La migration des cellules souches / progénitrices neurales (CSPN) dans le cerveau adulte est cruciale pour la réparation cérébrale. Reeline (Rln) est une protéine de la matrice extracellulaire, régulant le positionnement des neurones pendant la croticogénèse. Nous révélons un rôle nouveau de Rln chez l'adulte. In vitro, Rln est chémocinétique mais pas chémoattractante. In vivo, Rln induit le détachement et la dispersion des CSNP de la zone sousventriculaire (SVZ) hors du courant rostral de migration (RMS) où elles sont sinon confinées. Rln potentialise le recrutement spontané des CSPN vers les lésions démyélinisantes où un tiers deviennent oligodendrocytaires. L'expression endogène de Rln est stimulée après lésion. Les animaux sans voie de signalisation Rln ont un recrutement réduit des CSPN vers les lésions.Ces résultats révèlent que Rln est un arbitre clef de la migration post-lésionnelle des CSPN et que permettre au CSPN de sortir du RMS est une stratégie thérapeutique prometteuse. / Neural stem/ progenitor cell (NSPC) migration in the adult brain is crucial for brain repair. Reelin (Rln) is an extracellular matrix protein regulating neuron positioning during coricogenesis. We reveal new roles of Rln in adult NSPC migration. In vitro, Rln promotes detachment, is chemokinetic but not chemoattractant. After Rln ectopic overexpression in the healthly brain, subventricular zone (SVZ) NSPC detach from the rostal migratory stream (RMS) in which they are normally restricted, and disperse in adjacent fiber tracts. Rln over-expression potentiates spontaneous cell recruitment to demyelinated lesion and one third of the NSPC recruited adopt an oligodendrocytic phenotype. Rln expression is spontaneously upregulated after lesion, and disruption of its signaling pathway results in reduced NSPC recruitment toward lesion. Our study reveals that Rln is a key player of post-lesional NSPC migration and that allowing NSPC to escape from RMS is a promising therapeutic approach

Le gène Prss56 code pour une sérine protéase impliquée dans le développement de l'oeil humain et certaines de ses pathologies. Le patron d'expression et la fonction de Prss56 dans le reste du système nerveux central sont cependant inconnus. Dans cette étude, j'utilise l'allèle murin Prss56Cre, comportant l'insertion de la recombinase Cre au sein du locus, pour établir le patron d'expression de ce gène et tracer le devenir des cellules exprimant Prss56. Je montre que Prss56 est spécifiquement exprimé dans trois niches neurogéniques : le gyrus dentelé (GD), la zone sous-ventriculaire (SVZ) et la zone ventriculaire de l'hypothalamus (ZVH). Dans le GD embryonnaire, Prss56 est exprimé par une sous-population de glie radiaire. La migration et la différenciation des cellules tracées récapitulent les étapes successives de la neurogenèse du GD et l'établissement d'une sous-population de cellules souches neurales adultes (CSNa). Dans la SVZ, Prss56 est exprimé après la naissance dans une sous-population de CSNa principalement localisée dans la partie médio-ventrale du mur latéral. Cette sous-population génère préférentiellement des cellules granulaires profondes et des cellules périglomérulaires Calbindin-positives du bulbe olfactif. Enfin, Prss56 est exprimé par une sous-population de tanycytes alpha-2, les potentielles cellules souches de la ZVH adulte. Je montre que certains tanycytes tracés déplacent leur soma vers le parenchyme et pourraient être à l'origine d'un nouveau type cellulaire de ce territoire. A travers ces diverses observations, ce travail établit que la lignée Prss56Cre constitue un outil idéal pour l'étude de nombreux aspects de la neurogenèse adulte. / The Prss56 gene encodes a serine protease involved in eye pathologies and development in humans. Prss56 expression pattern and function in the rest of the central nervous system were however unknown. Here, I used a knock-in allele in the mouse, Prss56Cre, carrying a Cre recombinase insertion in the locus, to establish the pattern of expression of the gene and to trace the derivatives of Prss56-expressing cells. I found that, in the adult mouse, Prss56 is specifically expressed in three neurogenic niches: the dentate gyrus (DG), the subventricular zone (SVZ) and the hypothalamus ventricular zone (HVZ). In the prospective DG, Prss56 is expressed during embryogenesis in a subpopulation of radial glia. Consistently, the pattern of migration and differentiation of traced cells during development recapitulates the successive steps of DG neurogenesis, including the formation of a subpopulation of adult neural stem cells (aNSC). In the SVZ, Prss56 is expressed after birth in a subpopulation of aNSC mainly localized in the medial-ventral region of the lateral wall. This subpopulation preferentially gives rise to deep granule and calbindin-positive periglomerular cells in the olfactory bulb. Finally, Prss56 is also expressed in a subpopulation of alpha2-tanycytes, potential aNSC of the adult HVZ. My observations reveal that some traced tanycytes translocate their soma into the parenchyma and might give rise to a novel cell type in this territory. In conclusion, this study establishes the Prss56Cre line as a novel and efficient tool to study various aspects of adult neurogenesis in the mouse.

