Équipe
Responsable d’équipe : Pituello Fabienne
Présentation
La construction d’un organe ou la préservation de son homéostasie nécessite un contrôle étroit de la transition entre prolifération et différenciation des cellules souches et progénitrices. Au cours du développement du système nerveux, la temporalité de cette transition conditionne la production de neurones. Perturber cette temporalité peut conduire à plusieurs neuropathologies telles que la microcéphalie si le pool de progéniteurs est épuisé prématurément ou à des tumeurs si les cellules progénitrices continuent de proliférer. Notre hypothèse est que la dynamique du cycle cellulaire des progéniteurs neuraux contrôle le tempo du passage de la prolifération à la différenciation.
En utilisant comme modèle le développement de la moelle épinière (poulet et souris), nous avons montré que la phosphatase CDC25B, un régulateur de la transition G2/M du cycle cellulaire, induit un passage progressif des divisions prolifératives aux divisions neurogéniques via des mécanismes indépendants et dépendants du cycle cellulaire (Bonnet et al., elife, 2018). L’imagerie du cycle cellulaire avec une résolution unicellulaire révèle que CDC25B raccourcit la phase G2 et augmente indirectement l’hétérogénéité de la durée de la phase G1 (Molina et al., Development, 2022). Dans le néocortex de souris, CDC25B favorise également la maturation des progéniteurs via le contrôle de la durée de la phase G2 (Roussat et al, J. Neurosci, 2023). Notre objectif est de décrypter les mécanismes moléculaires agissant en aval de CDC25B et/ou d’une modification de la durée des phases G1 ou G2 favorisant la différenciation.
Projet 1
Sophie Bel-Vialar, PI
Collaborations au CBI : Simon Lebaron ; Célia Plisson-Chastang, équipe oncorib, MCD; plateformes BigA et METI
Nous avons récemment mis en lumière l’importance de la cinétique de la phase G2 dans le contrôle de la transition entre la prolifération et la différenciation des cellules progénitrices neurales. Nous avons montré par des manipulations génétiques ou des traitements pharmacologiques que le raccourcissement de la phase G2 est suffisant pour favoriser la différenciation neuronale dans le cortex et la moelle épinière (Roussat et al., 2023 et données non publiées). Ces résultats suggèrent que des événements régulateurs importants ont lieu pendant la phase G2 de la cellule mère pour contrôler le destin cellulaire des cellules filles après la division cellulaire. En combinant plusieurs approches (RNA-Seq, microscopie électronique à transmission, Ribo MegaSEC), nous avons obtenu des données suggérant un lien entre la cinétique de la phase G2, la régulation de la biogenèse des ribosomes et la machinerie de traduction au cours de la transition prolifération/différenciation. Ces résultats originaux ouvrent l’hypothèse que la dynamique du cycle cellulaire pourrait contrôler le statut prolifératif/neurogénique des progéniteurs neuronaux en modulant l’homéostasie des ribosomes, déclenchant ainsi l’expression différentielle de protéines clés pour la transition entre ces deux états. Nous étudions actuellement plus en détail cette hypothèse en utilisant comme modèle la moelle épinière en développement chez le poulet et la souris.
Projet 2
Eric Agius, PI ; Odile Mondésert
Collaboration : Plateforme de protéomique, IPBS Toulouse
CDC25B, exprimé par les cellules progénitrices neurales en prolifération, stimule leur différenciation en neurones en favorisant les divisions neurogéniques asymétriques donnant naissance à un progéniteur et à un neurone, et les divisions neurogéniques terminales produisant deux neurones. Alors que l’interaction de CDC25B avec ses substrats canoniques, les CDKs, est nécessaire pour stimuler les divisions neurogéniques symétriques, une forme mutée ponctuellement de CDC25B conservant son activité phosphatase mais incapable d’interagir avec les CDKs promeut toujours les divisions neurogéniques asymétriques. Ce mécanisme indépendant des CDKs implique l’existence de substrats inconnus pour CDC25B (Bonnet et al, 2018). L’un de nos objectifs est d’identifier de tels substrats pour la phosphatase. Pour atteindre notre objectif, nous réalisons un interactome et non un phosphoprotéome car ce dernier nécessite une quantité de protéines qui reste irréaliste dans nos conditions expérimentales. Nous utilisons une technique de marquage basée sur la proximité permettant de collecter les protéines interagissant avec CDC25B et la spectrométrie de masse pour identifier le réseau d’interaction de CDC25B (coll. Proteomic facility, IPBS Toulouse). Des tests biochimiques et fonctionnels seront ensuite mis en place pour valider et identifier de nouveaux substrats de CDC25B impliqués dans la neurogenèse.
Projet 3
Valérie Lobjois, PI ; Odile Mondésert ; Plateforme LITC
Nous avons récemment développé une nouvelle méthodologie d’imagerie en temps réel qui permet de mesurer la durée de chaque phase du cycle cellulaire à l’échelle unicellulaire dans le tube neural d’embryon de poulet et de suivre le destin des cellules filles après la mitose. En utilisant cette stratégie, nous avons démontré l’hétérogénéité de la durée du cycle cellulaire principalement expliquée par l’hétérogénéité de la durée de la phase G1. De plus, la surexpression de CDC25B augmente la variabilité et la durée de la phase G1, une caractéristique associée à la maturation et à la différenciation des tissus (Molina et al., 2022).
