Le rôle du système immunitaire sur la modulation de la neurogènese suite à un accident aigu ou ...

203 Pages·2017·6.62 MB·French

Le rôle du système immunitaire sur la
modulation de la neurogènese suite à un
accident aigu ou une maladie
neurodégénérative chronique

Thèse

SENTHIL KRISHNASAMY

Doctorat en neurobiologie
Philosophiae doctor (Ph. D.)

Québec, Canada

© Senthil Krishnasamy, 2017

Le rôle du Système immunitaire sur la
modulation de la neurogène Suite à un accident
aigu ou une maladie neurodégénérative
chronique

Thèse

SENTHIL KRISHNASAMY

Sous la direction de :

Jasna Kriz, directrice de recherche

Résumé

L’interaction entre les cellules souches neuronales et les cellules du système
immunitaire lors d’une condition pathologique n’est pas bien caractérisée. D’ailleurs,
la communauté scientifique s’interroge sur l’implication des cellules du système
immunitaire inné sur la régénérescence du système nerveux central à la suite d’un
accident aigu ou d’une maladie neurodégénérative. L’objectif de cette thèse est
d’investiguer l’implication d’un récepteur de type Toll, plus précisément le récepteur
TLR2, sur la modulation de la neurogenèse lors d’un accident aigu et dans le cadre
d’une maladie neurodégénérative.
Les récepteurs de type Toll font partie du groupe de récepteurs de reconnaissance de
motifs moléculaires (PRR), activés à la suite d’une infection ou d’une blessure.
D’ailleurs après une ischémie cérébrale, on peut observer par bioimagerie in-vivo une
forte induction du récepteur TLR2. L’expression du récepteur de type TLR2 dans les
neurones est principalement associée à deux régions : la région sous-ventriculaire du
cerveau antérieur (SVZ) et la région sous-granulaire de l’hippocampe (SGZ). Nestin,
une protéine impliquée dans la formation des filaments intermédiaires, est aussi
fortement exprimée dans cette région par les cellules souches neuronales. C’est
pourquoi nestin est utilisé comme marqueur de neurogenèse.
Pour le premier chapitre de ma thèse, nous avons généré un nouveau modèle murin
afin d’étudier la neurogenèse avec l’imagerie par bioluminescence. En effet, la souris
Nestin-luc/GFP s’avère un excellent modèle qui permet de suivre l’expression de
nestin dans les cellules progénitrices neuronales (NPCs) après une ischémie cérébrale
en temps réelle. Une forte expression de nestin fut observée par imagerie à 1, 3 et 7
jours suivant l’ischémie cérébrale. Pour le deuxième chapitre de ma thèse, nous avons
estimé la population des cellules progénitrices neuronales chez les souris TLR2 KO
à la suite d’une ischémie cérébrale. Chez ces souris, nous avons pu observer par
immunofluorescence une baisse significative du nombre de cellules progénitrices
neuronales dans la région du SVZ et du SGZ. Ceci suggère que la présence du
récepteur TLR2 est nécessaire afin de maintenir la survie des NPCs suite à une
iii
ischémie cérébrale. Pour le troisième chapitre de ma thèse, nous avons caractérisé un
modèle murin de démence fronto-temporale (FTLD), la souris TDP-43A315T. Afin de
mieux comprendre le rôle du récepteur TLR2 lors de la neurodégénérescence nous
avons croisé la souris TLR2-luc/GFP à la souris TDP-43A315T. Dans ce modèle murin
de FTLD, les symptômes cognitifs apparaissent vers l’âge de 7 à 8 mois et sont
associés à une forte activation du récepteur TLR2. De plus, toujours grâce à
l’imagerie in-vivo effectuée durant les 36 premiers mois de leur vie, on a pu observer
des niveaux supérieurs d’activation du récepteur TLR2 durant la phase pré-
symptomatique de la maladie comparée à la phase post-symptomatique. Par la suite, à
l’aide de marqueurs de neurogenèse (Nestin, DCX et Ki-67) un nombre de NPCs plus
élevé fut observé par immunofluorescence chez les souris plus jeunes ce qui suggère
une corrélation entre le niveau d’activation du récepteur TLR2 et la neurogenèse.
En se basant sur ces évidences, je peux conclure que ma thèse a démontré
l’importance de la voie signalétique du récepteur TLR2 après un accident cérébrale
aigu et lors de troubles neurodégénératifs.

