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Figure 1
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Décisions du destin cellulaire dans la rétine en développement
Le cerveau est un organe complexe composé de centaines de types de cellules qui sont produites par un petit bassin de cellules neurales progénitrices. Nous ne comprenons pas encore très bien la production de cet énorme assortiment de cellules au cours du développement. On croit que des mécanismes intracellulaires et des signaux extracellulaires jouent un rôle dans le processus, mais leur contribution relative aux décisions d’un destin cellulaire précis demeure floue. Puisque les cellules progénitrices multipotentes de la rétine ne produisent que sept principaux types de cellules, qui peuvent toutes être identifiées par l’expression des marqueurs cellulaires, la rétine des vertébrés constitue un système idéal pour aborder le problème de la détermination du destin cellulaire. Nous avons récemment mis au point un système de culture à densité clonale de cellules progénitrices rétiniennes (CPR) (voir la figure 1) et obtenu des preuves que ce sont des mécanismes intracellulaires, plutôt que des signaux extracellulaires révélateurs, qui jouent un rôle central dans la régulation des décisions du destin cellulaire dans la rétine. Toutefois, le fonctionnement de ceux ci en vue de la caractérisation du destin cellulaire demeure inconnu. Des projets en cours au laboratoire visent à découvrir ces mécanismes intrinsèques.

Nous nous intéressons particulièrement aux questions suivantes :
1) Les mécanismes intrinsèques dépendent ils de programmes intracellulaires prédéterminés ou de choix stochastiques ?
Nous abordons cette question à l’aide d’un système de culture à densité clonale. En observant le développement de chaque CPR au sein de ces cultures au moyen de la microscopie accélérée, nous espérons découvrir les mécanismes qui gouvernent les décisions du destin cellulaire.

2) De quelle façon les signaux intrinsèques fonctionnent ils dans les CPR pour soutenir la production de divers types de cellules à différents moments ?
Nous visons à identifier les principaux gènes qui régulent la façon dont les CPR se différencient les unes des autres et dont elles changent au fil du temps pour produire divers types de cellules à différents moments. Nous utilisons des fonctions de gain et de perte dans les expériences sur la spécialisation des cellules avec des vecteurs rétroviraux pour étudier la fonction de ces gènes dans les CPR.

3) Les divisions cellulaires asymétriques, qui créent deux cellules filles qui adopteront des destins différents, constituent elles un mécanisme intrinsèque qui aide la diversité cellulaire ?
Nous avons montré antérieurement que certaines CPR subissaient des divisions asymétriques et que le plan de division influait sur le destin cellulaire. Il est à noter que nous avons également découvert que même les CPR cultivées en densité clonale pouvaient se diviser selon différentes orientations, mais on ignore si le plan de division de ces cultures influe sur le destin cellulaire. De plus, le rôle du déterminant du destin cellulaire m-Numb dans la production de divisions asymétriques demeure en grande partie inconnu. Nous utilisons actuellement des méthodes d’imagerie de cellules vivantes pour étudier ces questions.

Cell-fate decisions in the developing retina
The brain is a complex organ, composed of hundreds of different cell types that are generated from a small pool of neural progenitor cells. We still poorly understand how such enormous cell assortment is generated during development. It is believed that both cell-intrinsic mechanisms and extracellular signals play a part in this process, but their relative contributions to particular cell-fate decisions remain unclear. As multipotent progenitor cells of the retina generate only seven major cell types, which can all be identified by expression of cell-type specific markers, the vertebrate retina is an ideal system to address the problem of cell-fate determination. We recently developed a novel clonal-density culture system of rat retinal progenitor cells (RPCs) (see Figure 1) and provided evidence that cell-intrinsic mechanisms, rather than instructive extracellular signals, play a major part in controlling cell-fate decisions in the retina, but how such intrinsic mechanisms work to specify cell fate remains unknown. Current projects in the lab are aimed at uncovering these intrinsic mechanisms.

Specifically, we are interested in addressing the following questions:
1) Do intrinsic mechanisms depend on pre-determined intracellular programs or do they depend on stochastic choices?
We are using a clonal-density culture system to address this question. By watching the development of individual RPCs in these cultures using timelapse microscopy, we hope to uncover the mechanisms that govern cell-fate decisions.

2) How do intrinsic signals operate in RPCs to help generate different cell types at different times?
We are trying to identify key genes that control how RPCs become different from one another and how they change over time to generate different cell types at differnt times. We use gain-of-function as well as loss-of-function approaches in cell lineage experiments with retroviral vectors to study the function of these genes in RPCs.

3) Could asymmetric cell divisions, which generate two daughter cells that adopt different fates, be an intrinsic mechanism that helps generate cell diversity?
Previously, we had shown that some RPCs undergo asymmetric divisions and that the plane of division can influence cell fate. Remarkably, we also found that even RPCs cultured at clonal density can divide at different orientations, but it is not clear whether the plane of division in these cultures influences cell fate. In addition, the role of the cell-fate determinant m-Numb in generating asymmetric cell divisions remains largely unknown. We are currently using live imaging approaches of dividing RPCs to study these questions.

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