermorégulation. Si l’identité des CSP hypothalamiques reste débattue, de nombreux travaux s’accordent sur l’importance de la neurogenèse hypothalamique postnatale dans le contrôle du métabolisme. Cependant, la possibilité que la genèse postnatale de cellules contribue aussi au contrôle de la fonction de reproduction, une autre fonction clé de l’hypothalamus, restait à explorer. L’objectif premier de mon travail de thèse était de rechercher si la genèse de cellules dans l’hypothalamus postnatal est impliquée dans le contrôle de la reproduction, une fonction physiologique qui requière un haut degré de plasticité. La fonction de reproduction est orchestrée par une petite population de neurones produisant la neurohormone Gonadotrophin-Releasing Hormone (GnRH). Ces neurones, qui naissent en dehors du cerveau, sont en place dans la région préoptique (RPO) de l’hypothalamus à la naissance. Cependant, ils doivent subir une maturation postnatale pour acquérir le profil de sécrétion qui leur permettra d’initier la puberté et d’assurer la fertilité de l’individu. Dans une première étude, grâce à une combinaison d’approches in vitro et in vivo, nous avons mis en évidence une vague d’astrogenèse dans l’environnement des neurones à GnRH au sein de la RPO au cours des deux premières semaines de vie postnatale chez la ratte. Nos résultats suggèrent que les neurones à GnRH utilisent la prostaglandine D2 pour attirer les progéniteurs environnants et que ce recrutement est important pour la maturation sexuelle. Dans une deuxième étude, nous avons recherché si de nouvelles cellules naissent à l’âge adulte dans des régions hypothalamiques qui contrôlent la fonction de reproduction. Nous montrons que des cellules sont produites dans la RPO chez la ratte adulte et que leur taux varie au cours du cycle oestral, suggérant une régulation par les stéroïdes sexuels. De plus, nous montrons que la survenue d’une gestation stimule la néogenèse cellulaire dans une zone de la RPO qui contrôle le comportement maternel. Si la néogenèse hypothalamique adulte a surtout été étudiée chez les rongeurs de laboratoire, il reste à déterminer si ce phénomène existe aussi chez l’homme. Pour aborder cette question, nous avons évalué dans une troisième étude l’expression de marqueurs de CSP dans l’hypothalamus humain adulte, comparativement au rongeur (souris, rat) et à un primate lémurien, le microcèbe. Nous montrons que l’hypothalamus humain adulte contient des populations de cellules au profil antigénique de CSP, dont certaines semblent propres à l’homme. Au total, ces travaux montrent que de nouvelles cellules naissent dans des régions hypothalamiques qui contrôlent la fonction de reproduction au cours de la vie postnatale et à l’âge adulte chez la ratte, et que ce phénomène est important pour la maturation sexuelle. L’observation de CSP putatives dans l’hypothalamus humain adulte suggère que la capacité de l’hypothalamus à produire de nouvelles cellules à l’âge adulte existe aussi dans notre espèce. / Despite its complexity, the brain keeps adding new cells – both neuronal and glial – beyond embryonic development and throughout life. The postnatal period is characterized by intense and widespread gliogenesis. During adulthood, both glio- and neurogenesis occur in restricted locations from stem/progenitor cells (NPC) residing in niches. The two best-described niches of adult NPC are the subventricular zone of the lateral ventricles, which provides new interneurons to the olfactory bulb, and the subgranular zone of the hippocampal dentate gyrus that locally produces new granule cells. The last decade has seen an accumulation of studies showing that neuro- and gliogenesis also occur in the postnatal hypothalamus, a small portion of the ventral forebrain surrounding the third ventricle that regulates essential physiological processes such as metabolism, reproduction, sleep and thermoregulation. Even though the identity of hypothalamic NPC remains a matter of debate, a growing body of evidence points to postnatal hypothalamic neurogenesis relevance for the control of metabolism. However, a possible contribution of postnatal hypothalamic cell generation to the central control of reproduction, another key function of the hypothalamus, remained to be explored.The main aim of my doctoral researches was to evaluate whether the generation of new cells in the postnatal hypothalamus contributes to the central control of reproduction, a physiological function known to require a high degree of plasticity. The reproductive function is controlled by a small population of neurons