Neurogénèse dans le gyrus dentelé (hippocampe)
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Neurogénèse dans le gyrus dentelé (hippocampe) 9,000 nouvelles cellules chaque jour, soit 250,000 par mois Chez l’humain Effet de l’exercice et de l’environnement sur la neurogénèse hippocampique Nat Neurosci. 1999 Mar;2(3):266-70. Nature. 1997 Apr 3;386(6624):493-5. course Environnement enrichi Régulation de la neurogénèse hippocampique Exercice Environnement stimulant DHEA Facteurs de croissance (FGF, VEGF Antidepresseur (inhibiteur recapture serotonine) Viagra Régime (nourriture un jour sur 2) Stress (cortisol) Dépression Alcool Cannabis La neurogénèse hippocampique pourrait avoir un rôle dans la mémorisation Exemple: conditionnement chez le rat Conditionnement son puis léger attouchement de la paupière Au bout d’un moment, l’animal ferme l’œil lorsqu’il entend le son Réduction de la neurogénèse par injection d’un anti mitotique Diminution de 80% du conditionnement L’animal ne ferme plus l’œil lors du son Effet des radiations La diminution de la neurogénèse est associé à une baisse des performances de mémoire spatiale Variation de la taille de l’hippocampe chez les chauffeurs de taxi Londonien Hemisphere gauche Hemisphere droit Augmentation de la taille de la partie postérieure de l’hippocampe chez les chauffeurs Neurogénèse et pathologies Neurogénèse et dépression •Atrophie préfrontale et hippocampique souvent observée dans la dépression Antidépresseurs • mode d’action: augmentation de la concentration de sérotonine (5HT) et/ou noradrelanine. • Effets cliniques observés seulement après 3-4 semaines. Différences avec anxiolitiques Les antidépresseurs augmentent la neurogénèse 11 et 28 jours après le traitement 70% (Prozac) 15% L’irradiation provoque une baisse de la neurogénèse dans l’hippocampe hippocampe Non irradié irradié hippocampe Temps de latence dans le test (plus il est petit moins l’animal est déprimé) l’antidépresseur diminue le temps de latence, Témoin non irradié Plus d’effet de l’antidépresseur sur le test comportemental après irradiation Animal irradié dans l’hippocampe V= pas d’antipresseur, F= prozac, I= Imipramine Neurogénèse dans la zone sous ventriculaire chez les rongeurs Altman J, Das GD. Autoradiographic and histological evidence of postnatal hippocampal neurogenesis in rats. J Comp Neurol. 1965 Jun;124(3):319-35. (Incorporation Thymidine 3H rat adulte) 1990: Production d’interneurones dans le bulbe olfactif à partir de la zone sous ventriculaire (« moelle nerveuse ») Periglomerular neuron Stem cell Granule neuron Neuronal Astrocyte progenitors Rostral Migratory Stream Rôle de la neurogénèse dans la zone sous-ventriculaire chez les rongeurs: Implication dans la mémoire olfactive Des souris placées dans un environnement enrichi ont plus de jeunes neurones dans le bulbe olfactif Jeunes neurones standard enrichi Les performances de la mémoire olfactive sont 4 fois meilleures chez la souris élevées dans un environnement riche Temps en min Plus de mémoire Niches et Identité de la cellule souche neurale adulte: Présence de cellules souches en dehors des régions neurogéniques Certaines cellules A2B5+ dans la subtance blanche sous corticale humaine, ou des cellules NG2+ en dehors des régions neurogéniques chez la souris se comportent in vitro comme des cellules souches Cellules A2B5+ Cellules NG2+ Belachew, J Cell Biol, 2003 Nunes MC et al, 2003 Neurogénèse dans le néocortex des primates ??? Gould, et. al., Science. 1999 Macaque adulte BrdU Neurones Brdu+ dans cortex prefrontal, inferior temporal and posterior parietal (aires associatives impliquées dans le comportement) Migration possible de cellules de la zone sous ventriculaire vers le cortex Régénération du système nerveux après lésion Régénération de la tête chez les planaires Régénération chez les salamandres Remplacement neuronal par des cellules souches neurales endogènes (Arvidsson, Nature Medecine, 2002) MCAO:middle cerebral artery occlusion, dégénération massive neurones du striatum et du cortex parietal Injection de BrdU Formation de jeunes neurones après lésion Nombre de Neurones Brdu+ NeuN BrdU controle lésé Migration de jeunes neurones de la zone sous ventriculaire vers les régions lésées Marquages doublecortine (jeunes neurones) controle lésé Les neurones néoformés expriment des marqueurs de neurones striataux: Meis2 et DARPP32 Mais …. entre 2 et 5 semaines, ces jeunes meurent. Seuls 0.2% des neurones morts sont remplacés Thérapies -pour amplifier ce phénomène régénératif -pour augmenter la survie des neurones néoformés et rendre l’environnement plus favorable (Facteurs neurotrophiques, ….) Regeneration des neurones pyramidaux CA1 de l’hippocampe par des précurseurs endogènes (Nakatomi, Cell, 2002) SCIP, NeuN (neurones) CA1 neurons Contrôle 17 jours Ischémié 28 jours