Neurogenèse et vieillissement

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1 Neurogenèse chez l adulte Neurogenèse et vieillissement Définitions Historique et méthodes d études Quelles structures cérébrales sont concernées? Neurogenèse adulte au cours du vieillissement physiologique Colloque M2 - Saint Charles - 10 Décembre 2007 Aspects cellulaires et moléculaires Effets d un environnement enrichi Neurogenèse adulte au cours du vieillissement pathologique Sylvian Bauer CRN2M - Site de Saint-Jérôme Département de Physiologie Neurovégétative Marseille, France Maladie d Alzheimer Maladie de Huntington Maladie de Parkinson Accident vasculaire cérébral - ischémie - hypoxie Peut-on exploiter les mécanismes de la neurogenèse adulte pour réparer ou prévenir le vieillissement du système nerveux? Nature Reviews Neuroscience (2000), 1, Neurogenèse = prolifération de cellules progénitrices migration / différenciation survie / intégration synaptique 1960s : Introduction de la thymidine tritiée 1990s : Introduction de la bromodéoxyuridine (BrdU) 2000s : Usage de souris transgéniques Dans quelles zones cérébrales? Science (1999), 286, Gould, Nature Reviews Neuroscience (2007), 8, Science (2000), 288, 771a. 1

2 Journal of Neurocience (1984), 4, Nature Reviews Neuroscience (2002), 3, Journal of Neuroscience (2002), 22, Science (1985), 227, Problème majeur avec les analogues de la thymidine: Ce sont des marqueurs spécifiques de la synthèse d ADN, pas de la prolifération cellulaire. Possibilité de marquer également les synthèses d ADN liées à d autres phénomènes: réparation d ADN ou mort cellulaire Les analogues de la thymidine: avantages et limites Les analogues de la thymidine: avantages et limites Thymidine tritiée: approche quantitative difficilement associable avec techniques immunohistochimiques pour identifier un phénotype cellulaire déchets radioactifs BrdU: approche non quantitative facilement associable avec techniques immunohistochimiques pour identifier un phénotype cellulaire From Rakic, Journal of Neuroscience (2002), 22, From Rakic, Nature Reviews Neuroscience (2002), 3,

3 Journal of Cell Biology (2005), 171, Journal of Neurocience (2004), 24, The subventricular zone - olfactory bulb system Neurogenèse au niveau du bulbe olfactif SVZ OB RMS DCX GFAP Prolifération dans la zone sous-ventriculaire (SVZ) Injection in vivo de rétrovirus GFP GFP GFP DCX 3 weeks BrdU Ki67 3

4 Analysis of long-term label retaining cells in vivo (neural stem cells) Composition of the SVZ Double nucleoside labeling strategy using two halogenated thymidine analogs that can be detected separately : Iodo- and Chloro-deoxyuridine Adapted from Doetsch et al., J. Neurosci. (1997), 17, Type B and C cells self-renew and do not migrate. Type A cells proliferate, migrate to the OB, and differentiate into neurons. SVZ regeneration in vivo after AraC infusion Neurospheres: an in vitro model for neural stem cells. Single cells dissociated from the adult SVZ grow as clones that can be passaged multiple times after spheres are dissociated. Single spheres generate astrocytes, oligodendrocytes, and neurons. From Doetsch et al., Neuron (2002), 36, self-renewal and multipotentiality Effets du vieillissement au niveau de la zone sous-ventriculaire (SVZ) adulte Réduction de prolifération cellulaire dans la SVZ au cours du vieillissement. Souris adulte, sacrifice 10h après BrdU. Tropepe et al., J. Neuroscience (1997), 17,

5 Réduction du nombre de cellules néo-formées au niveau du bulbe olfactif au cours du vieillissement. Le cycle cellulaire au niveau de la SVZ est allongé au cours du vieillissement. Souris adulte, sacrifice 30 jours après BrdU. Souris adulte, co-injection de BrdU et thymidine tritiée, sacrifice 30 minutes après injection. Tropepe et al., J. Neuroscience (1997), 17, Tropepe et al., J. Neuroscience (1997), 17, Corrélation entre réduction de neurogenèse dans le bulbe olfactif et altération des capacités de discrimination des odeurs au cours du vieillissement. Réduction de prolifération cellulaire et d expression d EGFR dans la SVZ âgée EGFR Souris adulte, sacrifice 10h après BrdU. CNTFR Enwere et al., J. Neuroscience (2004), 24, Altération du microenvironnement (niche neurogénique) dans la SVZ âgée: réduction d expression d EGFR et de TGFα Expansion et régénération sont moins efficaces dans la SVZ âgée Expansion après infusion d EGF Régénération après infusion d AraC Enwere et al., J. Neuroscience (2004), 24, Enwere et al., J. Neuroscience (2004), 24,