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.

L'hypoxie périnatale entraîne une dégénérescence et un délai de maturation des oligodendrocytes et des neurones corticaux du cortex cerebral. Mon projet de thèse a d'abord consisté à étudier la contribution des cellules souche neurales de la zone sous-ventriculaire dorsale (dSVZ) à la tentative de régénération spontanée observée après la lésion. Dans un second temps, j'ai étudié la capacité de ces cellules souches à être manipulée en utilisant une approche pharmacologique.Mes résultats mettent en évidence une réponse spontanée et dynamique de la dSVZ qui produit des neurones et des oligodendrocytes corticaux en réponse à l'hypoxie. L'administration par voie intranasale d'un inhibiteur de Gsk3b, qui active la voie Wnt/b-caténine, petite molécule identifiée à l'aide d'une étude bio-informatique comme « dorsalisante », juste après la période d'hypoxie, potentialise cette réponse spontanée. En effet, mes résultats montrent que certains neurones corticaux issus de la dSVZ survivent avec le traitement alors qu'aucun ne semblent persister après 1 mois suivant l'hypoxie. De plus, le traitement accélère la maturation des oligodendrocytes corticaux et augmentent leur production et intégration à long terme. Enfin, le traitement a un effet à long terme sur les cellules souches de la dSVZ en augmentant la proportion de ces cellules qui sont actives. Pour conclure, la dSVZ participe à la récupération corticale spontanée qui suit l'hypoxie périnatale et cette réponse peut être potentialisée par l'administration d'une petite molécule identifiée par notre analyse bio-informatique, un inhibiteur de GSK3b / Perinatal hypoxia leads to degeneration and delayed maturation of oligodendrocytes and cortical glutamatergic neurons. My PhD project consists in assessing the contribution of neural stem cells (NSCs) of the dorsal subventricular zone (dSVZ, i.e. the largest germinal zone of the postnatal brain) to the spontaneous regenerative attempt observed following such injury as well as its amenability to pharmacological manipulation.The results I have obtained highlight a dynamic and lineage-specific response of NSCs of the dSVZ to hypoxia that results in de novo oligodendrogenesis and cortical neurogenesis. Newborn cortical neurons express appropriate cortical layer markers, supporting their appropriate specification. A pharmacogenomics analysis allowed us to identify small molecules boosting specificly dSVZ NSCs. Pharmacological activation of Wnt/ß-catenin signalling by intranasal GSK3ß inhibitor administration during the recovery period following hypoxia indeed potentiates dorsal SVZ participation to post-hypoxia repair. Gsk3b inhibitor CHIR99021 seems to promote survival of cortical neurons from the dSVZ produced in response to hypoxia. More interestingly, CHIR99021 promotes oligodendrocyte maturation and long term integration in the cortex as well as a long term increased activity of dSVZ NSCs.Altogether, my results highlighted a dynamic and lineage-specific response of dorsal NSCs cells to hypoxia and identify the early postnatal dorsal SVZ as a malleable source of stem cells for cortical repair following trauma that occur early in life. CHIR99021 (a Gsk3b inhibitor) intranasal administration promotes this cortical cellular repair with a long term activation of dSVZ NSCs which increased their production of oligodendrocytes migrating to the cortex and a short term improvement of their maturation, and might allow the integration of cortical neurons they produce

Les lésions cérébrales induisent une mort neuronale associée à des déficits fonctionnels importants. Afin de pallier aux capacités limitées de régénération spontanée des neurones du système nerveux central adulte, nous avons évalué, dans un modèle de lésion par aspiration du cortex moteur chez la souris adulte, le potentiel de stratégies de remplacement cellulaire par la transplantation de neurones embryonnaires ou dérivés de cellules souches, et la mobilisation des cellules souches endogènes présentes dans la zone sous-ventriculaire (ZSV). L'efficacité des neurones greffés dépend de leur capacité à adopter un phénotype neuronal approprié et à établir des projections spécifiques vers l'hôte. Nous avons montré que les cellules embryonnaires transplantées immédiatement après la lésion dans le cortex moteur lésé se différencient en neurones matures corticaux et envoient des projections appropriées vers les cibles du cortex moteur. Nous avons montré qu'introduire un délai d'une semaine entre la lésion du cortex moteur et la transplantation augmente la vascularisation et la prolifération des cellules transplantées, ainsi