Les auteurs n'ont rien à déclarer.

neurogenèse corticale: passage de progrès dans le laboratoire pour des thérapies cellulaires

Cortical Neurogenesis: Transitioning from Advances in the Laboratory to Cell-Based Therapies

Neurogenèse corticale: Passage de progrès dans le laboratoire pour des thérapies cellulaires

Je m'appelle Arnold Krickstein. Je suis le directeur de l'Institut de médecine régénérative de l'UCSF, et mon domaine d'intérêt est la neurobiologie du développement. Plus précisément, nous nous intéressons beaucoup aux premiers stades du développement cortical, et nous étudions les cellules souches et progénitrices neuronales ainsi que la manière dont elles génèrent des neurones, la migration de ces neurones et le début de la formation de circuits dans le cerveau en développement, en particulier dans le cortex.Eh bien, l'avènement de l'électroporation in utero, je pense, a été l'une de ces technologies transformatrices introduites par SDO et ses collègues en ce qui concerne l'étude des premiers stades du développement cérébral, car cela permet de réaliser des expériences de type gain ou perte de fonction pour une grande variété de gènes. Et de le faire relativement simplement en introduisant directement ces gènes dans les cellules souches neuronales et progénitrices qui produisent des neurones durant le développement cortical précoce. La technique consiste essentiellement à injecter de l'ADN sous forme de plasmide dans les ventricules cérébraux d'un animal à un stade embryonnaire, puis à appliquer un courant électrique bref qui pousse ces plasmides à l'intérieur des cellules tapissant les ventricules, à savoir les cellules de type épithélium neuroépithélial radial, qui produisent ensuite des neurones et, en fin de compte, des cellules gliales.Cela peut inclure l'utilisation de petits ARN interférents capables de réguler à la baisse ou d'inhiber l'expression de gènes spécifiques, ou encore de surexprimer directement certains produits géniques. Ces deux types d'expériences examinent des effets complémentaires sur le cerveau en développement. Les molécules cibles peuvent concerner presque tout ce qui est impliqué dans les premiers stades du développement cérébral ou même des stades ultérieurs liés au développement ou à la maturation synaptique.L'avènement de cette technique a déjà eu un effet majeur sur les études du cerveau en développement et promet d'avoir un impact encore plus important dans un avenir proche. Les cellules qui tapissent le ventricule et qui donnent finalement naissance à toutes les neurones ainsi qu'aux cellules gliales du cerveau proviennent initialement de cellules neuroépithéliales. Mais vers le moment où les neurones commencent à se développer, elles se transforment ou commencent à se transformer en un type de cellule gliale appelé cellule gliale radiaire.Ils établissent des contacts spécialisés avec les vaisseaux sanguins et orientent la migration des jeunes neurones. Vers cette période, ils commencent à effectuer un ensemble intéressant de différents types de divisions. Ils réalisent un type de division symétrique des progéniteurs, produisant davantage de copies d'eux-mêmes, c'est-à-dire deux cellules gliales radiaires à chaque division.Ils effectuent également des divisions neurogéniques asymétriques au cours desquelles ils se divisent, s'auto-renouvellent et génèrent à chaque cycle cellulaire une cellule fille qui devient un neurone. Mais il s'avère également qu'ils réalisent un troisième type de division très intéressant, qui est asymétrique en ce sens que les cellules filles sont différentes : l'une est une cellule gliale radiaire auto-renouvelée, tandis que l'autre devient un type différent de cellule progénitrice.Nous l'appelons un précurseur intermédiaire qui migre loin du ventricule, puis se divise généralement dans une zone proliférative différente appelée la zone sous-ventriculaire. La méthode d'électroporation in utero constitue un moyen pratique d'introduire ces ADN d'extinction ou de surexpression dans les cellules gliales radiaires au cours des stades où elles effectuent ces différents types de divisions. Nous avons également utilisé un rétrovirus exprimant la protéine fluorescente verte comme marqueur de lignage, une méthode consistant à injecter ce marqueur rétroviral dans les ventricules à ces mêmes âges, puis nous pouvons suivre le destin de ces cellules individuellement marquées lorsqu'elles se divisent et génèrent des clones de cellules filles.Et grâce à l'imagerie temporelle que nous réalisons sur des cultures de tranches, nous pouvons suivre ou tracer les destinées finales de ces cellules au fur et à mesure qu'elles migrent vers le cortex. Bien qu'il ait longtemps été admis que la zone ventriculaire constituait la source principale de neurogenèse dans le cerveau en développement, la zone sous-ventriculaire est devenue, du moins chez l'embryon, de