6 Réduction de la capacité à générer des neurosphères Les cellules-souches neurales de la SVZ adulte au cours du vieillissement. Enwere et al., J. Neuroscience (2004), 24, Réduction du nombre de cellules-souches neurales dans la SVZ au cours du vieillissement Conclusions - SVZ Le vieillissement réduit la neurogenèse du bulbe olfactif. Protocole schématique: semaines de traitement CldU 5 6 IdU 7 Diminution du nombre de cellules progénitrices en prolifération dans la SVZ Allongement de la durée du cycle cellulaire Altération du microenvironnement (facteurs de croissance) Corrélation entre réduction de neurogenèse dans le bulbe olfactif et diminution des capacités de discrimination des odeurs Pas de données sur la migration neuronale (vitesse, direction, ) ou la maturation et l intégration des nouveaux neurones au niveau du bulbe olfactif. Maslov et al., J. Neuroscience (2004), 24, Effets du vieillissement sur la neurogenèse de l hippocampe Réduction de neurogenèse dans l hippocampe au cours du vieillissement: rôle de la prolifération cellulaire Hippocampe de rat adulte, sacrifice 6 semaines après BrdU Hippocampe de rat adulte, sacrifice 12h après BrdU Kuhn et al., J. Neuroscience (1996), 16,

7 Effets de l enrichissement environnemental Pas d effet de l enrichissement environnemental sur la prolifération cellulaire, mais action pro-survie Hippocampe de souris adulte, sacrifice 1 jour ou 4 semaines après BrdU Kempermann et al., J. Neuroscience (1998), 18, Kempermann et al., J. Neuroscience (1998), 18, L enrichissement environnemental stimule la neurogenèse adulte, y compris chez les individus âgés Vieillissement : corrélation entre réduction de neurogenèse et diminution des capacités mnésiques PNAS (2003), 100, Hippocampe de souris adulte, sacrifice 4 semaines après BrdU Kempermann et al., J. Neuroscience (1998), 18, L activité physique volontaire (course) stimule la neurogenèse adulte, y compris chez les individus âgés L activité physique volontaire (course) stimule la neurogenèse adulte, y compris chez les individus âgés Meilleure acquisition et rétention dans le test de la piscine de Morris Souris adulte, sacrifice 4 semaines après BrdU Van Praag et al., J. Neuroscience (2005), 25,

8 3 mois Altération de la maturation précoce des nouveaux neurones au cours du vieillissement 18 mois 4 semaines après injection de rétrovirus GFP Pas de variation de la longueur ou de la complexité des dendrites Pas de variation de la densité d épines denditriques Van Praag et al., J. Neuroscience (2005), 25, Moins de cellules progénitrices au cours du vieillissement Utilisation de Doublecortin (DCX), un marqueur de la totalité des neurones nouvellement générés. Altération de l autorenouvellement ou de la survie des cellules progénitrices au cours du vieillissement? Rao et al., Europ. J. Neuroscience (2005), 21, Rôle du microenvironnement : la niche neurogénique Conclusions - hippocampe Le vieillissement réduit la neurogenèse de l hippocampe. Diminution du nombre de cellules progénitrices en prolifération Pas de variation de la durée du cycle cellulaire Altération du microenvironnement? Corrélation entre réduction de neurogenèse dans l hippocampe et déficit mnésique (mémorisation spatiale) Pas de variation du nombre de capillaires, ni de leur périmètre ou de leur aire de surface au cours du vieillissement Chez l individu âgé, la neurogenèse adulte peut être stimulée par des manipulations de l environnement Van Praag et al., J. Neuroscience (2005), 25,

9 Neurogenèse au cours du vieillissement pathologique Neurogenèse au cours du vieillissement pathologique PNAS (2003), 100, PNAS (2003), 100, PNAS (2004), 101, PNAS (2004), 101, Neurogenèse au cours du vieillissement pathologique 9