iv
Abstract

Interaction between neural progenitors and immune cells under pathological
conditions is not well understood. Still now researchers debate role of innate immune
cells in the regeneration of central nervous system following acute injury and
neurodegeneration.
Our aim is to investigate the role of Toll-like receptors in the modulation of
neurogenesis followed by acute and chronic neurodegeneration.
Nestin, an intermediate filament protein, is expressed by neural stem and progenitor
cells. Nestin is considered as a potential marker for neurogenesis. The two neurogenic
niches of the brain, sub ventricular zone (SVZ) and sub granular zone (SGZ) produce
neural stem cells throught the life. We have characterized transgenic mice to study
neurogenesis by in vivo bioluminescence imaging. Our mouse model Nestin-luc/GFP
mouse is an excellent tool to track the neural progenitors expression after stroke. In
vivo bioluminescence imaging revealed that robust expression of nestin signal at 1
day, 3 days and 7 days following stroke.
Toll like receptors are the member of pattern recognition receptors, they activated
upon infection and injury. In recent years, expression of toll like receptors in neuronal
cells is well established in the two neurogenic regions of the brain. Activation of
TLR-2 signal has been observed previously by in vivo imaging followed by stroke.
Stroke induced neurogenesis is well characterised in these two neurogenic regions.
Secondly, we have studied the role of TLRs in the modulation of neurogenesis
followed by ischemia. In the TLR2KO transgenic mice, following cerebral ischemia,
neural progenitors population were declined in both neurogenic regions compared to
the wild type mice indicating TLR2 is necessary for the survival of neural progenitors
in the ischemic brain.
TDP-43A315T is a transgenic mouse is valid mouse model of Fronto temporal
dementia. The onset of symptom will start at the age of 7-8 months. In this mouse, we
have seen the higher expression of TLR2 in comparison to the wild type mice.
Regarding the pivotal role of TLR2 signalling in neurodegeneration, we have studied
their impact on neurogenesis in the FTLD mouse model. In TLR-2 GFP/luc X TDP-
v
43A315T mice mouse model, TLR-2 expression was studied by in vivo imaging from
3months to 36 months. Longitudinal in vivo imaging showed an elevation of TLR2
signal in the pre-symptomatic phase of disease when compared to the post
symptomatic transgenic mice. Next we have done an immunofluorescence analysis to
estimate the NPGs population in the young and old mice. Up regulation of
neurogenesis markers such as nestin, DCX and Ki-67 were observed in the young
transgenic mice compared to the old mice which suggesting that TLR2 mediates the
modulation of neurogenesis.
In this thesis work first, we have developed a mouse model to study neurogenesis by
in vivo imaging. Secondly we have showed the importance of TLR2 in the regulation
of neurogenesis after ischemia induction. Finally, mediation of TLR2 in the
neurodegeneration and neurogenesis was observed. Our results showed the
importance of TLR2 signalling in the brain following acute and chronic
neurodegenerative conditions.