que la densité des projections qu'elles développent. Par ailleurs, nous avons étudié la possibilité de générer des neurones corticaux à partir de cellules souches humaines comme source alternative de neurones à transplanter. Enfin, nous avons montré que la lésion du cortex moteur induit une augmentation de la prolifération cellulaire et de la neurogenèse dans la ZSV, et favorise la migration des neuroblastes de la ZSV vers le site de lésion. / Damage to the adult motor cortex can lead to severe deficits in motor function. One strategy for overcoming the generally limited capacity of the mature central nervous system to regenerate axons in response to cell loss is cell replacement based therapies. We studied brain repair strategies in a mouse model of motor cortex aspiration lesion by using transplantation of embryonic neurons or stem cells-derived neurons and by evaluating the potential of endogenous stem cells found in the subventricular zone. Neuronal transplantation efficacy depends on the capacity of the transplanted cells to developp into appropriate neuronal phenotype and establishment of specific connections. We have shown that embryonic cells grafted immediately after lesion into the lesioned motor cortex develop into mature neurons with appropriate phenotype and establish projections towards appropriate targets. We have shown that introducing a delay of one week between motor cortex lesion and transplantation enhances graft vascularization, grafted cells proliferation and the density of transplant-to-host projections. Besides, we have studied the possibility to generate cortical neurons from human stem cells as an alternative source of neurons for transplantation. Finally, recruitment of endogenous stem cells found in the SVZ was examined in a mouse model of cortical lesion. We have shown that motor cortex injury increases cellular proliferation and neurogenesis in the SVZ and the migration of neuroblasts near the lesion site via blood vessels and astrocytes assisted migration.

La production de nouveaux neurones, un processus appelé neurogenèse, persiste à l’âge adulte et est assurée par les cellules souches neurales (CSN) au sein de niches spécialisées telle que la zone sous-ventriculaire (ZSV). Cependant, la neurogenèse adulte diminue à la suite de diverses atteintes cérébrales et au cours du vieillissement, provoquant des déclins cognitifs pour l’heure irréversibles. A l’aide d’une méthode de cytométrie en flux développée au laboratoire, nous avons montré que le déclin progressif de la neurogenèse de la ZSV au cours du vieillissement est lié, non pas à une diminution du nombre des CSN, mais à une forte réduction de leur prolifération due, notamment, à l’allongement spécifique de la phase G1 médiée par l’augmentation du TGFβ1. Par ailleurs, nous avons isolé les CSN quiescentes et les CSN en prolifération afin de caractériser leurs propriétés cellulaires et établir leur profil d'expression génique. L’analyse comparative de ces deux populations de CSN a révélé plusieurs niveaux de régulation de la balance entre quiescence et prolifération, telles que l’intégration de signaux en provenance du microenvironnement et l’existence de programmes de transcription distincts. L’ensemble de ces résultats ouvrent des perspectives pour l’utilisation des CSN quiescentes endogènes comme cibles thérapeutiques au cours du vieillissement ou pour régénérer les tissus cérébraux lésés. / The production of new neurons, a process called neurogenesis, persists during adulthood and is ensured by neural stem cells (NSCs) that are located in specialized niches in the mammalian brain such as the subventricular zone (SVZ). However, adult neurogenesis declines dramatically following brain damage and during aging leading to irreversible cognitive deficits. Using a flow cytometry-based cell sorting strategy, we show that the progressive age-related decline in SVZ neurogenesis is not caused by a loss of NSCs but rather by a proliferation deficit of NSCs with the lengthening of their G1 phase due to increased levels of TGFβ1. We then sorted quiescent and proliferative NSCs to characterize their functional properties and define their gene expression profiles. Comparative analysis of the two populations of NSCs reveals that the balance between quiescence and proliferation is regulated at multiple levels with the integration of external signals from the microenvironment and distinct transcriptional programs. Taken together, our results open new vistas into the potential use of endogenous quiescent NSCs as therapeutic targets to increase neurogenesis in the aged brain and to participate to the regeneration of damaged brain tissue.

