Entrainment of mammalian motile cilia in the brain with hydrodynamic forces.

Motile cilia are widespread across the animal and plant kingdoms, displaying complex collective dynamics central to their physiology. Their coordination mechanism is not generally understood, with previous work mainly focusing on algae and protists. We study here the entrainment of cilia beat in multiciliated cells from brain ventricles. The response to controlled oscillatory external flows shows that flows at a similar frequency to the actively beating cilia can entrain cilia oscillations. We find that the hydrodynamic forces required for this entrainment strongly depend on the number of cilia per cell. Cells with few cilia (up to five) can be entrained at flows comparable to cilia-driven flows, in contrast with what was recently observed in Chlamydomonas Experimental trends are quantitatively described by a model that accounts for hydrodynamic screening of packed cilia and the chemomechanical energy efficiency of the flagellar beat. Simulations of a minimal model of cilia interacting hydrodynamically show the same trends observed in cilia

Wnt activity guides facial branchiomotor neuron migration, and involves the PCP pathway and JNK and ROCK kinases

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Wnt proteins play roles in many biological processes, including axon guidance and cell migration. In the mammalian hindbrain, facial branchiomotor (FBM) neurons undergo a striking rostral to caudal migration, yet little is known of the underlying molecular mechanisms. In this study, we investigated a possible role of Wnts and the planar cell polarity (PCP) pathway in this process.</p> <p>Results</p> <p>Here we demonstrate a novel role for Wnt proteins in guiding FBM neurons during their rostral to caudal migration in the hindbrain. We found that <it>Wnt5a </it>is expressed in a caudal^highto rostral^lowgradient in the hindbrain. Wnt-coated beads chemoattracted FBM neurons to ectopic positions in an explant migration assay. The rostrocaudal FBM migration was moderately perturbed in <it>Wnt5a </it>mutant embryos and severely disrupted in <it>Frizzled3 </it>mutant mouse embryos, and was aberrant following inhibition of Wnt function by secreted Frizzled-related proteins. We also show the involvement of the Wnt/PCP pathway in mammalian FBM neuron migration. Thus, mutations in two PCP genes, <it>Vangl2 </it>and <it>Scribble</it>, caused severe defects in FBM migration. Inhibition of JNK and ROCK kinases strongly and specifically reduced the FBM migration, as well as blocked the chemoattractant effects of ectopic Wnt proteins.</p> <p>Conclusion</p> <p>These results provide <it>in vivo </it>evidence that Wnts chemoattract mammalian FBM neurons and that Wnt5a is a candidate to mediate this process. Molecules of the PCP pathway and the JNK and ROCK kinases also play a role in the FBM migration and are likely mediators of Wnt signalling.</p

Cil primaire, cycle cellulaire et prolifération

Le cil primaire est souvent associé aux phases G0 et G1 du cycle cellulaire de la plupart des cellules. Ainsi, des études récentes montrent que sa formation et sa résorption sont étroitement liées à des acteurs moléculaires du cycle cellulaire, comme par exemple Aurora A ou PLK1 (polo-like kinase 1). De plus, sa résorption semble être critique pour la progression de la phase S et la détermination cellulaire, notamment dans le cas des cellules souches neurales. Enfin, le cil primaire agit comme une antenne cellulaire permettant de transmettre des signaux de nombreuses voies de signalisation qui, à leur tour, contribuent au destin cellulaire

Rôle du cil primaire des cellules souches neurales dans le développement cortical murin

Les cellules souches neurales acquièrent au cours de la corticogenèse des propriétés de glie radiaire. Elles sont polarisées avec un contact ventriculaire où émane un cil primaire. Le rôle de cette antenne cellulaire durant la neurogenèse reste méconnu. Nous avons observé que l absence de cil primaire conduit à un accroissement de la surface du domaine apical sans affecter la taille totale des glies radiaires, lié à l augmentation de la voie mTORC1. De plus, l utilisation de souris inductibles, nous a permis de mettre en évidence que cet agrandissement de l aire du domaine apical est un effet cellule autonome. Ces modifications du domaine apical sont associées à une légère perturbation de l orientation de l axe de division des progéniteurs apicaux, à une augmentation du nombre de progéniteurs basaux et à une différentiation neuronale prématurée. L augmentation de la surface du domaine apical peut être significativement réduite par un traitement à la Rapamycine. Cette étude met en avant un rôle nouveau du cil primaire des cellules de glie radiaire qui régule la morphogenèse et la neurogenèse corticale en agissant comme un frein de la voie de signalisation mTORC1Neural stem cells acquire radial glia properties during corticogenesis. They are polarized cells with a ventricular contact where a primary cilium emanates. The role of this cellular antenna during neurogenesis remains unknown. We observed that the absence of primary cilium leads to an increase in the surface of the apical domain without affecting the total size of radial glia cells, linked to an increase in mTORC1 pathway. In addition, using inducible mouse we highlight that the expansion of the apical domain area is cell autonomous. These changes in the apical domain are associated with a slightly misoriented spindle of apical progenitors, an increase in the number of basal progenitors and premature neuronal differentiation. The increase in apical surface area can be significantly reduced by treatment with rapamycin. This study highlights a new role for radial glia cells primary cilium which regulates morphogenesis and cortical neurogenesis by acting as a brake on the mTORC1 signaling pathwayPARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Rôle du cil primaire dans le développement et la pathologie du cerveau

