Dans cette étude, nous avons utilisé un modèle de souris permettant d’induire des lésions de sévérité variable afin de mimer différentes anomalies de la myéline du cerveau que l'on peut rencontrer chez l'homme. La perte des OLs a été de 80% après 2 semaines de traitement au GCV (GCV1-14). Après l'arrêt du traitement, les processus de récupération ont conduit à une augmentation significative de la population OLs à 80% à la semaine 6 (W6). L’extension du traitement GCV à 3 semaines (GCV1-21) a entraîné une perte de 85% de la population OLs. Cependant la récupération est limitée et reste à 40% du niveau de contrôle à W6. Nous avons remarqué une augmentation rapide (de 2 fois) des cellules Olig2+ chez la souris GCV1-14 contre les souris GCV1-21 (de 1,5 fois) à W4. Nos résultats ont montré une augmentation significative des cellules Olig2-phosphorylé chez la souris GCV1-14 entre W3 et W4 après l'arrêt du traitement GCV. A l'opposé, dans le modèle GCV1-21, un très faible niveau de Olig2 phosphorylé a été observé. Nous avons observé des modifications transitoires dans l’expression de NgR et Caspr mais l’expression de P75 reste inchangée. Ensemble, ces résultats suggèrent que la reprise du déficit myéline du cerveau au cours du développement postnatal dépend de régénération suffisante des oligodendrocytes dans un laps de temps défini pour la myélinisation normale. / Abnormalities of myelination during brain development are thought to result in neurologic and psychiatric disorders. We tested the developmental time window required for oligodendrocyte generation and myelin formation in the central nervous system, using a transgenic mouse harboring HSV1-TK and eGFP genes under the control of MBP and PLP promoters respectively, to carry out the conditional ablation of oligodendrocytes. The first ablation program comprised daily injection of ganciclovir (GCV) for two weeks (GCV1-14) to induce a reversible myelin recovery. The second program comprised GCV injection for 3 weeks (GCV1-21) to create a model of irreversible myelin recovery. GCV1-14 model presented 85% reduction of oligodendrocytes at week 2 (W2) and significantly increased recovery of oligodendrocytes and myelin at W4, then slower recuperation in the following weeks after the arrest of GCV treatment. Similarly, GCV treatment for three weeks (GCV1-21) induced severe deficiency of oligodrndocytes (90%) and myelin at W3. Contrasting the GCV1-14 program, only 40-50% of oligodendrocyte population was recovered at W6 and brain remained severely deficient in myelin. Moreover, no significant recovery was observed during the following weeks and myelin at W4, then slower recuperation in the following weeks after the arrest of GCV treatment. Similarly, GCV treatment for three weeks (GCV1-21) induced severe deficiency of oligodrndocytes (90%) and myelin at W3. Contrasting the GCV1-14 program, only 40-50% of oligodendrocyte population was recovered at W6 and brain remained severely deficient in myelin. Moreover, no significant recovery was observed during the following weeks and frequently ended with premature death of mice. Since no significant changes in the expression of axonal markers including neurofilaments, NgR, P75, Caspr and neurofascin186 were detected at W5 in the two models, we conclude that an intrinsic defect of oligodendrocyte regeneration at W3-W4 underlies the irreversible model. Significant number of phosphorylated Olig2+ cells was observed at W3 in reversible model in demyelinated corpus callosum while at the same time-point, this population is absent from control and irreversible model. At the same period, the proliferation index (Ki67) of Olig2+ cells is 8 fold higher in the corpus callosum of GCV1-14 model than the control and the irreversible model. Together, these findings suggest that recovery from myelin deficit during postnatal brain development depends on sufficient regeneration of oligodendrocytes within a defined time frame for normal myelination to occur.