Lors du développement, la coordination d’évènements moléculaires et cellulaires mène à la production du cortex qui orchestre les fonctions sensori-motrices et cognitives. Son développement s’effectue par étapes : les cellules gliales radiaires (RGs) – les cellules souches neurales (NSCs) du cerveau en développement – et les cellules progénitrices de la zone ventriculaire (VZ) et de la zone sous ventriculaire (SVZ) génèrent séquentiellement des vagues distinctes de nouveaux neurones qui formeront les différentes couches corticales. Autour de la naissance, les RGs changent de devenir et produisent des cellules gliales. Cependant, une fraction persiste tout au long de la vie dans la SVZ qui borde le ventricule, perdant au passage leur morphologie radiale. Ces NSCs produisent ensuite les différents sous types d’interneurones du bulbe olfactif ainsi que des cellules gliales en fonction de leur origine spatiale dans la SVZ. Ces observations soulèvent d’importantes questions non résolues sur 1) le codage transcriptionnel régulant la régionalisation de la SVZ, 2) le potentiel des NSCs postnatales dans la réparation cérébrale, et 3) le lignage et les spécificités transcriptionnelles entre les NSCs et leur descendants. Mon travail de doctorat repose sur une étude transcriptionnelle des domaines de la SVZ postnatale. Celle-ci soulignait le fort degré d’hétérogénéité des NSCs et progéniteurs et identifiait des régulateurs transcriptionnels clés soutenant la régionalisation. J’ai développé des approches bio-informatiques pour explorer ces données et connecter l’expression de facteurs de transcription (TFs) avec la genèse régionale de lignages neuraux distincts. J’ai ensuite développé un modèle d’ablation ciblée pour étudier le potentiel régénératif des progéniteurs postnataux dans divers contextes. Finalement, j’ai participé au développement d’une procédure pour explorer et comparer des progéniteurs pré et postnataux à l’échelle de la cellule unique. Objectif 1 : Des expériences de transcriptomique et de cartographie ont été réalisées pour étudier la relation entre l’expression régionale de TFs par les NSCs et l’acquisition de leur devenir. Nos résultats suggèrent un engagement précoce des NSCs à produire des types cellulaires définis selon leur localisation spatiale dans la SVZ et identifient HOPX comme un marqueur d’une sous population biaisé à générer des astrocytes. Objectif 2 : J’ai mis au point un modèle de lésion corticale qui permet l’ablation ciblée de neurones de couches corticales définies pour étudier la capacité régénérative et la spécification appropriée des progéniteurs postnataux. Une analyse quantitative des régions adjacentes, incluant la région dorsale de la SVZ, a révélé une réponse transitoire de progéniteurs définis. Objectif 3 : Nous avons développé la lignée de souris transgénique Neurog2CreERT2Ai14, qui permet le marquage de cohortes de progéniteurs glutamatergiques et de leurs descendants. Nous avons montré qu’une large fraction de ces progéniteurs persiste dans le cerveau postnatal après la fermeture de neurogénèse corticale. Ils ne s’accumulent pas pendant le développement embryonnaire mais sont produits par des RGs qui persistent après la naissance dans la SVZ et qui continuent de générer des neurones corticaux, bien que l’efficacité soit faible. Le séquençage d’ARN sur cellule unique a révélé une dérégulation transcriptionnelle qui corrèle avec le déclin progressif observé in vivo de la neurogénèse corticale. Ensemble, ces résultats soulignent le potentiel des études transcriptomiques à résoudre mais aussi à soulever des questions fondamentales comme les changements trancriptionnels intervenant dans une population de progéniteurs au cours du temps et participant aux changements de leur destinée. Cette connaissance sera la clé du développement d’approches novatrices pour recruter et promouvoir la génération de types cellulaires spécifiques, incluant les sous-types neuronaux dans un contexte pathologique. / During development, a remarkable coordination of molecular and cellular events leads to the generation of the cortex, which orchestrates most sensorimotor and cognitive functions. Cortex development occurs in a stepwise manner: radial glia cells (RGs) - the neural stem cells (NSCs) of the developing brain - and progenitor cells from the ventricular zone (VZ) and the subventricular zone (SVZ) sequentially give rise to distinct waves of nascent neurons that form cortical layers in an inside-out manner. Around birth, RGs switch fate to produce glial cells. A fraction of neurogenic RGs that lose their radial morphology however persists throughout postnatal life in the subventricular zone that lines the lateral ventricles. These NSCs give rise to different subtypes of olfactory bulb interneurons and glial cells, according to their spatial origin and location within the postnatal SVZ. These observations raise important unresolved questions on 1) the transcriptional coding of postnatal SVZ regionalization, 2) the potential of postnatal NSCs for cellular regeneration and forebrain repair, and 3) the lineage relationship and transcriptional specificities of postnatal NSCs and of their progenies. My PhD work built upon a previously published comparative transcriptional study of defined microdomains of the postnatal SVZ. This study highlighted a high degree of transcriptional heterogeneity within NSCs and progenitors and revealed transcriptional regulators as major hallmarks sustaining postnatal SVZ regionalization. I developed bioinformatics approaches to explore these datasets further and relate expression of defined transcription factors (TFs) to the regional generation of distinct neural lineages. I then developed a model of targeted ablation that can be used to investigate the regenerative potential of postnatal progenitors in various contexts. Finally, I participated to the development of a pipeline for exploring and comparing select populations of pre- and postnatal progenitors at the single cell level. Objective 1: Transcriptomic as well as fate mapping were used to investigate the relationship between regional expression of TFs by NSCs and their acquisition of distinct neural lineage fates. Our results supported an early priming of NSCs to produce defined cell types depending of their spatial location in the SVZ and identified HOPX as a marker of a subpopulation biased to generate astrocytes. Objective 2: I established a cortical lesion model, which allowed the targeted ablation of neurons of defined cortical layers to investigate the regenerative capacity and appropriate specification of postnatal cortical progenitors. Quantitative assessment of surrounding brain regions, including the dorsal SVZ, revealed a transient response of defined progenitor populations. Objective 3: We developed a transgenic mouse line, i.e. Neurog2CreERT2Ai14, which allowed the conditional labeling of birth-dated cohorts of glutamatergic progenitors and their progeny. We used fate-mapping approaches to show that a large fraction of Glu progenitors persist in the postnatal forebrain after closure of the cortical neurogenesis period. Postnatal Glu progenitors do not accumulate during embryonal development but are produced by embryonal RGs that persist after birth in the dorsal SVZ and continue to give rise to cortical neurons, although with low efficiency. Single-cell RNA sequencing revealed a dysregulation of transcriptional programs, which correlates with the gradual decline in cortical neurogenesis observed in vivo. Altogether, these data highlight the potential of transcriptomic studies to unravel but also to approach fundamental questions such as transcriptional changes occurring in a population of progenitors over time and participating to changes in their fate potential. This knowledge will be key in developing innovative approaches to recruit and promote the generation of selected cell types, including neuronal subtypes in pathologies.