Le cil primaire, un organelle présent à la surface de la plupart des cellules de Vertébrés, est une antenne cellulaire dédiée à la transduction de voies de signalisation essencielles au développement vertébré telles que la voie PDGF et la voie Wnt. En particulier, il est hautement spécialisé dans la réception et la transduction du signal Sonic Hedgehog (SHH). Cet organelle a été impliqué dans la morphogénèse de nombreux organes en régulant des processus cellulaires divers tels que la prolifération, la spécification et la migration cellulaire. Néanmoins, lorsque j ai commencé ma thèse, le rôle du cil primaire dans le cerveau demeurait mystérieux. Nous nous commes donc intéressés au rôle du cil primaire dans la biologie des cellules souches neurales dans deux territoires du cerveau en développement : le cortex et le cervelet. Pour étudier la fonction de cet organelle au cours de la corticogénèse, nous avons supprimé le cil primaire des cellules neuroépithéliales en croisant la souris Kif3a ko/lox avec la souris exprimant la recombinase CRE sour contrôle du promoteur Emx1. Des résultats préliminaires suggèrent que le cil primaire est requis pour le maintien de la structure du neuroépithélium au cours de la corticogénèse. Afin d étudier la fonction de cet organelle dans le cervelet, organe connu pour subir une neurogénèse postnatale massive en réponse à SHH à partir de E17,5, nous avons cette fois-ci croisé la souris Kif3a ko/lox avec la souris hGFAP-CRE. Les souris hGFAP-CRE;Kif3a ko/lox présentent une ataxie cérébelleuse dont nous avons montré qu elle est due à une forte hypoplasie cérébelleuse, elle même provoquée par une absence de prolifération des progéniteurs des grains du cervelet en réponse à SHH. Nous avons également montré que la souris Ftm/RGRIP1L ko/ko présente le même défaut de prolifération des progéniteurs de grains en réponse à SHH que celui observé en l absence de cil primaire. RPGRIP1L est un gène dont la mutation provoque une pathologie humaine sévère, le syndrome de Joubert. À l instar des souris hGFAP-CRE;Kif3a ko/lox, les patients atteints du syndrome de Joubert souffrent d une ataxie cérébelleuse qui reflète une malformation complexe du cervelet et du tronc cérébral. Le syndrome de Joubert fait partie du groupe grandissant des ciliopathies, pathologies découlant d une dysfonction du cil primaire : les dix gènes impliqués codent pour des protéines ciliaires ou centrosomales nécessaires à la ciliogénèse. Cependant, le mécanisme ciliaire à l origine de la malformation cérébelleuse caractéristique de cette pathologie reste inconnu. Afin de tester l importance d un défaut de prolifération des progéniteurs des grains du cervelet en réponse à SHH dans l étiologie du syndrome de Joubert, j ai, dans un premier temps, focalisé mon étude sur un gène dont les mutations sont responsables de la majorité des cas de syndrome de Joubert, CEP290. J ai montré CEP290 est exprimé dans la zone péricentriolaire des progéniteurs des grains du cervelet chez l homme et chez la souris et qu il est indispensable à la ciliogénèse murine. Dans un deuxième temps, j ai étudié la cinétique et déterminé la période critique du développment du cervelet fœtal humain en réponse à SHH. Finalement, j ai évalué le taux de prolifération des progéniteurs des grains du cervelet chez des individus sains et des individus atteints du syndrome de Joubert présentant des mutations de CEP290, pendant la période critique. J ai ainsi mis en évidence qu il existe un défaut de prolifération des progéniteurs des grains en réponse à SHH chez les individus atteints du syndrome de Joubert . Mes travaux de thèse ont donc contribué à éclaircir le rôle du cil primaire dans le cerveau. J ai montré qu il est impliqué dans le maintien de la structure du télencéphale dorsal, qu il est indispensable au développement du cervelet murin et humain en réponse à SHH et que ce processus est interrompu chez les individus ateints du syndrome de JoubertPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