plus en plus reconnue comme une source importante de neurogenèse. Ce que nous avons découvert, c'est que dans la zone sous-ventriculaire, les progéniteurs intermédiaires, qui proviennent eux-mêmes des cellules radiales gliales de la zone ventriculaire, migrent vers cet endroit et s'y divisent de manière symétrique, soit en produisant davantage de progéniteurs intermédiaires renouvelés par auto-réplication, soit lors d'une division terminale symétrique générant des paires de neurones qui migrent ensuite vers le cortex.Ainsi, la zone sous-ventriculaire s'avère être une zone très importante et intéressante de neurogenèse dans le cerveau embryonnaire ou en développement. En outre, ces cellules progénitrices intermédiaires, lorsqu'elles résident dans cette zone sous-ventriculaire, deviennent des cellules multipolaires et semblent avoir la capacité de se déplacer de manière tangentielle au sein de cette zone. Cela pourrait expliquer la dispersion des clones cellulaires observée dans des études antérieures, par exemple par Walsh et S Cepco il y a quelque temps dans le cortex en développement, utilisant également des rétrovirus pour marquer le destin de ces cellules.Eh bien, par exemple, il existe un certain nombre de gènes intéressants qui sont impliqués, comme il s'avère, soit dans la neurogenèse, soit dans la migration neuronale. Dans notre laboratoire, nous avons étudié les protéines des jonctions gap, les connexions qui sous-tendent la formation des canaux de jonction gap bien connus. Mais de manière intéressante, nous avons découvert que les cellules qui migrent le long des ggl radiales utilisent en réalité ces jonctions gap non pas comme des canaux de communication, mais comme des molécules d'adhésion permettant physiquement aux neurones et aux cellules migratrices de s'adhérer aux fibres radiales.Et ces études ont en réalité été réalisées à l'aide de siARN qui ont réduit l'expression de connexions spécifiques. Par exemple, la connexion 43, qui est très fortement exprimée par les radio ggl ainsi que par leurs neurones descendants et leurs cellules progénitrices intermédiaires. Un grand nombre des cellules souches dites adultes provenant du cerveau fœtal sont en réalité probablement des radio qui peuvent être amplifiées en culture lorsqu'elles sont traitées avec les facteurs de croissance appropriés, comme le BFGF par exemple.Mais outre ces cellules gliales radiales, les progéniteurs intermédiaires pourraient s'avérer être une cible très intéressante pour la recherche sur les cellules souches, car nous pensons qu'ils produisent en réalité des neurones d'un type cellulaire très restreint. Ainsi, si une stratégie vise, par exemple, à créer un grand nombre de cellules neuronales d'un type très spécifique, l'identification et l'isolement des cellules progénitrices intermédiaires responsables de la génération de ce type cellulaire particulier constitueraient probablement une approche bien meilleure que, par exemple, la production d'un nombre accru de cellules gliales radiales, qui pourraient donner naissance à une grande variété de types cellulaires différents. En effet, dans des études réalisées in vitro, lorsqu'on amplifie des lignées de cellules souches embryonnaires puis qu'on génère des neurones individuels à partir de ces sources de cellules souches embryonnaires, il semble que la plupart de ces lignées traversent une étape, qui pourrait même être obligatoire, ressemblant à un épithélium ou à une cellule gliale radiaire, avant de produire effectivement des neurones.Par exemple, les protocoles utilisés par Austin Smith pour générer des neurones ou des cellules souches neuronales ressemblent fortement aux cellules radiales gliales. Elles subissent une migration nucléaire cinétique, expriment des facteurs de transcription et des marqueurs propres aux cellules radiales gliales, et produisent des neurones et des astrocytes de manière très similaire à celle des cellules radiales gliales.De même, Loren Ser et d'autres chercheurs ont utilisé des cellules souches embryonnaires humaines et ont constaté qu'elles forment des rosaces, s'assemblant spontanément en une structure de type neuroépithélial in vitro, avant même la génération de neurones. Là encore, ces rosaces sont composées de cellules qui ressemblent fortement aux cellules radiales gliales. Ainsi, l'idée selon laquelle ces cellules radiales gliales constituent un type de cellule souche neuronale me semble étayée par ce genre de preuves in vitro.Ainsi, avant le début de la neurogenèse, un balayage régional est déjà établi dans toute la zone ventriculaire, dans tous les ventricules et, en réalité, sur toute la longueur de la moelle épinière. Ces gènes de balayage, exprimés dans des régions particulières, restreignent probablement déjà les destinées des cellules filles produites sur place. Par exemple, si l'on souhaite générer des cellules paramétales