La Sclérose en plaques (SEP) est une maladie neurologique caractérisée par une perte d’oligodendrocytes qui sont les cellules myélinisantes du système nerveux central (SNC). Malgré le développement de thérapies visant à arrêter l’attaque des oligodendrocytes par le système immunitaire, il n’existe pas encore de moyens permettant d’activer efficacement la remyélinisation. Dans la SEP, une remyélinisation spontanée peut se faire à partir de cellules précurseurs d’oligodendrocyte (POs) qui sont présentes dans l’ensemble du cerveau, mais ce processus devient inefficace avec l’âge. Le fait que, d’une part, on puisse observer des POs au sein des lésions mais que, d’autre part, on ne retrouve pas d’oligodendrocytes matures en nombre suffisant, suggère que l’entrée en différenciation des POs soit une étape critique pour une remyélinisation complète. Ce travail avait pour but de caractériser un nouveau régulateur de la différenciation des oligodendrocytes, Tensin 3 (Tns3). Ici, nous démontrons que Tns3, protéine de liaison à l’actine, est un régulateur de la différenciation des oligodendrocytes et que son expression est contrôlée par Ascl1 et Olig2, qui sont deux facteurs de transcription clés de l’oligodendrogenese. Dans un premier temps, nous avons montré que l’expression de Tns3 est fortement induite au moment de l’entrée en différenciation des oligodendrocytes, puis réprimée dans les oligodendrocytes matures. Tns3 est, par conséquence, un nouveau marqueur spécifique des oligodendrocytes en cours de différenciation. L’utilisation de modèles animaux de démyélinisation nous a permis de mettre en évidence que les nouveaux oligodendrocytes en différenciation dans la zone de remyélinisation expriment Tns3. Il pourrait donc être utilisé comme marqueur de remyélinisation dans les lésions actives. Ensuite, nous avons trouvé que la protéine Tns3 est surtout localisée dans le noyau des cellules neurales, contrairement à sa localisation cytoplasmique observée en dehors du SNC. Cela suggère une fonction spécifique aux cellules neurales et différente de son rôle dans l’adhésion cellulaire montré jusqu’à lors. D’autre part, le développement des techniques d’édition du génome CRISPR/Cas9 nous ont permis de démontrer, au stade néonatale, que la perte de Tns3 dans les cellules souches neurales diminue fortement la différenciation des oligodendrocytes in vivo. Finalement, Tns3 est un nouveau facteur impliqué dans le contrôle de la différenciation des oligodendrocytes et est un marqueur des oligodendrocytes en différenciation pendant le développement et dans les lésions remyélinisantes du cerveau adulte. Nous espérons que cette caractérisation du mécanisme d’action de Tns3 aidera à développer des stratégies thérapeutiques activant la différenciation des oligodendrocytes et la remyélinisation, permettant une amélioration de la santé des patients atteints de Sclérose en Plaques. / Multiple sclerosis (MS) is a neurological disease characterized by the loss oligodendrocytes, the myelinating cells of the Central Nervous System (CNS). Despite recent advances leading to stop the immune system from attacking oligodendrocytes, efficient remyelinating therapies are still lacking. In MS, there is a spontaneous remyelination attempt from oligodendrocyte precursor cells (OPCs) present all over the brain, but this phenomenon is inefficient and diminishes with age. The observation that OPCs are present within demyelinating MS lesions, but fail to differentiate into myelinating cells, suggests that induction of OPC differentiation is a critical event for successful remyelination. This work has aimed to characterize a novel regulator of oligodendrocyte differentiation, Tensin 3 (Tns3). Here we demonstrate that Tns3 actin binding protein is a regulator of oligodendrocyte differentiation, acting downstream of Ascl1 and Olig2, two key oligodendrogenic transcription factors. We show that Tns3 expression is strongly induced at the onset of oligodendrocyte differentiation, while downregulated in mature oligodendrocytes. Tns3 is therefore a novel specific marker of differentiating oligodendrocytes. Using demyelinating mouse models, we provide evidence that Tns3 expression characterizes newly differentiating oligodendrocytes within remyelinating areas and may thus be used as a hallmark for remyelination in MS lesions. We also found that Tns3 protein is mainly localized in the nucleus of neural cells, contrary to its cytoplasmic expression outside the CNS, suggesting a neural specific function beyond its role in cell adhesion junctions. Finally, developing CRISPR/Cas9 genome editing techniques in our lab, we demonstrate that Tns3 loss-of-function in neonatal neural stem cells (NSCs) strongly impairs oligodendrocyte differentiation in vivo. Therefore, Tns3 is a novel factor involved in the control of oligodendrocyte differentiation and a hallmark for differentiating oligodendrocytes during development and in remyelinating lesions of the adult brain. We expect that our in deep characterization of Tns3 mechanism of action will help to develop therapeutic strategies fostering oligodendrocyte differentiation, and therefore remyelination and functional repair in MS patients.

