ÉQUIPE

Polarisation et décisions binaires au sein du système nerveux

Responsable d'équipe : V. Bertrand

Nous cherchons à comprendre comment les divisions des progéniteurs neuronaux sont régulées et comment des neurones différenciés sont produits de manière robuste.

GRAND PUBLIC

Les neurones sont souvent générés par division asymétrique de cellules progénitrices comme les cellules souches neurales. Lors de ce processus une cellule progénitrice se divise asymétriquement pour générer soit deux neurones d’identité différente soit un neurone et une nouvelle cellule progénitrice. Dans le système nerveux les divisions asymétriques des différents progéniteurs neuronaux sont étroitement coordonnées ce qui nécessite une communication entre cellules. De plus, au cours du développement du système nerveux, un ensemble très précis de différents types de neurones est produit ce qui implique que leur mécanisme de spécification soit très robuste.

Embryo-3D-reconstruction

Reconstruction 3D d’un embryon de C. elegans en cours de gastrulation.

Notre équipe analyse comment les divisions asymétriques des progéniteurs neuronaux sont controlées et comment différents types de neurones différenciés sont produits d’une manière fiable. Pour aborder ces questions nous utilisons le nématode C. elegans comme organisme modèle. C. elegans est un système de choix pour l’étude de ces mécanismes car son système nerveux est simple et bien caractérisé. De plus, chez C. elegans, le lignage de tous les neurones est connu, les embryons sont transparents et leur développement peut être facilement suivi par vidéomicroscopie 4D. Enfin ce système offre de nombreux outils pour analyser les bases moléculaires des processus biologiques comme les cribles génétiques à grande échelle, la transgénèse ou l’ingénierie du génome par CRISPR.

Reconstruction 3D d’un embryon de C. elegans à trois temps successifs en utilisant de la microscopie à feuille de lumière (tubuline en vert, histone en rouge).

 

En caractérisant les mécanismes controlant les divisions des progéniteurs neuronaux et leur différenciation, notre travail a un impact potentiel concernant le traitement de certains cancers et maladies neurodégénératives.

PUBLIC EXPERIMENTÉ

Chez les vertébrés et les invertébrés les neurones sont souvent générés par division asymétrique de cellules progénitrices comme les cellules souches neurales. Ce mécanisme à la base de la construction du système nerveux soulève deux questions importantes: comment ces divisions sont coordonnées dans l’espace et comment les deux cellules filles acquièrent une identité différente de manière robuste.

Nous abordons ces questions en utilisant comme système modèle le nématode C. elegans. Chez C. elegans la plupart des neurones sont générés durant la neurulation par des divisions asymétriques orientées le long de l’axe antéro-postérieur. Nous avons montré que ces divisions sont régulées par une voie Wnt/β-caténine. Nous cherchons maintenant à établir :

ImageJ=1.42q

Embryon de C. elegans en cours de gastrulation exprimant tubuline::GFP (vert) et histone::RFP (rouge).

1) Comment le champ de progéniteurs neuronaux est polarisé (en amont des divisions asymétriques). Nous avons récemment observé que des ligands Wnt, exprimés à des niveaux plus élevés au postérieur de l’embryon, régulent ce processus. Nous analysons actuellement comment ces ligands Wnt polarisent les progéniteurs neuronaux en utilisant des techniques d’imagerie in vivo avancées avec une résolution en molécules uniques.

2) Comment les cellules filles acquièrent des destins neuronaux différents de manière fiable (en aval des divisions asymétriques). Nous analysons comment la voie Wnt/β-caténine est connectée au programme de différenciation terminale des neurones et nous avons identifié un nouveau mode d’action pour TCF, le facteur de transcription clé de la voie Wnt. Nous étudions également les mécanismes permettant à ce processus de spécification d’être extrêmement robuste et en particulier la contribution de facteurs chromatiniens. Nous abordons cette question en combinant ingénierie du génome par CRISPR, imagerie quantitative in vivo et hybridation in situ fluorescente d’ARNm en molécules uniques.

La voie Wnt/β-caténine étant impliquée dans de nombreux cancers et dans la régulation des divisions asymétriques des cellules souches neurales de vertébrés, cette étude pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour le traitement de cancers et la manipulation contrôlée des cellules souches neurales à des fins de thérapies régénératives.


Selected publications

PUBLICATION

Neuronal specification in C. elegans: combining lineage inheritance with intercellular signaling

Barrière A, Bertrand V.
J Neurogenet. 2020 Jun 30:1-9. doi: 10.1080/01677063.2020.1781850. PMID: 32603241

PUBLICATION

Wnt ligands regulate the asymmetric divisions of neuronal progenitors in C. elegans embryos

Shilpa Kaur, Pauline Mélénec, Sabrina Murgan, Guillaume Bordet, Pierre Recouvreux, Pierre-François Lenne, Vincent Bertrand
Development 2020 147: dev183186 doi: 10.1242/dev.183186 Published 6 April 2020 PMID: 32156756

PUBLICATION

Zic Genes in Nematodes: A Role in Nervous System Development and Wnt Signaling.

