Soutenance de thèse de Béatrice BROUSSE

Dans le système nerveux central (SNC), les oligodendrocytes (OL) produisent la gaine de myéline permettant la conduction rapide et saltatoire de l’information nerveuse, et procurent un soutien structurel et métabolique à l’axone. La fonction essentielle de l’OL prend tout son sens lorsque son intégrité est atteinte, comme dans la sclérose en plaques (SEP). La restauration de la fonction oligodendrocytaire est donc un enjeu majeur pour le traitement de la SEP. Chez l’animal comme chez l’homme, des capacités de réparation spontanée de la myéline sont observées. Dans le cerveau adulte deux types de cellules génèrent des OL : (1) Les cellules souches neurales (NSC), localisées dans la zone sous ventriculaire (SVZ) qui produisent majoritairement des neurones qui migrent vers le bulbe olfactif. (2) Les progéniteurs d’oligodendrocytes du parenchyme (pOPC) générés pendant le développement et disséminés ensuite dans l’ensemble du cerveau adulte. Si la production de nouveaux OL myélinisants par les pOPC en contexte pathologique est reconnue, la participation des NSC de la SVZ dans ce processus reste controversée. C’est pourquoi dans un premier travail nous avons comparé la contribution de ces deux populations dans la régénération spontanée de la myéline suite à une démyélinisation induite par la cuprisone (CPZ). Nous avons démontré par traçage génétique et étude phénotypique que la contribution des deux sources dans la remyélinisation du corps calleux (CC) est équivalente mais régionalisée : les SVZdNP sont massivement recrutés dans le CC rostral et latéral, et les pOPC dans le CC caudal et médial. Par ailleurs, dans le modèle CPZ, les régions rostrales et latérales du CC, riches en SVZdNP, sont moins atteintes que les régions caudales et médiales, pauvres en SVZdNP. Ce qui suggère un rôle protecteur des SVZdNP. Environ un quart des SVZdNP présents dans le CC démyélinisé n’exprime aucun marqueur de différenciation neuronale ou gliale. Ils restent indifférenciés. Des greffes de NSC après lésion, ont montré que l’effet bénéfique de la greffe est le résultat de la diminution de l’inflammation par les NSC : on parle d’immunomodulation. Nous nous sommes donc demandé si les SVZdNP indifférenciés endogènes présents dans le CC démyélinisé pouvaient moduler l’environnement inflammatoire et protéger le CC, expliquant ainsi les différences de susceptibilité à la CPZ. Nous avons donc caractérisé la microglie, cellules immunitaires résidentes du SNC, et observé une corrélation négative entre la densité de SVZdNP et la densité de microglie activée dans le CC démyélinisé. Ensuite nous avons isolé la microglie du CC démyélinisé et analysé son transcriptome en cellules uniques. La microglie prélevée dans le CC latéral (région riche en SVZdNP indifférenciés) présente une signature inflammatoire moins agressive que celle prélevée dans le CC médial. De plus, par l’analyse transcriptomique des SVZdNP mobilisés dans le CC démyélinisé nous avons identifié un facteur candidat dans le dialogue SVZdNP-microglie : MFGE8 (milk fat globule-epidermal growth factor-8), particulièrement enrichi dans les SVZdNP indifférenciés et connu pour jouer un rôle dans la phagocytose. Une étape clef dans le processus de régénération est la clearance des débris de myéline. Nous avons montré que l’ajout de MFGE8 ou de milieu conditionné par des NSC dans des cultures de microglie augmente la capacité de celle-ci à phagocyter les débris de myéline. L’ensemble de ce travail met en évidence le double rôle des SVZdNP dans la régénération de la myéline et souligne toute leur importance. En parallèle de ces travaux, nous avons créé une nouvelle souris transgénique nous permettant de tuer spécifiquement les pOPC au stade adulte. Ce nouvel outil nous permettra de voir si les SVZdNP sont capables de compenser la perte des pOPC en contexte pathologique et d’étudier les rôles physiologiques encore méconnus des pOPC qui représentent 5 à 10% des cellules du SNC.

In the central nervous system (CNS) oligodendrocytes (OL) produce myelin sheath around the axons. Myelin allows rapid and saltatory conduction of the action potential and provides structural and metabolic support to the neurons. OL damage and demyelination lead to severe deficits and are the hallmark of multiple sclerosis disease (MS). The recovery of OL function is crucial to treat this disease. Sometimes, spontaneous myelin regeneration is observed in humans and is quite efficient in animal models. In the adult brain two types of cells produce OL: (1) the neural stem cells (NSC) located in the subventricular zone (SVZ) producing mainly neurons that migrate in the olfactory bulb. (2) the parenchymal oligodendrocyte progenitor cells (pOPC) generated during development and disseminated throughout the adult brain. In pathological context, OL production by pOPC is well documented whereas the contribution of NSC OL is still debated. Thus in a first work we compared the contribution of the two OL sources in spontaneous myelin regeneration after cuprizone (CPZ) induced demyelination. By genetic cell tracing and phenotypic analyses, we demonstrated that pOPC and SVZdNP contribute at the same level to corpus callosum (CC) spontaneous myelin regeneration but in a regionalized manner: SVZdNP are massively recruited in the rostral and lateral CC whereas pOPC are preferentially mobilized in the caudal and medial CC. In addition, in CPZ model, rostral and lateral CC, areas rich in SVZdNP, are less demyelinated compared to caudal and medial CC, poor in SVZdNP. This correlation suggests that SVZdNP may protect the rostral and lateral CC. Around twenty five percent of SVZdNP in the demyelinated CC do not express any neuronal nor glial marker, they stay undifferentiated. Many NSC grafting experiments in several pathological models show that functional recovery induced by the graft is not due to NSC differentiation but is the result of immunomodulation. We hypothesized that endogenous undifferentiated SVZdNP recruited in the demyelinated CC could modulate the inflammatory environment and protect the CC, explaining regional differences in demyelination level. We characterized microglia, the main resident immune cells of the brain. We observed a negative correlation between SVZdNP and activated microglia densities in the demyelinated CC. Then we sorted microglia from demyelinated CC and analyzed their transcriptome at single cell level. Microglial cells from the lateral CC, rich in undifferentiated SVZdNP, show an inflammatory signature less aggressive than the microglial cells from the medial CC. Moreover, single cell transcriptomic analyses of SVZdNP recruited in the demyelinated CC allowed us to identify a candidate factor in the dialog between undifferentiated SVZdNP and microglia: MFGE8 (milk fat globule-epidermal growth factor-8). MFGE8 is significantly enriched in undifferentiated SVZdNP and is implicated in phagocytosis pathway. A key step in myelin regeneration is myelin debris clearance. We demonstrated that MFGE8 treatment or conditioned media from SVZ-derived neurospheres on microglial culture increase myelin debris phagocytosis by microglia. This work highlights the dual role of SVZdNP in myelin regeneration. In a second project, we created a new transgenic mice model to specifically ablate pOPC at adult stage. This new tool will allow us to determine if the SVZdNP compensate pOPC loss during myelin regeneration and to uncover still enigmatic physiological roles of the pOPC, a cell population that represent 5 to 10% of the adult neural cells.