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Les cellules de la crête neurale crânienne (CNCC) sont une population de cellules souches qui se développe dans la partie la plus antérieure de l’embryon en développement, à la frontière entre la plaque neurale et l’ectodermede surface 1. Les CNCC subissent ensuite une transition épithéliale à mésenchymateuse (EMT), se délaminent du neuroépithélium et migrent dorso-ventralement vers divers endroits de l’embryon où ils se différencient en une grande variété de types cellulaires2. L’étude de cette population cellulaire est d’un grand intérêt car elle possède une plasticité remarquable3 et la capacité unique de se différencier en dérivés ectodermiques et mésenchymateux, tels que les os cranio-faciaux et les cartilages4. Bien que les CNCC soient relativement accessibles dans l’embryon, il s’agit d’une population transitoire avec un faible nombre de cellules, ce qui rend les études mécanistes systémiques difficiles à mener in vivo. Des lignées cellulaires CNCC ont été isolées et caractérisées au cours des dernières années pour surmonter ces limitations. En particulier, la lignée cellulaire O9-1 CNCC est un excellent outil pour étudier le développement de la crête neurale migratoire et post-migratoire 5,6 ; Cependant, cette lignée cellulaire ne permet pas d’étudier les événements précoces précédant la migration conduisant à l’induction et à la spécification de la crête neurale. À cet égard, il y a eu des développements significatifs dans le développement de protocoles de différenciation in vitro pour différencier le CNCC dans une boîte via l’utilisation de structures 3D ressemblant au neuroépithélium en développement appelées neurosphères (NS)7,8- obtenues après différenciation des colonies de cellules souches embryonnaires (ESC). Ces protocoles 3D produisent de manière robuste un grand nombre de CNCC, permettant la réalisation d’études mécanistes biochimiques et génomiques 9,10. Les NS sont cultivés sur des plaques à faible fixation dans un milieu supplémenté en N2B27, avec le facteur de croissance des fibroblastes (FGF) et le facteur de croissance épidermique (EGF)10,11 pour stimuler la prolifération cellulaire. Ces protocoles sont réalisés dans des boîtes de Pétri, en cultivant de nombreux NS dans la même plaque. Au sein du NS en croissance, les cellules s’agrègent et continuent de se diviser, atteignant un diamètre de 100 à 200 μm à maturité. À maturité (vers le 5e jour), les NS se fixent au substrat et se différencient en CNCC ressemblant à leurs homologues in vivo 9,12. Ces CNCC subissent ensuite une EMT et se délaminent sur la surface de la plaque. Des différences morphologiques peuvent être observées en fonction de la taille des NS, car les sphères plus grandes apparaîtront plus foncées dans le noyau en raison d’une plus faible disponibilité des nutriments et de l’oxygène, conduisant les cellules à subir l’apoptose13. Bien que ce type de procédure génère un grand nombre de CNCC au point final de différenciation, il présente plusieurs limites, rendant l’étude des différentes dynamiques moléculaires se produisant au cours du processus de différenciation presque impossible. Tout d’abord, l’utilisation de colonies ESC - dont la taille varie - rend difficile le contrôle du nombre de cellules de départ pour chaque expérience. Cela se traduit par la génération de NS de différentes formes et diamètres qui se développent différemment en activant des voies de signalisation spécifiques, conduisant à une différenciation cellulaire altérée et, par conséquent, ne formant pas un échantillon uniforme à un point temporel donné. Deuxièmement, la culture de plusieurs NS dans la même plaque les amène souvent à fusionner14 et à libérer potentiellement des molécules de signalisation qui influencent le microenvironnement de leurs voisins et, par conséquent, leur développement. Dans l’ensemble, ces procédures génèrent une grande variabilité entre les échantillons et les expériences.
Ici, nous présentons une stratégie pour surmonter ces difficultés qui génèrent une seule NS - capable de produire de la CNCC - en agrégeant des ESC de souris (mESC) dans des plaques à 96 puits à fond en U non traitées par TC. Partir de mESC permet d’étudier le processus de spécification et les premières étapes du développement du CNCC par rapport au démarrage de lignées cellulaires de crête neurale déjà établies. Ce protocole commence par la désagrégation des colonies de CSEm pour obtenir une suspension cellulaire unique, suivie de l’ensemencement d’un nombre spécifique de CSEm dans chaque puits d’une plaque de 96 puits à fond en U non traitée par TC. On laisse les cellules s’agréger pendant deux jours, puis on les déplace vers une plaque à fond plat à 96 puits non traitée par TC, dans laquelle NS pourra se fixer au fond de la plaque. En contrôlant le nombre de cellules de départ et le microenvironnement de chaque NS pendant le processus de différenciation, ce protocole réduit la variabilité de l’échantillon, ce qui augmente la reproductibilité expérimentale. Nous pensons qu’il s’agira d’une plate-forme pratique pour concevoir des expériences multiplexées, telles que tester l’effet de différentes conditions de culture ou effectuer des criblages de perturbation génétique.