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Une activité germinale persiste après la naissance dans des niches spécialisées du cerveau des mammifères, à savoir le gyrus denté de l'hippocampe et la zone sous-ventriculaire (SVZ) bordant le ventricule latéral. Les cellules souches neurales (NSC) de la SVZ postnatale se différencient en progéniteurs transitoires qui vont générer des neuroblastes migrant à travers la voie de migration rostrale vers le bulbe olfactif, où ils se différencient en neurones. La SVZ génère également des progéniteurs gliaux qui se dispersent dans le parenchyme voisin. Les travaux récents auxquels j'ai participé soulignent la nature hétérogène de la SVZ postnatale, composée de différents microdomaines générant des lignées neurales distinctes. Les objectifs de mon travail de thèse ont permis de : 1) développer de nouveaux moyens pour explorer l'hétérogénéité de la SVZ; et 2) d'identifier et d'étudier le rôle d'un facteur de transcription exprimé par une sous population des NSCs de la SVZ. Objectif 1: La SVZ est une région hautement complexe et irrégulière dans laquelle une forte activité germinale persiste après la naissance. Le caractère hétérogène de la SVZ est évident et des études récentes ont généré une très grande base de données de transcrits, qui sont différentiellement exprimés entre les microdomaines. Cependant, un outil approprié pour l'analyse rapide du niveau d'expression d'une protéine d'intérêt, le long des axes rostro-caudal et dorso-ventral de la SVZ est toujours manquant et nécessaire. Par conséquent, j'ai développé "FlashMap", un logiciel semi-automatique qui permet une analyse rapide des niveaux d'expression de protéines dans le SVZ, basé sur des mesures de densité optique après immunohistochimie. "FlashMap" génère des cartes thermiques facilement lisibles en deux dimensions, qui peuvent être superposées avec précision aux reconstructions tridimensionnelles du système ventriculaire pour une visualisation spatiale fine et rapide. Cette nouvelle approche accélérera la recherche sur la régionalisation de la SVZ, en permettant l'identification de marqueurs (e.g. facteurs de transcription) exprimés dans des régions discrètes de la SVZ. Objectif 2: J'ai utilisé des approches de transcriptomique et de « fate mapping » des NSCs pour étudier la relation entre l'expression régionale de facteurs de transcription et leur différenciation dans des lignées neurales distinctes. Mes résultats supportent un amorçage précoce des NSCs à produire différents types cellulaires en fonction de leur localisation spatiale dans la SVZ. Nos données identifient Hopx comme un marqueur d'une sous population de NSCs qui génère principalement des astrocytes. De façon intéressante, la manipulation de l'expression de Hopx montre des effets mineurs sur l'astrogénèse, mais entraîne des changements marqués quant au nombre de NSCs et de leur descendance. Dans son ensemble, Mes résultats mettent en évidence à la fois une hétérogénéité spatiale des NSCs postnatales ainsi que leur amorçage précoce à produire des types cellulaires distincts / Germinal activity persists in the postnatal mammalian brain in specialized niches, namely the dentate gyrus of the hippocampus and the subventricular zone (SVZ) surrounding the lateral ventricle. Neural stem cells (NSCs) of the postnatal SVZ differentiate into transient amplifying progenitors that will generate neuroblasts migrating through the rostral migratory stream, into the olfactory bulb, where they differentiate into neurons. The SVZ additionally generates glial progenitors that invade the nearby parenchyma. Recent work to which I have participated, highlights the heterogeneous nature of the postnatal SVZ in respect to different microdomains generating distinct neural lineages. The objectives of my PhD work were twice: 1) to develop new means to explore the heterogeneity of the SVZ; and 2) to identify transcription factors expressed by subpopulations of NSCs of the SVZ and acting in their differential specification. Objective 1: The SVZ is a highly complex and irregular region of ongoing postnatal germinal activity. The heterogeneous character of the SVZ is evident and recent studies generated enormous datasets of transcripts, which are differentially expressed between divergent microdomains. However, an appropriate tool for fast analysis of the protein level along the full rostro-caudal and dorso-ventral extend of the SVZ is still missing. Therefore, I developed “FlashMap”, a semi-automatic software that allows rapid analysis of protein levels in the full SVZ, based on optical density measurements after immunohistochemistry. “FlashMap” generates easy readable heatmaps in two dimensions, which can be accurately superimposed on three-dimensional reconstructions of the ventricular system for rapid spatial visualization and analysis. This new approach will fasten research onto SVZ regionalization, by guiding the identification of markers, such as transcription factors expressed in specific SVZ microdomains. Objective 2: I used transcriptomic as well as fate mapping approaches to investigate the relation between regional expression of transcription factors by NSCs and their acquisition of distinct neural lineage fates. Our results support an early priming of NSCs to produce defined cell types depending of their spatial location in the SVZ and identify Hopx as a marker of a subpopulation biased to generate astrocytes. Interestingly, manipulation of Hopx expression showed minor effects on astrogenesis, but resulted in marked changes in the number of NSCs and of their progenies. Taken together, our results highlight transcriptional and spatial heterogeneity of postnatal NSCs, as well as their early priming toward specific lineages and suggest a role for Hopx in the evolution of SVZ germinal activity