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La lignée transgénique pMBP-eGFP-NTR, que nous avons générée chez Xenopus laevis, permet une ablation conditionnelle des oligodendrocytes myélinisants, dont la conséquence est une démyélinisation. Dans cette lignée transgénique, le transgène est formé par une protéine de fusion entre le rapporteur GFP (Green Fluorescent Protein= protéine fluoresçant en vert) et une enzyme de sélection, la nitroréductase d’E. Coli. Cette enzyme, a la propriété de réduire le radical nitrite (NO2) de certains substrats (comme le métronidazole) en dérivé hydroxylamine extrêmement toxique pour la cellule qui l’exprime. L’expression de ce transgène est contrôlée par la portion proximale du gène MBP (myelin basic protein), séquence régulatrice, dont l’équipe avait démontré, chez la souris, qu’elle ne s’exprime que dans les oligodendrocytes myélinisants, ce qui c’est vérifié chez le xénope. Mon projet se proposait d’étudier les conséquences de la démyélinisation et de la remyélinisation dans cette lignée transgénique de Xenopus laevis. Mon objectif avait pour but de répondre à deux questions; Tout d’abord, qu’elle est la nature des cellules qui remplacent les oligodendrocytes éliminés: Nous montrons que les cellules responsables de la remyélinisation sont les précurseurs des oligodendrocytes (OPCs), cellules GFP négatives caractérisées par l’expression du facteur de transcription Sox10. Ces cellules OPCs sont déjà présentent dans le nerf optique avant l’événement de démyélinisation. La seconde question visait à examiner les conséquences d’une démyélinisation sur l’arborisation des axones des cellules ganglionnaires de la rétine. A cette fin nous avons mis au point un outil expérimental permettant de visualiser l’arborisation des projections tectales des axones des cellules ganglionnaires de la rétine par microscopie in vivo réalisée sur le têtard au stade 55. Nous montrons que bien que cette arborisation soit plus sensible à l’imagerie après démyélinisation, chez le transgénique que chez le contrôle, cela n’entraine pas de changement de la motilité de l’arborisation. / We have generated a Xenopus laevis transgenic line, pMBP-eGFP-NTR, allowing conditional ablation of myelin-forming oligodendrocytes. In this transgenic line the transgene is driven by the proximal portion of myelin basic protein (MBP) regulatory sequence, specific to mature oligodendrocytes. The transgene protein is formed by GFP reporter fused to the E. coli nitroreductase (NTR) selection enzyme. This enzyme converts the innocuous pro-drug metronidazole (MTZ) to a cytotoxin. My PhD project is to study the effect of demyelination and remyelination in Xenopus Laevis in this transgenic line. We wish to answer two questions using this transgenic. First, the origin of remyelinating cells that replace the ablated oligodendrocytes. We have shown that, Sox10+ OPCs, which are already present in the optic nerve prior to the experimentally induced demyelination, are responsible for remyelination. The second question is to examine the effect of demyelination of retinal ganglion cell (RGC) axonal arbor morphology. We developed an experimental set up to image the RGC arbor morphology in an awake stage 55 tadpole in real time. We show that the arbor is more sensitive than the control to imaging but there is no change in motility of the arbor.

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There is ongoing dispute on the question whether CNS neurons possess ATP-sensitive P2X7 receptors (Rs) or whether only non-neuronal cells bear this receptor-type and indirectly signal to the neighboring neurons. We genetically deleted P2X7Rs specifically in astrocytes, oligodendrocytes and microglia, and then recorded current responses in neurons to the prototypic agonist of this receptor, dibenzoyl-ATP (Bz-ATP). These experiments were made in brain slice preparations taken from the indicated variants of the P2X7R KO animals. In hippocampal CA3, but not CA1 pyramidal neurons, the deletion of oligodendrocytic (NG2 glial) P2X7Rs abolished the Bz-ATP-induced current responses. In contrast to the Bz-ATP-induced currents in CA3 pyramidal neurons, current amplitudes evoked by the ionotropic glutamate/GABAAR agonists AMPA/muscimol were not inhibited at all. Whereas in the CA3 area NG2 glia appeared to mediate the P2X7R-mediated stimulation of pyramidal neurons, in the CA1 area, astrocytic P2X7Rs had a somewhat similar effect. This was shown by recording the frequencies and amplitudes of spontaneous excitatory currents (sPSCs) in brain slice preparations. Bz-ATP increased the sPSC frequency in CA1, but not CA3 pyramidal neurons without altering the amplitude, indicating a P2X7R-mediated increase of the neuronal input. Micro-injection of the selective astrocytic toxin L-α-aminoadipate into both hippocampi, or the in vitro application of the GABAAR antagonistic gabazine, completely blocked the frequency increases of sPSCs. Hence, CA1 and CA3 pyramidal neurons of the mouse did not possess P2X7Rs, but were indirectly modulated by astrocytic and oligodendrocytic P2X7Rs, respectively.