Using «in vivo» and «in vitro» tools to investigate the role of adhesion in cellular morphogenesis

• Main Author: Belkaïd, Wiaam
• Other Authors: Edward Ruthazer (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Biology - Neuroscience
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=119352

N-cadherin is a prominent cell adhesion molecule involved in developmental morphogenesis and synapse formation. We transgenically overexpressed N-cadherin in a spatially and temporally specific manner using the Cre-loxP system. We overexpressed N-cadherin following the peak developmental period for synaptogenesis using the CamKIIa promoter to explore the effects of N-cadherin upregulation on synapse formation. N-cadherin, in concert with other proteins, plays an important role of adhesion in synapse formation and maintenance. Overexpressing N-cadherin in the hippocampus led to an upregulation of specific components of the synaptic complex; β-catenin, PSD-95, GluN2B and synaptophysin were elevated at the protein level whereas the GABAAR, a marker of inhibitory synapses, was unchanged. Dendritic spine length was reduced in overexpressors while spine diameter and density were indistinguishable from wild-type. These results demonstrate that N-cadherin plays an important role in the regulation of synaptic properties.During development, cell morphogenesis occurs in response to cues that can be permissive or inhibitory. Using microcontact printing we created complex microenvironmental conditions to mimic those observed in vivo to examine their impact on cell growth and differentiation. In this study we used a known growth permissive substrate, polylysine (PLL) and an inhibitory substrate, myelin to examine growth responses of neuronal as well as non-neuronal cells to complex environments. We showed that micropatterning of PLL can be used to direct the adherence and axonal outgrowth of hippocampal and cerebellar neurons as well as other cells such as Oli-neu oligodendrocyte progenitor cell lines and fibroblast-like COS7 cells in culture. By printing myelin in stripes, we were able to show that myelin could impair process outgrowth of Oli-neu cells and that this effect was reversible by using Y-27632 a ROCK inhibitor. Use of micro-engineering techniques provides tools to study the mechanisms underlying diverse cell behaviors on patterned permissive and non-permissive substrates. === La N-cadhérine est une protéine d'adhésion cellulaire cruciale pour la morphogenèse et la formation des synapses. Nous avons surexprimé la N-cadhérine en utilisant le système Cre-loxP tout en contrôlant sa localisation spatio-temporelle. L'utilisation du promoteur du gène CamKIIa nous permet d'exprimer la N-cadhérine après le pic de la synaptogénèse, et ainsi d'observer les effets de cette protéine sur la formation des synapses. Avec l'aide d'autres protéines, la N-cadhérine participe de façon importante à l'adhésion lors de la formation et l'entretien des synapses. La surexpression de la N-cadhérine dans l'hippocampe menait à une augmentation de l'expression de certaines composantes du complexe synaptique; La β-caténine, PSD-95, GluN2B et la synaptophysine était élevées au niveau protéique, bien que les niveaux de GABAAR (un marqueur d'inhibition synaptique) restaient les mêmes. Les épines dendritiques étaient plus courtes chez les animaux transgéniques, mais leur diamètre et densité étaient la même que chez les animaux de type naturel. Nos résultats indiquent que la N-cadhérine joue un rôle important dans la régulation des propriétés synaptiques.Pendant leur morphogenèse, les cellules peuvent recevoir des signaux activateurs ou inhibiteurs. Les cellules en culture sont toutes aussi sensibles à leur microenvironnement que celles in vivo. Pour examiner les effets de microenvironnements complexes sur la croissance et la différentiation cellulaire, nous en avons créées via impression par microcontact. De plus, nous avons utilisé des substrats qui promeuvent (PLL) ou inhibent (myéline) la croissance neuronale afin d'observer la croissance de cellules neuronales ou autres dans ces milieux complexes. Nous avons démontré que le micromodelage de la PLL peut être utilisé pour diriger la croissance axonale et l'adhérence des neurones de l'hippocampe et du cérébellum, ainsi que pour des lignées cellulaires telles que Oli-neu (progéniteurs d'oligodendrocytes) et COS7 (similaires aux fibroblastes). L'impression de la myéline en bande affecte la croissance des cellules Oli-neu, qui peut cependant être contré par l'utilisation de l'inhibiteur de ROCK, Y-27632. Les techniques de micro-ingénierie procurent des outils permettant d'étudier les mécanismes impliqués dans l'adaptation cellulaire aux milieux encourageant ou inhibant leur croissance.