excitatrices, les cellules gliales radiaires corticales dorsales produisent ce type cellulaire ; si l'on souhaite produire des interneurones, il faudrait alors utiliser les cellules de l'éminence ganglionnaire qui donnent naissance à ces interneurones, ou aux oligodendrocytes, et ainsi de suite.Ainsi, si votre stratégie en recherche sur les cellules souches, en ce qui concerne le traitement d'une maladie, consiste à produire de grands nombres de cellules d'un type particulier, comme un certain type de cellule interneuronale ou un certain type de cellule de projection excitatoire, alors les études du développement, qui commencent à révéler les différences entre la neurogenèse et ces différentes régions cérébrales distinctes, fourniront probablement des indices qui pourront être utilisés ultérieurement afin d'élaborer des stratégies permettant d'obtenir des neurones d'un type cellulaire spécifique, par exemple pour des thérapies cellulaires de remplacement. Le terme de régénération ou de médecine régénérative évoque en réalité la capacité de régénérer des organes. Et je pense que la plupart du grand public perçoit les cellules souches comme une méthode permettant de remplacer des cellules et des tissus lésés.Mais en réalité, je pense que les premiers traitements susceptibles de découler de la recherche sur les cellules souches impliqueront l'utilisation des cellules souches de manière différente, peut-être plus créative. Par exemple, l'exploitation de la recherche sur les cellules souches en laboratoire pour tester des médicaments grâce à des méthodes à haut débit modélisant des maladies en utilisant des cellules humaines plutôt que, par exemple, des cellules de souris en laboratoire. En ce qui concerne les thérapies cellulaires, je pense qu'elles seront largement, en fait, je pense qu'elles sont déjà en train d'être utilisées comme vecteur de délivrance, en tirant parti, par exemple, de la capacité de certaines cellules souches à migrer vers des zones lésées ou malades afin d'acheminer une charge utile, qu'il s'agisse d'un gène, d'un produit génique ou d'une enzyme manquante, entre autres.L'application qui ne nécessite pas l'intégration des cellules dans des structures organiques préexistantes me semble être une cible plus accessible. Et il se peut que certains des premiers exemples de thérapies cellulaires reposent sur cette approche plutôt que sur le remplacement réel de cellules. Or, les restrictions fédérales actuelles concernant l'utilisation de fonds des NIH pour toute autre lignée de cellules souches embryonnaires humaines qu'un petit nombre autorisé ont réellement eu un effet dissuasif sur le domaine.Cela a écarté certains jeunes chercheurs du domaine et a empêché d'autres d'explorer réellement l'utilité potentielle de ces cellules souches embryonnaires en laboratoire. Des tentatives ont été faites pour assouplir ces restrictions. Comme la plupart de vos téléspectateurs le savent probablement, le président a opposé son veto à un projet de loi et, euh, désolé, il s'apprête à en rejeter un autre.Nous espérons que ces politiques évolueront et qu'il deviendra possible d'utiliser les financements des NIH pour étudier un large éventail de lignées de cellules souches nouvellement développées, dont beaucoup présentent des avantages par rapport aux lignées initiales créées avant 2001. Mais même si cette interdiction de financement était levée, cela n'entraînerait probablement pas, du moins immédiatement, une augmentation des fonds alloués à ce type de recherche. Et puisque ce projet de loi, par exemple celui proposé au Congrès, n'est pas un projet de loi de financement ou d'appropriation, son impact consisterait principalement à faciliter pour des chercheurs comme nous l'intégration de travaux utilisant des lignées dites approuvées et non approuvées dans un même espace de recherche, dans un même laboratoire, en utilisant le même équipement ou en partageant certaines ressources communes.Tout cela constituerait une amélioration majeure, mais il est peu probable que cela entraîne un afflux important de soutien concret, sous la forme de financements destinés à ce type d'activités. À cet égard, je pense que nous devrons encore compter sur des sources privées, y compris le financement public, qui, ici en Californie, représente un véritable atout pour les chercheurs dans le domaine des cellules souches, au-delà même de la Californie. D'autres États, comme New York, le Connecticut et le Massachusetts, emboîtent également le pas et financeront bientôt leurs propres initiatives étatiques en faveur de la recherche sur les cellules souches.Et je pense que cela constituera un moteur important pour stimuler la recherche dans ce domaine pour pratiquement tout l'avenir prévisible, indépendamment du fait que la politique des NIH change prochainement ou non.

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