Directed differentiation and purification of motor neurons from human induced pluripotent stem cells to model Amyotrophic Lateral Sclerosis

• Main Author: Toli, Diana Eleni
• Other Authors: Paris 5
• Language: en
• Published: 2013
• Subjects: Cellules souches pluripotentes induites; Purification de motoneurones; Sclérose Latérale Amyotrophique; Induced pluripotent stem cells; Motor neuron purification; Amyotrophic Lateral Sclerosis; 612.823 3
• Online Access: http://www.theses.fr/2013PA05T044/document

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative incurable de l’adulte qui affecte principalement les motoneurones. Les mécanismes conduisant à la mort des motoneurones restent mal connus, notamment du fait de l'hétérogénéité de la maladie et du manque d'accès aux neurones humains affectés. La technologie des cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSc) est un outil prometteur pour la modélisation de la SLA, car elle offre la possibilité unique d'obtenir et d’étudier des motoneurones humains.Des clones d’iPSc de deux sujets témoins ont été générés et nous avons comparé plusieurs protocoles afin de mettre au point un protocole efficace de différenciation des iPSc en motoneurones. Les cultures obtenues étaient hétérogènes et contenaient différents types de neurones et des précurseurs neuraux. Afin de pouvoir étudier des mécanismes intrinsèques aux motoneurones dans la SLA, nous avons développé une nouvelle technique pour purifier les motoneurones. Cette technique a consisté à trier les motoneurones par FACS en combinant l'utilisation d'un vecteur lentiviral rapporteur exprimant une protéine fluorescente sous le contrôle d'un promoteur spécifique des motoneurones, et d'un anticorps monoclonal dirigé contre le récepteur aux neurotrophines p75. Cette double sélection a permis l'isolement efficace de motoneurones purs. En parallèle, la technologie iPSc a été utilisée pour établir des modèles cellulaires de la SLA. Des clones de cellules iPS ont été générés à partir d’un patient avec une forme familiale de la SLA présentant une mutation dans le gène TARDBP (codant pour une protéine de liaison à l’ADN, TDP-43) et un patient atteint d’une forme sporadique de SLA. Afin de valider nos modèles, nous avons recherché des phénotypes caractéristiques de la maladie au cours de la différenciation des iPSc : i) la formation d’agrégats cytoplasmiques, ii) des altérations de génération et de survie des motoneurones, iii) des défauts de croissance neuritique. === Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal adult-onset neurodegenerative disorder primarily affecting motor neurons. Mechanisms leading to motor neuron death in ALS are poorly understood mostly because of disease heterogeneity and lack of access to affected cells. The induced pluripotent stem cell (iPSc) technology provides the opportunity to obtain and study human motor neurons and is therefore a promising tool for ALS modeling.IPSc clones from control subjects were generated, and we compared several protocols in order to set up an efficient protocol for iPSc differentiation into motor neurons. The obtained cultures were heterogenous, comprising different neuron subtypes and neural precursors. To allow investigation of intrinsic disease mechanisms in ALS motor neurons, we developed a new technique to purify motor neurons by FACS sorting. By combining the use of a lentiviral vector expressing a fluorescent protein under control of a motoneuron-specific promoter and of a monoclonal antibody directed against the p75 neurotrophin receptor, isolation of exquisitely pure motor neurons was achieved. In parallel, iPSc technology was used to establish cellular models of ALS. IPSc were generated from one patient with familial ALS carrying a mutation in the TARDBP gene (encoding a DNA-binding protein, TDP-43) and one patient with sporadic ALS. To validate our models, we investigated characteristic disease phenotypes during iPSc differentiation, including i) cytoplasmic aggregate formation, ii) motor neuron generation and survival defects, iii) neurite growth alterations.