II-3.2.1 Pendant le développement embryonnaire
Pendant de nombreuses années, la fonction des cellules gliales radiaires demeura restreinte à la migration neuronale. En effet, la morphologie si particulière de ces cellules si hautement différenciées avec deux processus, dont l’un traversait le parenchyme cérébral pour « s’attacher » à la surface du cerveau, faisait douter de leur capacité à se diviser. Cependant, au début des années 2000, différentes études réalisées chez les mammifères ont remis en cause l’unique fonction des cellules gliales radiaires comme support de migration et ont émis l’hypothèse que les cellules gliales radiaires et les cellules progénitrices neurales sont une même population (Malatesta et al., 2000; Noctor et al., 2001).
Plusieurs travaux ont permis de démontrer clairement que les cellules gliales radiaires sont des cellules progénitrices neuronales qui, par division asymétrique, génèrent des neurones qui vont migrer le long des prolongements radiaires (Figure 18). A la fin de la neurogénèse, les prolongements radiaires se rétractent et les cellules se différencient en astrocytes (Noctor et al., 2002). Par exemple, des expériences, après infection par un rétrovirus couplé à la séquence codante la GFP, ont montré qu’après 24h d’infection, la majorité des cellules infectées semblaient être des cellules gliales radiaires. A des temps plus tardifs (36h, 48h et 72h), des cellules gliales radiaires infectées par le rétrovirus sont toujours observées mais des neurones migrant le long des prolongements radiaires sont alors également observés. De plus, après injection de BrdU, un analogue de la thymidine qui
G1 S G2 M Pôle basal
Pôl i l
Pôle apical
Ventricule
Figure 19 : Illustration du processus de migration nucléaire interkinétique.
D’après Chenn et McConnell, 1995. Le noyau des cellules accolées au ventricule
i d iè i t ll l i d t l l ll l i E h G1 l
migre de manière intracellulaire durant le cycle cellulaire. En phase G1, le noyau s’éloigne de la surface apicale (coté ventricule). En phase S, le noyau est alors en position basale loin de la zone ventriculaire. Durant la phase G2, le noyau est transloqué apicalement et la mitose a lieu au niveau du ventricule.
s’incorpore pendant la phase S, seules les cellules GFP-positives correspondant à des cellules gliales radiaires ont incorporé la BrdU, suggérant donc que seules les cellules gliales radiaires ont la potentialité de constituer des cellules progénitrices. Afin d’approfondir cette étude, Noctor et al. (2002) ont réalisé des marquages immunohistochimiques en combinant BrdU et des marqueurs de cellules gliales radiaires comme la vimentine et RC2 et démontré ainsi que la majorité voire la totalité des cellules en phase S (BrdU positives) présentes dans la zone ventriculaire (VZ) sont positives pour la vimentine. Des résultats quasi identiques avec RC2 ont confirmé ces résultats. Puis, des expériences similaires alors réalisées avec deux autres marqueurs de cellules gliales radiaires, la BLBP et GLAST, ont confirmé une fois de plus, que les cellules en phase S dans la VZ embryonnaire correspondaient à des cellules gliales radiaires exprimant différents types de marqueurs. Enfin, afin de montrer définitivement le potentiel progéniteur de ces cellules gliales radiaires, les auteurs ont réalisé des marquages immunohistochimiques avec un marqueur appelé 4A4 reconnu pour être un marqueur de cellules gliales radiaires en division. En effet, la vimentine est phosphorylée par une kinase du cycle cellulaire (la « cell division cycle 2 », cdc2) pendant la division cellulaire dans les cellules gliales radiaires en phase M. L’expression de 4A4 est exclusivement détectée dans les cellules gliales radiaires dans la VZ (Noctor et al., 2002). De plus, ces cellules sont positionnées en bordure de ventricule suggérant donc une division de ces dernières faisant intervenir un processus appelé migration nucléaire interkinétique. En effet, les cellules en phase M se retrouvent toujours en bordure de ventricule après avoir effectué leur phase de réplication de l’ADN en position plus basale. Ces réplications de l’ADN en position plus basale ont été démontrées par des doubles marquages BrdU/vimentine. Or, les cellules progénitrices sont connues pour intervenir dans un processus particulier: le mouvement nucléaire interkinétique. La migration nucléaire interkinétique est un processus qui dépend de la phase du cycle cellulaire (Figure 19). En effet, lors de la phase S du cycle cellulaire, le noyau migre vers la membrane basale, puis revient à sa position d’origine, vers la zone ventriculaire lors de la phase M (Gotz and Huttner, 2005). Les études menées sur la migration nucléaire interkinétique suggèrent que ce sont les cellules souches qui sont caractérisées par ce processus. En effet, chez les embryons de rongeurs, les cellules souches répliquent leur ADN dans une couche plus profonde que la zone ventriculaire puis leur noyau retourne à sa position originelle, la lumière ventriculaire, et la cellule se divise (Chenn and McConnell, 1995). Cependant, la régulation de ce mécanisme et sa signification biologique restent peu comprises. Une hypothèse serait que cette migration nucléaire interkinétique permettrait une ségrégation de la zone ventriculaire en deux régions (la zone apicale et la zone basale). La
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zone apicale et la zone basale favoriseraient ainsi respectivement la neurogénèse et la réplication de l’ADN pour permettre la génération d’un nombre important de neurones et de cellules gliales à un temps donné (Ueno et al., 2006).
