Microcéphalie, Lissencéphalie, Modélisation de pathologies, Organoïdes cérébraux humains, Dynéine, Mitose, Migration neuronale

Le développement du cortex, organe à l'origine de nos capacités cognitives complexes, est une suite très régulée d'évènements cellulaires. La prolifération de cellules souches neurales (NSCs), suivie par une migration des neurones à travers le cortex, permet la formation des couches neuronales qui composent le cortex. Des perturbations de ces évènements peuvent conduire à des malformations du développement cortical (MCDs). Notre équipe s'est intéressée aux causes génétiques de ces maladies, notamment celles concernant les microtubules et les moteurs moléculaires qui leurs sont associés. La dynein est un moteur moléculaire unique, jouant un rôle primordial dans la neurogénèse car elle régule la division des NSCs et la migration des neurones. Notre équipe, a mis en évidence que des mutations dans le gène DYNC1H1, codant pour la chaine lourde de la dynein, donnent lieu à différentes maladies neurologiques appelées dyneinopathies. Celles-ci peuvent être d'ordre cérébral appelées MCDs telle que la microcéphalie, où une réduction du volume du cerveau est observée, ou d'ordre spinal, telle que l'atrophie musculaire spinale des membres inférieurs (SMALED), sans déformation du cortex. Ces observations suggèrent que les fonctions principales de la dynein seraient différentes dans le cortex et dans la moelle épinière. Cependant, pourquoi certaines mutations conduisent à des MCDs et d'autres à des SMALEDs reste incompris. Curieusement, les mutations ont tendance à former deux groupes distincts sur le gène DYNC1H1, suggérant que les mutations à l'origine des MCDs et des SMALEDs, auraient des conséquences différentes sur des fonctions précises de la dynein telles que ses interactions avec différents partenaires, son activité motrice ou son homodimérisation. Mon projet apporte des informations importantes sur les causes cellulaires des dyneinopathies, et démontre une possible corrélation phénotype-génotype. L'objectif principal est de déterminer les mécanismes cellulaires dépendants de la dynein, sous-jacents des différentes mutations à l'origine de l'une ou de l'autre des pathologies, en se concentrant sur le développement du cortex. Afin d'étudier ces fonctions dans le cerveau, j'ai utilisé les organoïdes cérébraux car ils récapitulent en détail les caractéristiques du développement du cortex humain. J'ai identifié des perturbations de différents évènements dépendants de la dynein dans les organoïdes mutés MCD, absentes des organoïdes mutés SMA, concernant le déroulement de la division des NSCs et de la migration des neurones. Ces évènements sont très dynamiques, ce qui fait du Live-Imaging la meilleure méthode pour étudier ces mécanismes cellulaires. Les organoïdes mutés MCD sont plus petits que les organoïdes mutés SMA, ayant une croissance similaire aux organoïdes contrôles. Ces résultats sont en accord avec les phénotypes des patients. Une diminution de la taille, peut être la conséquence d'une réduction du nombre de cellules finales dans le tissue. Or une mort cellulaire massive est observée dans les organoïdes mutés MCD et pas dans les organoïdes mutés SMA ou contrôles, ce qui conduit certainement à un plus petit nombre de neurones dans les organoïdes mutés MCD. A l'aide de la technique du Live-Imaging, j'ai mis en évidence une plus longue mitose des NSCs dans les organoïdes mutés MCD comparé aux organoïdes contrôles et mutés SMA. Cela pourrait conduire à la production de moins de neurones au cours du temps et/ou à l'apoptose des cellules filles après une mitose trop longue et imparfaite. Dans les organoïdes mutés MCD seulement, une altération de la migration neuronale a été observée, pouvant expliquer la perturbation de la croissance de ces organoïdes. Ces résultats rassemblent d'importantes informations concernant les mécanismes cellulaires sous-jacents des dyneinopathies. Cela soulève de nouvelles questions sur les mécanismes moléculaires pouvant expliquer ces altérations et ouvre le chemin à de futures études.