DEVELOPPEMENT DU LIGNAGE OLIGODENDROCYTAIRE ; MISE EN EVIDENCE DES SITES D'EMERGENCE AU COURS DU DEVELOPPEMENT EMBRYONNAIRE

LE BUT DE CE TRAVAIL A ETE D'ETUDIER LE DEVELOPPEMENT DU LIGNAGE OLIGODENDROCYTAIRE. LES QUESTIONS AUXQUELLES NOUS AVONS TENTE D'APPORTER UNE REPONSE ETAIENT : OU ET QUAND SONT GENERES LES OLIGODENDROCYTES ? JUSQU'A RECEMMENT, ON PENSAIT QUE CES CELLULES ETAIENT GENEREES TARDIVEMENT AU COURS DU DEVELOPPEMENT, A PARTIR DE CELLULES PROGENITRICES DES ZONES SUBVENTRICULAIRES. LES TRAVAUX DU GROUPE DE B. ZALC ONT PERMIS D'IDENTIFIER UNE POPULATION CELLULAIRE VENTRICULAIRE, CARACTERISEE PAR L'EXPRESSION DU GENE PLP/DM-20, CODANT POUR LA PROTEINE MAJORITAIRE DE LA MYELINE : LA PROTEOLIPIDE PROTEINE PLP/DM-20. CES RESULTATS ONT CONDUIT A EMETTRE L'HYPOTHESE D'UNE EMERGENCE TRES PRECOCE DES OLIGODENDROCYTES, CONCOMITTENTE A CELLE DES PREMIERS NEURONES. MON TRAVAIL DE THESE A CONSISTE A TESTER CETTE HYPOTHESE. POUR CELA, DEUX APPROCHES EXPERIMENTALES ONT ETE COMBINEES : LA TRANSGENESE MURINE ET LA MICROCHIRURGIE EMBRYONNAIRE AVIAIRE. L'UTILISATION DE LA SOURIS TRANSGENIQUE PLP-SH BLE-LACZ NOUS A PERMIS DE DEMONTRER QUE LES CELLULES DE LA ZONE VENTRICULAIRE EXPRIMANT LE TRANSCRIT PLP/DM-20 SONT EFFECTIVEMENT DES PRECURSEURS D'OLIGODENDROCYTES. CES CELLULES APPARAISSENT DANS DES TERRITOIRES RESTREINTS DU TUBE NEURAL ET SEMBLENT INDEPENDANTES DU PDGF-AA POUR LEUR SURVIE ET LEUR PROLIFERATION. CES OBSERVATIONS NOUS ONT DONC CONDUIT A PROPOSER L'EXISTENCE D'AU MOINS DEUX POPULATIONS DE PRECURSEURS D'OLIGODENDROCYTES : L'UNE CARACTERISEE PAR L'EXPRESSION DE PLP/DM-20, ET L'AUTRE PAR L'EXPRESSION DU RECEPTEUR AU PDGF-AA. PAR AILLEURS, NOUS AVONS ETUDIE CHEZ LA SOURIS, L'INDUCTION PAR SONIC HEDGEHOG DE L'EMERGENCE DES OLIGODENDROCYTES DANS LE TELENCEPHALE, ET IDENTIFIE UN SITE ROSTRAL D'OLIGODENDROGENESE, LOCALISE DANS LE BULBE OLFACTIF. L'ANALYSE DES CHIMERES AVIAIRES NOUS A D'AUTRE PART PERMIS DE DECRIRE LES VOIES DE MIGRATION DES PROGENITEURS OLIGODENDROCYTAIRES DEPUIS LEURS FOYERS D'ORIGINE, ET NOUS A CONDUIT A PROPOSER UNE COMPARTIMENTATION DES OLIGODENDROCYTES CEREBRAUX EN UNE POPULATION CAUDALE AUX MIGRATIONS TANGENTIELLES LIMITEES ET AU DEVELOPPEMENT SEGMENTAIRE, ET UNE POPULATION ROSTRALE, PROSENCEPHALIQUE, AUX MIGRATIONS TANGENTIELLES EXTENSIVES.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocCentre Technique Livre Ens. Sup. (774682301) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF