Hair follicle bulge cultures yield class III β-tubulin-positive melanoglial cells

Class III β-tubulin (TUBB3)-positive cells from the hair follicle bulge are thought to be neuronal cells derived from a local neural crest stem cell. However, TUBB3 has recently been shown to be expressed in the melanocytic lineage. To evaluate the neural-crest-associated immunophenotype of TUBB3-positive cells from hair follicle bulge explants, we dissected hair follicle bulges out from mouse whisker pads and cultured for 1 month and assessed outgrowing cells by means of immunocytochemistry using the biomarkers TUBB3, nestin, NGFR, SOX9, TYRP1 and laminin. Large amounts of TUBB3-positive cells could be cultured that co-expressed nestin, NGFR, SOX9 and, to a lesser degree, TYRP1, matching a melanoglial phenotype. In addition, a small population of TUBB3-negative but laminin-positive cells was found, which presumably are of glial origin. It can be concluded that cells of melanoglial origin can easily be obtained from hair follicle bulge explants. These cells may be of use in experimental animal or human disease and wound healing models. Notably, the TUBB3-positive cells are of melanoglial rather than neuronal origin

Cellular development of the human cochlea and the regenerative potential of hair follicle bulge stem cells

The embryonic development of the human cochlea (the organ of hearing) has been investigated for over one hundred years. However, little is still known about the development on a cellular and protein level, which is important to better understand etiologies and pathologies of various types of sensorineural hearing loss. Knowledge of the normal gene expression patterns and cell fate specification in the human cochlea has therefore the potential to aid in the development of gene and cell-based therapeutic strategies. For this reason, we acquired a series of human fetal cochlea of different stages of gestation and investigated several aspects of the normal development of the human cochlea such as the hair cells, the spiral ganglion neurons and the stria vascularis. Also, we investigated the neural crest stem cells residing in the hair follicle bulge. We showed that a protein (TUBB3) often used in immunochemistry to detect a neuron is also expressed both in skin and hair follicle melanocytes in humans meaning that the proposed neural crest stem cell residing in the hair follicle bulge might need revision.Stichting Het Heinsius-Houbolt FondsUBL - phd migration 201

Rôle des protéines E-CADHÉRINE et β-CATÉNINE dans le développement embryonnaire des mélanocytes et la pathogénie du Vitiligo