producing the neurohormone Gonadotrophin-Releasing Hormone (GnRH). These neurons, which are born in the nasal placodes, are in place at birth in the preoptic area (POA) of the hypothalamus. However, they need a postnatal maturation to reach a mature secretory pattern that will trigger puberty and subsequent fertility.In a first study, using a combination of in vitro and in vivo experiments, we showed that a wave of astrogenesis occurs in the POA from local progenitors in the environment of GnRH neurons during the first weeks of postnatal life in the female rat. We identified prostaglandin D2 as a factor used by GnRH neurons to attract progenitors in their vicinity and showed that impaired progenitor recruitment alters sexual maturation.In a second study, we evaluated whether cell neogenesis still occurs during adulthood in hypothalamic regions relevant for the reproductive function. Our results showed that new cells are born in the POA of adult female rats. The rate of cell neogenesis varies across the estrus cycle, suggesting a regulatory influence of gonadal steroids. Moreover, we showed that gestation impacts the rate of cell neogenesis in a POA region implicated in the control of maternal behavior.While cell neogenesis in the adult hypothalamus has been mainly studied in laboratory rodents, it remains to be known whether this phenomenon also occurs in humans. To start addressing this question, we evaluated in a third study the expression of a panel of NPC markers in the adult human hypothalamus and compared it to that found in rodents (mouse, rat) and a lemur primate, the grey mouse lemur. Our results showed that the adult human hypothalamus contains populations of cells with an antigenic profile of NPC, some of which appear specific to humans.Altogether, this work shows that new cells are born in hypothalamic regions controlling reproduction throughout postnatal and adult life in female rats, and that this process is required for sexual maturation. The identification of NPC marker-expressing cells in the adult human hypothalamus suggests that the capacity for cell neogenesis also exists in the hypothalamus of our species.

Les microvaisseaux musculaires sont souvent considérés comme une source de nutriments et d'oxygène pour le muscle en croissance et ils semblent être conservés de façon stéréotypée. L'unité microvasculaire du muscle sain et adulte est composée de 6 à 8 capillaires. Dans Gitiaux, et al. (2013) nous montrons que l'organisation et la taille de l'unité microvasculaire sont strictement similaires chez l'homme et la souris. Dans le muscle squelettique adulte, la majorité des cellules satellites sont proches des péricytes et certaines d'entre elles semblent pouvoir établir des contacts directs temporaires avec les péricytes. In vitro, les cellules endothéliales induisent l'activation et la prolifération des cellules satellites en sécrétant de l'Angpt-2 et du PDGF-BB, alors que les péricytes induisent la quiescence et la différenciation des cellules satellites, par l'Angpt-1 et l'IGF-1 respectivement. Ces effets ont été confirmés in vivo, en utilisant les modèles murin Tg:NG2Cre/+::R26RiDTR, Tg:NG2Cre/+::IGF1del/+ et Tg:TNAPCreERT2/+::Angpt1del/+, dans lesquels il existe une hypotrophie musculaire et une activation des cellules satellites. Tous ces résultats soutiennent le dogme que « des cellules souches soutiennent d'autre cellules souches ». / Muscle microvasculature is often considered solely as a source of nutrients and oxygen for growing muscle cells and seems to be stereotypically conserved between human and mouse. The adult normal muscle microvascular unit is formed of 6–8 capillaries. In Gitiaux, et al. (2013) we show that microvascular unit organization and size are strikingly similar in human and small animals. In the adult skeletal muscle, the majority of satellite cells are close neighbors of pericytes and some of them are probably able to establish temporary direct contacts with pericytes. During post-natal development, in human and mice, pericytes and satellite cells become progressively closer. In vitro, endothelial cells induce satellite cell activation and proliferation through Angpt-2 and PDGF-BB, while pericytes induce quiescence through Angpt-1 and differentiation of satellite cells through IGF-1. These effects are confirmed by in vivo experiments using Tg:NG2Cre/+::R26RiDTR, Tg:NG2Cre/+::IGF1del/+ and Tg:TNAPCreERT2/+::Angpt1del/+ mice, which exhibit muscle hypotrophy and satellite cell activation. All these results support the emerging concept that “stem cells support other stem cells”.