Régulation épigénétique de l'identité et de la fonction des neurones corticaux

Le programme scientifique qui relie les équipes de l’INMG-PGNM s’articule autour de l’étude de la physiopathologie des neurones et des muscles squelettiques. Nous visons à décrypter les mécanismes biologiques aux niveaux moléculaire, cellulaire, tissulaire et de l’organisme entier pour mieux comprendre leurs altérations dans les pathologies humaines afin de découvrir de nouvelles approches thérapeutiques. Pour atteindre cet objectif, nos équipes combinent des approches multi-échelles et multidisciplinaires, en tirant parti des modèles les plus appropriés pour mener une recherche ambitieuse autour de trois axes de recherche principaux : (1 ) Physiologie et biologie cellulaire du système neuromusculaire, (2) Neurobiologie cellulaire et moléculaire et (3) Dynamique nucléaire.

Les neurones corticaux sont les unités fondamentales de traitement de l'information du cortex cérébral, la région cérébrale responsable de fonctions supérieures telles que la perception, la prise de décision et le contrôle moteur. Ils reçoivent, intègrent et transmettent des signaux électriques et chimiques, formant des réseaux complexes qui sous-tendent la cognition et le comportement.

La régulation épigénétique joue un rôle crucial dans le développement, le fonctionnement et la plasticité des neurones corticaux. Elle désigne les modifications héréditaires mais réversibles de l'expression génétique qui n'impliquent pas de modifications de la séquence d'ADN. Les mécanismes clés incluent la méthylation de l'ADN et les modifications des histones (par exemple, l'acétylation, la méthylation), qui contrôlent l'accessibilité de la chromatine et influencent la transcription génique dépendante de l'activité, nécessaire à la plasticité synaptique et à la formation de la mémoire. Dans les neurones corticaux, ces processus épigénétiques orchestrent la transition des progéniteurs aux sous-types neuronaux matures, régulent la connectivité synaptique et soutiennent les changements dépendants de l'activité qui sous-tendent l'apprentissage. La dérégulation des mécanismes épigénétiques a été associée à des troubles neurodéveloppementaux et neuropsychiatriques tels que l'autisme, la schizophrénie et la déficience intellectuelle. Cependant, notre compréhension actuelle de la régulation épigénétique dans le contexte des neurones corticaux est en retard par rapport à celle de nombreux autres tissus et types cellulaires, en partie en raison de la difficulté technique que représente l'étude de ces cellules au niveau moléculaire.

Le modèle de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) converti en neurones corticaux par l'expression forcée du facteur de transcription Neurogénine-2 (NGN2) a été initialement développé par le lauréat du prix Nobel Thomas Sudhoff afin de fournir un modèle techniquement accessible pour la réalisation d'études moléculaires et cellulaires des neurones corticaux. Ce modèle a depuis été largement adopté et perfectionné par la communauté scientifique et constitue un modèle établi au sein de notre équipe. Dans cette approche, les cellules iPSC sont rapidement différenciées en neurones par l'expression forcée du facteur de transcription Neurogénine-2 (NGN2), un régulateur clé de la neurogenèse. En une semaine, une population relativement homogène de neurones corticaux présentant des morphologies caractéristiques, exprimant des marqueurs neuronaux corticaux et formant des synapses fonctionnelles est ainsi produite. Un autre avantage majeur de ce modèle est qu’il utilise des cellules d’origine humaine, surmontant ainsi les lacunes importantes inhérentes aux organismes modèles.

L'objectif de ce projet est de déterminer si les régulateurs épigénétiques CDYL et CDYL2, exprimés sélectivement dans les neurones corticaux, régulent la différenciation et la fonction des neurones corticaux. L'étudiant(e) réalisera une perte de fonction des gènes CDYL par knock-out (KO) médié par CRISPR-Cas9 et analysera les effets sur l'expression des marqueurs neuronaux corticaux, des marqueurs de viabilité et des caractéristiques cellulaires et moléculaires essentielles à la fonction des neurones corticaux. L'étudiant(e) maîtrisera ainsi les méthodes avancées de culture cellulaire, la transduction lentivirale, la KO CRISPR-Cas9, la microscopie à fluorescence, le Western blot et la RT-PCR. Analyse épigénétique, y compris l'analyse des modifications des histones sera également réalisée. Des réactifs lentiviraux CRISPR KO ont déjà été développés et le modèle d'induction des neurones corticaux NGN2 est devenu une routine au sein de l'équipe.

Ce projet présente un potentiel considérable de développement en thèse de doctorat, et les candidats motivés par cette voie sont particulièrement encouragés à postuler.

L'encadrement et la rédaction du rapport de fin de stage pourront être effectués en français ou en anglais.

Le projet sera supervisé par Peter Mulligan (Ph.D., H.D.R.), un des pionniers de l'étude des protéines de la famille CDYL. 

Ce stage s’adresse à un(e) étudiant(e) inscrit(e) en Master 2 (M2) disposant d’une solide formation en biologie moléculaire et cellulaire. Une expérience pratique en culture cellulaire et en méthodes de biologie moléculaire constitue un atout. Les candidat(e)s motivé(e)s à postuler pour une thèse de doctorat au sein du laboratoire à l’issue du stage sont particulièrement encouragé(e)s à candidater.

Les candidat(e)s ne répondant pas strictement à ces critères, notamment les candidat(e)s internationaux, seront également pris(es) en considération – merci d’expliquer vos motivations, votre situation actuelle ainsi que votre parcours.