Notre objectif est d’étudier les mécanismes qui contrôlent la variabilité de la durée de la phase G1 et de déterminer son rôle dans la régulation spatio-temporelle de la différenciation neuronale. Les données issues de différents modèles montrent qu’un allongement progressif de la phase G1 du cycle cellulaire des cellules souches ou progénitrices est associé à leur différenciation. La progression dans la phase G1 est contrôlée par le passage du point de restriction (point R), qui marque l’engagement définitif des cellules dans le cycle cellulaire. Des travaux récents (Min et al., 2020 doi : 10.1126/science.aay8241 ) sur des cellules épithéliales en culture ont montré que l’intégration de signaux pendant la phase G2 du cycle cellulaire de la cellule mère peut conduire au passage du point R à la sortie de la mitose, déterminant le destin des cellules filles dans le cycle cellulaire suivant. Notre hypothèse est donc que, dans les cellules progénitrices neurales, l’hétérogénéité de la durée de G1 est associée à l’hétérogénéité du moment du passage du point de restriction déterminé par la durée de la phase G2 de la cellule mère. Afin de tester cette hypothèse, nous avons adapté un rapporteur au modèle du tube neural de poulet pour mesurer le moment du passage du point de restriction pendant la phase G1 au niveau des progéniteurs individuels in vivo par vidéomicroscopie. La combinaison de ce rapporteur avec des expériences de lignage pour identifier le destin des cellules filles dérivées de la mitose permettra de déterminer le lien entre la variabilité du moment du franchissement du point R et le destin des cellules filles dérivées de la mitose. Cela permettra également de déchiffrer les mécanismes moléculaires par lesquels CDC25B, en régulant la durée de la phase G2, peut induire un délai dans le passage du point R et promouvoir la différenciation neuronale.
Projet 4
Eric Agius, PI ; Valérie Lobjois
Collaboration J. Gautrais CRCA/CBI et S. Cussat-Blanc IRIT/UTCapitole
Nos données suggèrent que l’expression de CDC25B dans les progéniteurs neuraux agit comme un facteur de maturation, induisant un passage progressif des divisions prolifératives aux divisions neurogéniques. Alors que le scénario prédominant est que les progéniteurs spinaux constituent une population homogène avec un mode de division stochastique, nos données remettent en question cette homogénéité. Un travail théorique réalisé en collaboration avec J. Gautrais soutient une hypothèse alternative où la population de cellules progénitrices neurales est hétérogène avec une perte progressive de la capacité proliférative à l’échelle de la cellule (Azais et al., 2019). Les résultats préliminaires de la modélisation indiquent que les deux modèles peuvent être discriminants lorsqu’on considère les distributions du contenu en progéniteurs/neurones au sein de clones. Nous réalisons actuellement des estimations clonales théoriques pour les comparer aux analyses clonales expérimentales en utilisant la plateforme ISiCell (ALIFE 2024 proceedings, https://doi.org/10.1162/isal_a_00769). Ce travail permettra de discriminer les deux modèles.
Combinée à nos données expérimentales, la modélisation devrait ici être un moyen d’aider à la compréhension des mécanismes contrôlant la transition entre prolifération et différenciation des cellules progénitrices neurales, ce qui sera très probablement applicable à d’autres cellules souches, y compris les cellules souches neurales humaines.
– Roussat, M., Jungas, T., Audouard, C., Omerani, S., Medevielle, F., Agius, E., Davy, A., Pituello, F., and Bel-Vialar, S. (2023). Control of G2 Phase Duration by CDC25B Modulates the Switch from Direct to Indirect Neurogenesis in the Neocortex. J Neurosci 43, 1154-1165. 10.1523/JNEUROSCI.0825-22.2022.
– Molina, A., Bonnet, F., Pignolet, J., Lobjois, V., Bel-Vialar, S., Gautrais, J.*, Pituello, F.*, and Agius, E.* (2022). Single-cell imaging of the cell cycle reveals CDC25B-induced heterogeneity of G1 phase length in neural progenitor cells. Development 149. 10.1242/dev.199660. *co-corresponding
– Azais, M., Agius, E., Blanco, S., Molina, A., Pituello, F., Tregan, J.M., Vallet A. and Gautrais, J. (2019) Timing the spinal cord development with neural progenitor cells losing their proliferative capacity: a theoretical analysis. Neural Dev 14,7
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– Bonnet, F., Molina, A., Roussat, M., Azais, M., Vialar, S., Gautrais, J., Pituello, F. * and Agius, E. * (2018). Neurogenic decisions require a cell cycle independent function of the CDC25B phosphatase. Elife. Jul 3;7. pii: e32937. doi: 10.7554/eLife.32937 *co-corresponding
– Lacomme, M., Liaubet, L., Pituello, F.* and Bel-vialar, S*. (2012). NEUROG2 drives cell cycle exit of neuronal precursors by specifically repressing a subset of cyclins acting at the G1 and S phases of the cell cycle. Mol Cell Biol 32, 2596-607. *co-corresponding
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