Skin pigmentation results from the synthesis and the distribution of melanin by melanocytes. Melanocytes are neural crest derived cells that produce and transfer melanin to their surrounding keratinocytes. One melanocyte makes contacts with approximately 40 keratinocytes, forming the so-called epidermal melanin unit. Adhesion between melanocytes and keratinocytes is mediated by the adhesive protein E-CADHERIN, which is responsible for the formation of adherens junctions. These junctions are anchored to the cytoskeleton via β-CATENIN. The main function of adhesive proteins is to form cell-cell junctions and to maintain epidermal architecture. β-CATENIN is a central component of the WNT signalling pathway, which is implied in the development of the melanocyte lineage. During this PhD we were interested in the potential roles of E-CADHERIN and β-CATENIN proteins first in melanocyte homeostasis and second in melanocyte development in the mouse limb.In the first part of this PhD project, we studied the role of these proteins in an acquired leuco-derma: the Vitiligo disease. In this disease, depigmented areas appears in the skin due to melano¬cyte loss. One hypothesis for this loss is a defect in adhesive proteins of melanocytes, leading to melanocyte detachment and loss. We examined pigmented skin biopsies of patients with or without Vitiligo and observed that membranous staining of E-CADHERIN and β-CATENIN is absent from, or discontinuously distributed across melanocyte membranes of Vitiligo patients long before clinical lesions appeared. The abnormal distribution of E-CADHERIN correlated with lower melanocyte numbers in the basal epidermal layer and higher melanocyte numbers in the suprabasal layer. Using reconstructed human epidermis and mouse models with defective E-CADHERIN expression in melanocytes, we showed that E-CADHERIN is required for melanocyte adhesiveness to the basal layer under oxidative and mechanical stress. These observations establish a link between pre-clinical, cell-autonomous defects in Vitiligo melanocytes and known environmental stressors accelerating disease onset. Our results implicate a primary predisposing skin defect affecting melanocyte adhesiveness, which under stress conditions, leads to the disappearance of melanocytes and clinical Vitiligo (Wagner et al., 2015).In the second part of this PhD project, we examined the role of these two proteins E-CADHERIN and β-CATENIN in the development of melanoblasts from the ventrally migrating pathway in contrast to the laterally migrating pathway previously described. We observed that ventrally migrating melanoblasts arose from precursors specified at E14 in melanoblasts or Schwann cells. Using a β-CATENIN gain of function mouse model, Tyr::Cre ; bcatΔex3 we observed that β-CATENIN signalling activation induced melanoblast specification at the expense of Schwann cells. We also demonstrated that E-CADHERIN loss in melanocytes (Tyr::Cre ; EcadF/F) decreased dorso-laterally migrating melanoblast expansion in the limb. Taken together, these results point to a critical role for E-CADHERIN and β-CATENIN in maintaining melanocyte homeostasis under stress conditions and regulating melanocyte development.La couleur de la peau résulte de la synthèse et de la distribution de la mélanine dans l’épiderme et les poils. La mélanine est un pigment produit par les mélanocytes, des cellules dérivées de la crête neurale. Les mélanocytes transfèrent la mélanine aux kératinocytes environnants et forment l'unité épidermique de mélanisation constituée d’un mélanocyte pour 40 kératinocytes. Les interactions entre les mélanocytes et les kératinocytes sont assurées principalement par la E-CADHÉRINE, une protéine responsable de la formation de jonctions adhérentes entre deux cellules adjacentes. L’ancrage de ses jonctions au cytosquelette est assuré par l’intermédiaire de la β-CATÉNINE. Le rôle de ces protéines n’est pas simplement adhésif, elles interviennent aussi dans de nombreux processus développementaux et assurent le maintien de l’architecture de l’épiderme. De plus, β-CATÉNINE est une protéine centrale de la voie de signalisation WNT/β-CATÉNINE essentielle dans la formation du lignage mélanocytaire. Lors de cette thèse, nous nous sommes intéressés au rôle des protéines E-CADHÉRINE et β-CATÉNINE, d’une part dans l’homéostase des mélanocytes et d’autre part dans le développement embryonnaire d’un type particulier de mélanocytes, ceux peuplant l’extrémité des membres. Dans la première partie, nous avons étudié l’implication de ces protéines dans une leucodermie circonscrite acquise, le Vitiligo. Dans cette pathologie, les mélanocytes disparaissent, générant des zones de peau dépigmentées. L’une des hypothèses invoquées est un défaut adhésion des mélanocytes et leur élimination de la lame basale vers les couches supérieures de l’épiderme. Nous avons montré que la présence de E-CADHÉRINE et β-CATÉNINE à la membrane est altérée dans les mélanocytes Vitiligo avant leur disparition de l’épiderme, au niveau de la peau pigmentée des patients. L’altération de E-CADHÉRINE et β-CATÉNINE à la membrane des mélanocytes est corrélée à une localisation suprabasale de ces cellules et une perturbation de l’unité épidermique de mélanisation. A l’aide de systèmes de peaux reconstruites in vitro et de souris déficientes en E-CADHÉRINE dans les mélanocytes, nous avons démontré un rôle essentiel de E-CADHÉRINE pour l’adhésion des mélanocytes à la lame basale de l’épiderme en présence de stress mécanique et oxydatif, deux facteurs aggravants de la dépigmentation dans le Vitiligo. Nous proposons que l’altération de E-CADHÉRINE est un événement précoce dans la pathologie du Vitiligo qui reste silencieux jusqu’à ce que des stress mécaniques ou oxydatifs accélèrent la perte des mélanocytes (Wagner et al., 2015).Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés aux rôles des protéines E-CADHÉRINE et β-CATÉNINE dans le développement embryonnaire des mélanocytes. Nous avons examiné la possibilité de générer des mélanoblastes à partir des dérivés des cellules de crêtes neurales qui emprunteraient la voie ventrale de migration et non la voie dorso-latérale classiquement décrite. Nous avons montré que les mélanoblastes produits à partir de la voie ventrale dérivent de cellules précurseurs se spécifiant à E14 en mélanoblastes ou en cellules de Schwann. A l’aide d’un mutant gain de fonction de β-CATÉNINE, nous avons mis en évidence que l’activation de la signalisation de β-CATÉNINE induit la spécification des mélanocytes au détriment des cellules de Schwann. La E-CADHÉRINE n’intervient pas dans la spécification des mélanoblastes issus de la voie ventrale mais est impliquée dans l’expansion des mélanoblastes issus de la voie dorso-latérale au niveau des membres.Ces résultats démontrent un rôle critique de E-CADHÉRINE et β-CATÉNINE dans l’homéostase des mélanocytes dans des conditions de stress et dans la régulation du développement des mélanocytes