Médecine régénérative : cellules souches - non différenciées - peut donner des cellules différenciées Cellules souches embryonnaires - à partir de embryon au stade préimplantatoire - restent non différenciées au cours des différents passages si cultivées correctement - expriment des marqueurs de non différentiation comme Nanog et Oct4 (facteurs de transcription) - sont multipotentes : peuvent donner types cellulaires des trois feuillets embryonnaires (endoderme, mesoderme, ectoderme)

Médecine régénérative : cellules souches Cellules souches embryonnaires Pas bon génotype (histocompatibilité) Problèmes éthiques http://www.eurostemcell.org/factsheet/embyronic-stem-cell-research-ethical-dilemma

Médecine régénérative : cellules souches Cellules souches embryonnaires

Médecine régénérative : cellules souches Cellules souches embryonnaires

Médecine régénérative : cellules souches Autres types de cellules souches avec bon génotype

Médecine régénérative : cellules souches Cellules souches pluripotentes induites - à partir de fibroblastes adultes - « transfection » de 4 gènes : Oct4, Sox2; Klf4, c-Myc - sont multipotentes : peuvent donner types cellulaires des trois feuillets embryonnaires (endoderme, mesoderme, ectoderme) Pas de problème d’histocompatibilité Pas de problème éthique lié aux cellules souches embryonnaires Challenges : diminuer nombre de gènes à « transfecter » Ne pas utiliser de retrovirus

Médecine régénérative : cellules souches

Médecine régénérative : cellules souches

Médecine régénérative : cellules souches

Atteinte de leur cible par les axones

Modification de la synapse en fonction de son activité Comment construire un système nerveux ? Détermination chez l'embryon des cellules à devenir nerveux (cellules souches) Division des cellules souches, Différenciation des différents types cellulaires (glial/neuronal; cellule pyramidale/cellule en grains), Migration des cellules. Croissance axone versus dendrite Croissance des neurites (dendrites, axones) : utilisation de repères pour aller au bon endroit, établissement de cartes topographiques Arrêt de la croissance neuritique quand la cible est trouvée et création d'une synapse fonctionnelle Modification de la synapse en fonction de son activité

Fabrication de la machine Comment construire un système nerveux ? Détermination chez l'embryon des cellules à devenir nerveux (cellules souches) Division des cellules souches, Différenciation des différents types cellulaires (glial/neuronal; cellule pyramidale/cellule en grains), Migration des cellules Fabrication de la machine Croissance des neurites (dendrites, axones) : utilisation de repères pour aller au bon endroit, établissement de cartes topographiques Arrêt de la croissance neuritique quand la cible est trouvée et création d'une synapse fonctionnelle Modification de la synapse en fonction de son activité Plasticité de la machine (apprentissage; mémoire)

Plasticité activité dépendante du SN a lieu au niveau des synapses (Hebb)

La jonction neuromusculaire chez la Drosophile pièces buccales lobes cérébraux Facilement accessible ganglion ventral motoneurones muscles Côté droit Face cuticulaire interne Varicosités de taille importante => facilement visibles Glutamatergique, comme la majorité des synapses excitatrices du système nerveux central des vertébrés Études électrophysiologiques possibles

Vue interne HRP 7 6 13 12

Formation et vie d’une synapse Arrêt du cône de croissance - comment se fait cette décision - rôle actif de la cible Fabrication de la synapse - machineries pré et postsynaptiques - quelle information indique que ces machineries doivent être localisées à un endroit précis ? Modulation activité-dépendante des synapses - voies de signalisation spécifiques ou bien ce sont les mêmes que celles utilisées au cours de la formation des synapses ?

Formation et vie d’une synapse Arrêt du cône de croissance - comment se fait cette décision - rôle actif de la cible Fabrication de la synapse - machineries pré et postsynaptiques - quelle information indique que ces machineries doivent être localisées à un endroit précis ? Modulation activité-dépendante des synapses - voies de signalisation spécifiques ou bien ce sont les mêmes que celles utilisées au cours de la formation des synapses ?

Etude de la synapse faite par le motoneurone RP3 sur les muscles 6 et 7 Fin d’embryogénèse : On peut suivre le trajet d’un motoneurone seulement en l’injectant avec du lucifer yellow :

Rôle « positif » de la fascicline III Molécule d’adhésion homophilique Exprimée par les neurones RP3 Exprimée par les muscles 6 et 7 au moment de l’arrivée du cône de croissance de RP3

Dans un mutant FasIII, le cône de croissance de RP3 n’est pas correctement stabilisé et donne des JNM petites Lorsque FasIII est surexprimée dans tous les muscles, le cône de croissance est stabilisé au niveau de muscles autres que 6 et 7 La Fas III présente sur RP3 et sur les muscles cibles est responsable de la stabilisation sélective de ce cône de croissance sur ces muscles

Toll est exprimé de façon dynamique sur les muscles Rôle « négatif » de Toll Toll est exprimé de façon dynamique sur les muscles Heure 12 Heure 16

