Etude des mécanismes du développement de la moelle épinière humaine par la mise en place de modèles in vitro dérivés de cellules souches pluripotentes humaines

La mise en place des circuits moteurs dépend, au cours du développement, de la spécification de plusieurs milliers de types de motoneurones (MNs) distincts générés à différentes positions le long de l’axe rostro-caudal (R-C) de la moelle épinière. En fonction de leur localisation, ces MNs acquièrent des propriétés particulières telles que la position des corps cellulaires ou encore la spécificité de leurs projections axonales vers leur muscles cible. La diversification des MNs est en correspondance avec différents segments de la moelle épinière : cervical, brachial, thoracique, lombaire et sacral dans lesquels ils s’organisent en colonnes motrices, chacune innervant un groupe de muscles cibles ayant des fonctions motrices communes. Au sein de ces colonnes, les MNs forment des pools moteurs correspondant aux MNs innervant un même muscle. La formation de cette diversité dépend très largement d’une grande famille de facteurs de transcription : les gènes Hox. Lors du développement, ces sous-types de MNs sont progressivement spécifiés depuis la partie rostrale vers la partie caudale, des premiers formés, les MNs cervicaux, aux derniers générés, les MNs sacrés. Cette spécification temporelle provient de la différenciation progressive de progéniteurs axiaux qui subissent des changements séquentiels de leur compétence au fil du temps. Cependant, les mécanismes à l’origine de ce changement de compétence restent mal connus. Leur étude in vivo est limitée ; chez les animaux, dû à la complexité des systèmes vivants (cellules rares au sein de structures complexes, influence de plusieurs signaux extrinsèques sur la population d’intérêt) et impossible chez l’Homme. Pour aborder cette question, j’ai donc tiré parti des possibilités offertes par la différenciation in vitro des cellules souches pluripotentes humaines. J’ai d'abord caractérisé, chez l'embryon humain, le profil d'expression des facteurs de transcription HOX qui identifient les sous-types de MNs spinaux situés à différents niveaux R-C de la moelle épinière. Ensuite j’ai développé une stratégie pour générer à partir des cellules souches humaines des progéniteurs ayant les caractéristiques de progéniteurs axiaux. Ceci m’a permis de montrer que ces cellules changent de compétence au cours du temps comme dans les embryons de modèles vertébrés et peuvent générer séquentiellement différentes populations de MNs. Ce modèle m’a alors permis d’identifier les mécanismes sous-jacents à ces changements de compétence et de