Bordet G, Bertrand V.
Adv Exp Med Biol. 2018;1046:59-68. doi: 10.1007/978-981-10-7311-3_4. PMID: 29442317

PUBLICATION

Zic-proteins are repressors of dopaminergic forebrain fate in mice and C. elegans.

Tiveron MC, Beclin C, Murgan S, Wild S, Angelova A, Marc J, Coré N, de Chevigny A, Herrera E, Bosio A, Bertrand V, Harold C.
J Neurosci. 2017 Sep 29. pii: 3888-16. PMID: 28972122

PUBLICATION

β-catenin-driven binary cell fate decisions in animal development.

Bertrand V.
Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 2016 Mar 7. PMID: 26952169

PUBLICATION

How targets select activation or repression in response to Wnt

Murgan S, Bertrand V.
Worm. 2015 Sep 1;4(4):e1086869. PMID: 27123368

PUBLICATION

Atypical transcriptional activation by TCF via a Zic transcription factor in C. elegans neuronal precursors.

Murgan S, Kari W, Rothbächer U, Iché-Torres M, Mélénec P, Hobert O, Bertrand V.

Dev Cell. 2015 Jun 22;33(6):737-45. PMID: 26073017

PUBLICATION

Setting-up a simple light sheet microscope for in toto imaging of C. elegans development.

Chardes C., Melenec P., Bertrand V. And Lenne P.F.
J Vis Exp. 2014 May 5;(87). PMID: 24836407

PUBLICATION

Notch-dependent induction of left/right asymmetry in C. elegans interneurons and motoneurons.

Bertrand V, Bisso P, Poole RJ, Hobert O.
Curr Biol. 2011 Jul 26;21(14):1225-31. PMID: 21737278

PUBLICATION

Lineage programming: navigating through transient regulatory states via binary decisions.

Bertrand V, Hobert O.
Curr Opin Genet Dev. 2010 Aug;20(4):362-8. PMID: 20537527

PUBLICATION

Analysis of multiple ethyl methanesulfonate-mutagenized Caenorhabditis elegans strains by whole-genome sequencing

Sumeet Sarin, Vincent Bertrand, Henry Bigelow, Alexander Boyanov, Maria Doitsidou, Richard J Poole, Surinder Narula, Oliver Hobert
Genetics . 2010 Jun;185(2):417-30. doi: 10.1534/genetics.110.116319. Epub 2010 May 3. PMID: 20439776

PUBLICATION

Wnt asymmetry and the terminal division of neuronal progenitors.

Bertrand V, Hobert O.
Cell Cycle. 2009 Jul 1;8(13):1973-4. PMID: 19550137

PUBLICATION

Linking asymmetric cell division to the terminal differentiation program of postmitotic neurons in C. elegans.

Bertrand V, Hobert O.
Dev Cell. 2009 Apr;16(4):563-75. PMID: 19386265

Membres more

khulganaa Buyannemekh Antoine Barriere     Sabrina Murgan Fabien Soulavie  
Vincent Bertrand
Fermer la fenêtre
Vincent Bertrand

Chercheur

Il a effectué une thèse à Marseille sur le développement précoce des ascidies puis un postdoc à New York sur la différenciation des neurones de C. elegans. Depuis avril 2011 il dirige à l’IBDM une équipe de recherche qui travaille sur les mécanismes de polarisation et de spécification au cours du développement du système nerveux en utilisant l’embryon de C. elegans comme organisme modèle.

khulganaa Buyannemekh
Fermer la fenêtre
khulganaa Buyannemekh

Doctorant

Antoine Barriere
Fermer la fenêtre
Antoine Barriere

Chercheur

Fermer la fenêtre
Carole Couillault

Ingénieur / Technicien

Fermer la fenêtre
Konstantina Filippopoulou

Doctorant

Sabrina Murgan
Fermer la fenêtre
Sabrina Murgan

Chercheur

Suite à une thèse sur le développement du xénope à Buenos Aires, elle a rejoint l’équipe comme postdoc en novembre 2012. Elle travaille sur les mécanismes transcriptionnels qui permettent de lier les divisions asymétriques des précurseurs neuronaux au programme de différenciation terminal des neurones postmitotiques.

Fabien Soulavie
Fermer la fenêtre
Fabien Soulavie

Post-doctorant

Fermer la fenêtre
Amel Toudji-zouaz

Ingénieur / Technicien

En bref

Animal model
Processus biologique étudié
  • Polarisation des progéniteurs neuronaux et différenciation des neurones
Techniques biologiques
  • Techniques in vivo d’imagerie avancées
  • Hybridation in situ fluorescente d’ARNm en molécules uniques
  • Ingénierie du génome par CRISPR
  • Cribles automatisés
Application médicale
  • Cancer
  • Maladies neurodégénératives
  • Thérapie cellulaire

Liens

Base de données génétique nématodes : Wormbase

Base de données sur l’anatomie C. elegans Wormatlas

Revues en ligne concernant la biologie de C. elegansWormbook