vi
Table of Contents

Résumé ........................................................................................................................ iii
Abstract ......................................................................................................................... v
Table of Contents ....................................................................................................... vii
List of Tables ............................................................................................................... xv
List of Figures .......................................................................................................... xvii
Abbrevations .............................................................................................................. xix
Acknowledgements ................................................................................................. xxiii
Foreword ................................................................................................................... xxv
Chapter 1: Introduction ................................................................................................. 1
1.1 Timeline of neurogenesis ................................................................................................. 2
1.1.1. Adult neurogenesis in the rodent hippocampus .................................................. 4
1.1.1.1 Importance of adult hippocampal neurogenesis .......................................... 5
1.1.1.3 Subgaranualr Zone (SGZ) .................................................................................. 7
1.1.2 In vivo imaging of neurogenesis .............................................................................. 9
1.1.2.1 Bioluminescence Imaging ................................................................................. 9
1.1.2.2 In vivo imaging strategy ................................................................................... 11
1.1.3 Neurogenesis in ageing ............................................................................................. 12
1.1.3.1. Adult neurogenesis in Parkinson’s disease .................................................... 14
1.1.3.2 Seizure induced neurogenesis ............................................................................ 14
1.1.3.3 Stroke induced neurogenesis .............................................................................. 15
1.1.3.4 Neurogenesis after Traumatic Brain Injury .................................................. 16
1.1.3.5 Neurogenesis in Huntingtons disease .............................................................. 17
1.1.3.6 Neurogenesis in Alzheimer’s disease ................................................................ 17
1.1.3.7 Alterations in neruogeneis in HIV associated cognitive disorders ......... 18
1.1.4. Animal models of neurogenesis ............................................................................ 18
1.1.4.1 Fluorescent markers for cell labeling ....................................................... 19
1.1.4.2 Nestin-based transgenic lines............................................................................. 19
1.1.4.3 DCX-based transgenic lines ................................................................................. 20
1.2 Inflammation in the nervous system......................................................................... 21
1.2.1. Microglia ...................................................................................................................... 21
1.2.1.1 Microglial migration ............................................................................................. 22
1.2.1.2 Histological studies of Microglia ....................................................................... 23
vii
1.2.1.4 Microglia suppress destructive inflammation ................................................ 24
1.2.1.5 The M1 and M2 microgla phenotypes ......................................................... 24
1.2.1.6 Microglial Involvement in Adult Neurogenesis ............................................. 24
1.2.1.7 In vivo imaging of microglia in neurodegenration ....................................... 26
1.2.2 Inflammation in stroke.............................................................................................. 27
1.2.3 Neuroglial inflammation in ALS ........................................................................... 31
1.2.3.1 Microglia in ALS .................................................................................................... 31
1.2.4 Cytokines and Neuroplasticity ............................................................................... 31
1.2.4.1 IL-1α and IL-1β ....................................................................................................... 33
1.2.4.2 IL-6 ............................................................................................................................. 33
1.2.4.3 IL-4, IL-10, and IL-11 ........................................................................................... 33
1.2.4.4 IFN-α and IFN-γ ..................................................................................................... 33
1.2.4.5 TNF-α ......................................................................................................................... 33
1.3 Introduction to toll-like receptor (TLR) .................................................................. 34
1.3.1 TLR expression during development ................................................................... 34
1.3.2 TLR family................................................................................................................... 35
1.3.2.1 TLR1, TLR2, AND TLR6 ...................................................................................... 36
1.3.2.2 TLR3 ........................................................................................................................... 36
1.3.2.3 TLR4 ........................................................................................................................... 37
1.3.2.4 TLR5 ........................................................................................................................... 37
1.3.2.5 TLR7 and TLR8 ....................................................................................................... 37
1.3.2.6 TLR9 ........................................................................................................................... 37
1.3.2.7 TLR11 ......................................................................................................................... 37
1.3.3 TLR Signalling ............................................................................................................ 38
1.3.3.1 TLR signalling pathways ...................................................................................... 39
1.3.3.2 MyD88-dependent pathway ................................................................................. 40
1.3.4 Toll-like receptors mediation inflammation of the central nervous system
.................................................................................................................................................... 40
1.3.5 Toll like receptors in neurodegenerative conditions ........................................ 43
1.3.6 TLRs as potential therapeutic targets against neuro inflammation ............ 45
1.3.6.1 Use of TLRs as potential pharmacological targets for cerebral ischemia
.................................................................................................................................................... 46
1.3.7 TLRs and neural progenitor cell proliferation ................................................... 46
1.3.7.1 TLRs and NPC fate ................................................................................................ 46
viii