Ischémié puis injection bFGF/EGF Cellules souches neurales exogènes Transplantations Pathologies Neurodégénératives •Alzheimer (voies cholinergiques) 350 000 personnes en France •Parkinson (neurones dopaminergiques de la subtance noire) 100 000 personnes •Huntintgon (neurones à GABA inhibiteurs des noyaux gris centraux (noyau caudé et putamen) 6 000 personnes •Sclérose latérale amyotrophique (maladie de Charcot, ou maladie de Lou Gehrig, (motoneurones) 8 000 personnes •Accidents vasculaires cérébraux, 120 000 personnes par an •Lésions mécaniques (traumatisme médullaires) Pathologies Démyélinisantes •Sclérose en plaque (oligodendrocytes) 50 000 personnes Tumeurs: Gliomes 9000 personnes Sources de cellules pour la transplantation Maladie de Parkinson: neurones immatures de la partie ventrale du mésencéphale embryonnaire Maladie de Huntington cellules de l’éminence ganglionnaire du foetus (7,5-9 semaines) Quantité limitée Standardisation Difficile Problèmes éthiques amplification différenciation Facteurs de croissance purification transplantation A partir de Cellules souches embryonnaires (ES) humaines et souris Cellules souches neurales Cellules ES totipotentes, acide rétinoïque SDIA (multipotentes) neurones astrocytes (stromal derived inducing activity) oligodendrocytes Blastocyte bFGF bFGF/EGF bFGF/PDGF oligodendrocytes astrocytes A partir de la peau bFGF/EGF Muscle lisse sérum Différenciation Adipocytes Neurones Glie Moelle Osseuse-Moelle Nerveuse ? Formation de neurones à partir des cellules souches stromales Moelle Osseuse Cellules souches stromales (cellules souches mésenchymateuses) adipocytes myoblastes Neurones (Tau+, NSE+, NF-M+) chondrocytes osteoblastes Transplantation des cellules des neurosphères dans le système nerveux Régions Non Neurogéniques Cortex Striatum Cervelet Moelle Epinière Substance Noire Régions Neurogéniques Hippocampe Zone sous ventriculaire Glie Neurones Influence de la lésion sur la différenciation des cellules souches neurales Injection nanosphères chlorin e6 Transport rétrograde Illumination transdurale Greffe lignée cellules souches neurales LacZ+ Snyder 1997 animaux non lésés différenciation gliale (astrocytes + oligodendrocytes) 0% neurones animaux lésés avec acide kaïnique différenciation gliale (astrocytes + oligodendrocytes) 0% neurones animaux lésés par photoactivation 15% neurones astrocytes + oligodendrocytes Rendre l’environnement neurogénique Greffe de précurseurs neuronaux ou de jeunes neurones Rendre l’environnement neurogénique Meilleur contrôle de la différenciation des cellules souches neurales transplantées Glie Neurones neurotransmetteur type Le lignage neural Neural stem cells Intrinseques: Asymmetric division Lateral inhibition (Notch) Radial glia cells Extrinseques: Neurotransmitters, Retinoids Lipids, Reducing agents Cytokines NPC (neuronal progenitor cells) OPC (oligodendrocyte progenitors) Oligodendrocytes Astrocytes Neurones Lésion •BMPs •TNFα •Famille IL-6 (LIF, CNTF, ….) •Activation voie Notch Anti BMPs (Noggin,…) Anti TNF Gliose Glie Réactionnelle Greffe Greffe de NRP (neuronal progenitor cells) ou de Neurones au lieu de cellules souches Purification par FACS ou MACS contre antigène externe (PSA-NCAM) Différenciation Purification par FACS ou MACS Par expression d’une protéine fluorescente mise sous le contrôle d’un promoteur spécifique promoteur gfp Promoteurs neuronaux: α1 tubulin Quelques exemples de thérapie celulaires dans le système nerveux Modèle de la sclérose en plaque Experimental autoimmune encephalomyelitis MOG (myelin oligodendrocyte glycoprotein) (Pluchino, Nature, 2003) 106 neurosphere cells Migration, passage de la barrière hémato encéphalique, homing Différenciation des cellules greffées en cellules formant de la myeline Augmentation (x5) des OPC de l’hote Diminution de la réaction gliale Amélioration des paramètres neurophysioliques et cliniques: réduction du temps de propagation des potentiels évoqués cortico-spinaux , Réduction paralysie In vitro les neurosphères relarguent des facteurs neurotrophiques FGF2, TGF-β, CNTF, GDNF, NGF, BDNF, LIF, NT-3 Modèle de la maladie de Parkinson (Ourednik, Nature Biotech, 2002) Injection MPTP: réduction de l’expression de la tyrosine hydroxylase dans la substance noire 106 neurosphères cells •Migration cellulaire intense •Réapparition du marquage tyrosine hydrolase, du transporteur de la dopamine, croissance de nouvelles fibres par les cellules de l’hôte •Les cellules greffées se différencient peu en neurones DA (5%), mais majoritairement en glie 70%, les cellules greffées expriment le GDNF Propriétés régénératrices des cellules précurseurs neurales Transplantation de neurones dopaminergiques dérivés de la différenciation des cellules ES Cellules ES Lésion dans striatum avec 6-hydroxydopamine Neurones dopaminergiques Transplantation