Dans les mutants Toll, le cône de croissance innerve les muscles 15 et autres Sauvages Lorsque Toll est surexprimé dans tous les muscles, le cône de croissance n’est pas correctement stabilisé au niveau des muscles 6 et 7 Mutants Toll Surexpression Toll

Toll FasIII Toll - + - FasIII Concl : une intégration de différents signaux => arrêt et stabilisation du cône de croissance - dépend des récepteurs et molécules exprimées par le cône de croissance - dépend des molécules (diffusibles ou non) libérées par la cible

Remarque : Toll est une molécule utilisée au cours du développement embryonnaire (polarité dorso-ventrale)

Formation et vie d’une synapse Arrêt du cône de croissance - comment se fait cette décision - rôle actif de la cible Fabrication de la synapse - machineries pré et postsynaptiques - quelle information indique que ces machineries doivent être localisées à un endroit précis ? Modulation activité-dépendante des synapses - voies de signalisation spécifiques ou bien ce sont les mêmes que celles utilisées au cours de la formation des synapses ? - quelles parties des machineries pré et postsynaptiques sont modifiées ?

Rencontre entre l’axone et sa cible : rôle actif de la cible Exemple de la JNM de Drosophile Microscopie électronique à balayage : Début de la synaptogenèse Ritzenthaler et al (2000) Nat Neurosci; 3:1012

Imagerie in vivo : mouches avec un transgène codant pour une GFP myristoylée Traitement à la cytochalisine D => contiennent de l ’actine

Il se produit un regroupement des myopodes au cours du temps Ce regroupement correspond à la présence de la terminaison nerveuse

La présence de myopodes dépend-t-elle de la présence de terminaisons nerveuses ? => utilisation du mutant prospero, chez qui la croissance des axones est retardée Il existe deux phases: 1) une phase où emergent de nombreux myopodes sur toute la surface du muscle, de façon nerf-indépendante 2) une phase nerf-dépendante où les motoneurones stabilisent ou induisent la formation de nouveaux myopodes. WT prospero À 13h myopodes normaux À 18h pas de concentration des myopodes

Formation et vie d’une synapse Arrêt du cône de croissance - comment se fait cette décision - rôle actif de la cible Fabrication de la synapse - machineries pré et postsynaptiques - quelle information indique que ces machineries doivent être localisées à un endroit précis ? Modulation activité-dépendante des synapses - voies de signalisation spécifiques ou bien ce sont les mêmes que celles utilisées au cours de la formation des synapses ? - quelles parties des machineries pré et posstsynaptiques sont modifiées ?

Différenciation ultrastructurale de la JNM de Drosophile

Zone active présynaptique Garner et al, 2000, Curr Op Neurobiol

Machinerie postsynaptique Sheng et al, 2002, Science

Formation et vie d’une synapse Arrêt du cône de croissance - comment se fait cette décision - rôle actif de la cible Fabrication de la synapse - machineries pré et postsynaptiques - quelle information indique que ces machineries doivent être localisées à un endroit précis ? Modulation activité-dépendante des synapses - voies de signalisation spécifiques ou bien ce sont les mêmes que celles utilisées au cours de la formation des synapses ? - quelles parties des machineries pré et postsynaptiques sont modifiées ?

Un signal rétrograde : Découverte d ’un mutant qui présente des JNM réduites (crible EMS, visualisation par fluorescence GFP) Ctrle wit

Récepteur BMP de type II La mutation affecte un récepteur aux protéines BMP Récepteur BMP de type II

Dans quel compartiment ce récepteur est-il nécessaire ? wit ctrle wit, surexp wit presyn wit, surexp postsyn Surexp presyn dom. neg.

Dans quel compartiment ce récepteur est-il nécessaire ? wit ctrle wit, surexp wit presyn wit, surexp postsyn Surexp presyn dom. neg. Concl : La fonction normale de ce récepteur se produit dans les motoneurones

Il y a des défauts ultrastructuraux des mutants wit ctrle wit wit

1 candidat intéressant : le gène gbb présynapse Récepteurs BMP de type II postsynapse D’où vient le signal ? Auteurs ont recherché les molécules de type BMP qui étaient exprimées dans le muscle au cours des stades embryonnaires et larvaires 1 candidat intéressant : le gène gbb

Les défauts sont semblables à ceux des mutants wit ctrle gbb ctrle gbb

Dans quel compartiment Gbb est-il nécessaire ? gbb, surexp gbb presyn. gbb, surexp gbb postsyn

Modèle interprétatif présynapse Récepteurs BMP de type II Ligand Gbb postsynapse

Le signal Wg est-il nécessaire pour avoir le signal Gbb présynapse postsynapse Wg Fz (récepteur Wg) Gbb Wit (récepteur Gbb) Le signal Wg est-il nécessaire pour avoir le signal Gbb Ou vice-versa ?