Les cellules gliales radiaires sont donc des cellules progénitrices neuronales pendant le développement embryonnaire. Ces résultats ont été confirmés par plusieurs études utilisant différentes techniques. Des études utilisant un rétrovirus ont montré que les cellules gliales radiaires constituent la majorité voire la totalité des cellules progénitrices neuronales dans le cortex cérébral pendant le développement (Hartfuss et al., 2001; Noctor et al., 2004). In vitro, l’isolation de cellules gliales radiaires par cytométrie en flux a confirmé que les cellules progénitrices neuronales sont majoritairement des cellules gliales radiaires (Malatesta et al., 2003; Malatesta et al., 2000). En effet, des souris transgéniques GFAP-GFP ont été générées et leurs cellules gliales radiaires GFP-positives isolées par cytométrie en flux puis mises en culture afin d’étudier leur progéniture. Ces travaux ont montré que 60 à 70% des cellules gliales radiaires isolées génèrent seulement des neurones, d’autres génèrent uniquement des cellules gliales radiaires, enfin, une dernière partie de ces cellules donne naissance à la fois à des neurones et à des cellules gliales comme les astrocytes ou oligodendrocytes.
II-3.2.2 Neurogénèse adulte
Pendant un siècle, le cerveau adulte a été considéré comme incapable de générer de nouveaux neurones. L’hypothèse étant qu’à la fin de la neurogénèse embryonnaire, l’être vivant avait un stock de neurones jusqu’à la fin de sa vie et qu’en aucun cas, une neurogénèse adulte ne pouvait exister. Aussi à la fin des années 1960, des doutes sont apparus quant à ce dogme scientifique établi depuis de nombreuses années et qui s’est effondré au milieu des années 1990. Le manque de connaissance sur les lésions et les maladies neurodégénératives, la difficulté de trouver de l’activité neurogénique dans différentes régions du cerveau adulte avaient abouti à la conclusion que la neurogénèse ne pouvait avoir lieu dans le cerveau adulte. Joseph Altman a été le premier à utiliser des techniques assez sensibles pour pouvoir détecter des cellules en division dans le cerveau adulte. En effet, en utilisant de la thymidine tritiée comme marqueur mitotique, il a été le premier à mettre en évidence, des cellules en prolifération dans l’hippocampe (Altman and Das, 1965) et dans les bulbes olfactifs (Altman, 1969) du cerveau adulte de mammifères. Ces résultats ont ensuite été confirmés en combinant thymidine tritiée et microscopie électronique (Kaplan, 1981). Cependant, du fait du manque de marqueurs immunohistochimiques de neurones à cette époque, l’identification de
cerveau adulte de souris (à gauche) et schéma de la composition et de l’architecture de la SVZ des ventricules latéraux (LV) durant les processus de neurogénèse chez l’adulte (à droite). Les astrocytes de la SVZ (cellules B, dérivant de la glie radiaire) se divisent pour donner des précurseurs (cellules C), lesquels vont rapidement générer des neuroblastes (cellules A). Ces derniers migrent ensuite jusqu’aux bulbes olfactifs Les cellules notées E sont des cellules épendymaires
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nouveaux neurones n’était basée que sur la morphologie des cellules. Aussi, l’étude d’une apparente neurogénèse adulte n’a pu être approfondie qu’avec l’émergence de nouvelles techniques (BrdU) et également de marqueurs immunohistochimiques permettant la caractérisation et l’identification des cellules. Les toutes premières études sur la neurogénèse adulte se sont intéressées à définir les régions dans lesquelles il existe effectivement une activité prolifératrice. Puis, la question qui s’est posée alors était de savoir quelle était la nature des cellules progénitrices dans le cerveau adulte.