Régulateurs extrinsèques et maintien des cellules souches neurales

Les contacts entre les cellules représentent un moyen important de régulation du maintien, de la différenciation et du mode de division des CSN. Ces dernières sont perçues à la fois comme senseurs de l’environnement et comme régulateurs de la niche neurogénique. Elles peuvent en effet intégrer les signaux provenant de la niche elle-même et du tissu neural par leurs jonctions gap avec les autres CSN, par leurs contacts avec : les vaisseaux sanguins (Ottone et al., 2014), la lame basale, les autres neurones, les astrocytes et les épendymocytes (Doetsch, 2003). Cela leur permet alors de réguler leur comportement d’autorenouvellement, de différenciation et de sécrétion de facteurs neurogéniques (Song et al., 2002; Lim and Alvarez-Buylla, 1999).

Les jonctions adhérentes impliquent les cadhérines qui activent les voies de signalisation de -caténine, dont l’activation également médiée par la voie Wnt promeut l’autorenouvellement des cellules souches. En conditions de culture in vitro, les cellules souches expriment également les cadhérines qui favorisent les contacts entre les CSN pour promouvoir leur propre croissance (Lobo et al., 2003). Les cellules épendymaires produisent Noggin, un antagoniste de BMP induisant normalement la différenciation des

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CSN en astroglie. Un effet collaboratif de CXCR4-SDF-1 et SHH a également été décrit dans la régulation des CSN médiée par les épendymocytes, sans que les mécanismes précis ne soient pour le moment compris (Lim et al., 2000).

Les facteurs de croissance jouent aussi un rôle prépondérant dans le maintien des CSN de la niche. Ils proviennent des cellules de la niche elles-mêmes, des cellules endothéliales, des cellules neurales environnantes et se retrouvent capturées par la matrice extracellulaire. Il est actuellement admis que les CSN astrocytaires de type B sont relativement quiescentes et que les cellules C à forte prolifération sont réceptives à l’EGF, via l’EGFR. En effet, l’infusion in vivo d’EGF dans les ventricules latéraux, entraine un arrêt de la différenciation des cellules de type C en neuroblastes et une forte augmentation de leur prolifération. Cette différence de capacité à répondre à l’EGF est telle que la majorité des neurosphères obtenues in vitro proviendraient des cellules à prolifération rapide de type C plutôt que des cellules B, tandis que le bFGF maintiendrait préférentiellement les CSN de type B (Doetsch et al., 2002; Marshall et al., 2007; Wan et al., 2010). L’EGF n’est par contre pas le seul facteur engagé puisque la prolifération est régulée tout le long des zones germinales par bFGF, IGF1, TGF- , VEGF, Ephrin, S(( et CNTF… (Kirby et al., 2015; Komada, 2012; Lai et al., 2003; Chojnacki et al., 2003; Jin et al., 2002; Conover et al., 2000).

La niche vasculaire environnante fait partie intégrante de la niche neurogénique. Elle sécrète des molécules libérées par les cellules endothéliales et les péricytes. Elle sépare le cerveau de la circulation sanguine par une lame basale riche en laminine sur laquelle les cellules de type B viennent littéralement prendre pied via des intégrines (Lathia et al., 2007; Shen et al., 2008). Cette collaboration semble tout à fait primordiale d’autant que les phénomènes d’angiogenèse et de neurogenèse semblent être régulés par les mêmes facteurs de croissance tels que le VEGF, le bFGF, l’)GF-1 et le TGF- (Kirby et al., 2015; Palmer et al., 2000). De plus, en présence de ces signaux, les cellules endothéliales sécrètent alors des mitogènes et molécules de survie et de différenciation des neurones tels que bFGF, VEGF, PDGF, IL-8 ou encore BDNF (Hayon et al., 2012; Doetsch, 2003; Jin et al., 2002). Une des démonstrations les plus fascinantes a été menée sur le cerveau de canaris chanteurs. La testostérone entraîne un pic de libération de VEGF et de ses récepteurs sur les cellules endothéliales des centres supérieurs de la vocalise. En réponse, les cellules endothéliales sécrètent du BDNF, augmentant drastiquement la production de nouveaux neurones, permettant aux oiseaux d’apprendre tout au long de leur vie de nouvelles syllabes de chants (Louissaint Jr. et al., 2002; Cao et al., 2004).

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Toutes les cellules de la niche baignent dans la matrice extracellulaire (MEC) permettant de réguler la distribution des molécules solubles aux cellules, mais également de donner directement, via ses composants, des signaux trophiques aux cellules. De nombreux ligands sécrétés dans la MEC sont capturés, parfois clivés par des enzymes (désintégrines (ADAM), métallo-protéases de la matrice (MMP), inhibiteurs de MMP (TIMP) puis redistribués dans le temps et dans l’espace aux cellules de l’environnement. La ZSV adulte est ainsi riche en ténascine-C (TNC), en collagène I, en protéoglycanes (héparane sulfate et chondroitine sulfate) et en intégrines (von Holst, 2008; von Holst et al., 2007). L’héparane sulfate protéoglycane est justement un grand séquestreur des molécules de la MEC comme la TNC et les laminines, des mitogènes BMP, SHH et Wnt mais également des facteurs de croissances majeurs des NSC tels que EGF, bFGF, PDGF-AA et VEGF (Bernfield et al., 1999; Lai et al., 2003; Lim et al., 2000).

La complexité de la niche est telle que ces conditions ne peuvent pas être exactement reproduites en culture in vitro. Pour cette raison, tout mode de culture des CSN est critiquable. Que les cellules soient cultivées sous forme de sphères ou sous forme de monocouche adhérente, les milieux utilisés apportent les facteurs reconnus comme essentiels au maintien des cellules multipotentes. Ainsi les conditions les plus répandues sont dépourvues de sérum (dont la composition provoque la perte de multipotence des cellules) et comprennent nécessairement de l’EGF et du bFGF (Gritti et al., 1999; Reynolds et al., 1992), le supplément B27 (Brewer et al., 1993) et plus particulièrement pour les CSN humaines : de l’insuline ou de l’héparine (Glaser et al., 2007; Pollard et al., 2009).

La combinaison de ce cocktail de molécules dans la niche neurogénique permet d’activer les cascades de signalisation Notch-TF, Wnt- cat, S((-Gli1, BMP-SMAD et ainsi que des voies de signalisation : RAS/ERK et PI3K/AKT/mTOR (Llaguno et al., 2009). In fine, ces cascades permettent d’activer les facteurs de transcription de la régulation de prolifération / différenciation, dont nombre d’entre eux sont également des marqueurs spécifiques des CSN.