New regulators of oligodendrocyte development and CNS myelin organization

During development, oligodendrocyte lineage cells are generated at the ventricular zone of the developing neural tube and subsequently migrate to white matter forming regions of the embryonic Central Nervous System (CNS). In these areas, cell cycle-exited oligodendrocyte precursor cells (OPCs) differentiate into myelinating oligodendrocytes that spirally wrap axon segments with extensions of their own plasma membrane. As myelination proceeds, distinct axoglial domains are assembled along the axon, establishing the structural basis for the saltatory conduction of the action potential. Complex regulatory mechanisms orchestrate these various steps in oligodendrocyte development and myelin organization. Here, we use different in vitro and in vivo experimental approaches to investigate novel aspects of this regulation. In rodents, OPC proliferation and differentiation are regulated by short non-coding RNAs, known as microRNAs (miRNAs). miRNA function is not always conserved and the role miRNAs play during human OPC development is poorly understood. Using endpoint RT-PCR assays and quantitative real-time PCR, we demonstrate that rodent relevant miRNAs are enriched in human white matter and expressed in OPC/oligodendrocytes acutely isolated from the adult human brain. Our findings suggest that miRNA regulation of OPC proliferation and differentiation is conserved between rodents and humans. During OPC differentiation, levels of Transmembrane Protein 10 (TMEM10) are highly upregulated. We demonstrate that TMEM10 overexpression in the OPC cell line oli-neu results in process extension and branching, in addition to upregulated myelin gene expression. Knockdown experiments in oli-neu and primary OPC cultures indicate that differentiation is limited in the absence of TMEM10. We conclude that TMEM10 contributes to OPC differentiation in vitro.After oligodendrocyte development, maintenance of paranode domains in myelinated axons requires netrin-1. Our results indicate that the netrin-1 receptor UNC5B is enriched at the paranodes and that following UNC5B deletion in vivo, paranodes become severely disorganized and axonal domain segregation is lost. Paranodal disruption is less severe in younger animals, suggesting that the phenotype is progressive and UNC5B function is required for paranode maintenance. These findings provide new insights into the regulation of OPC development and myelin organization. Identification of new regulators of myelin biology will further our understanding of CNS function and pave the way to the cure of demyelinating neurological disorders.Les cellules de la lignée des oligodendrocytes se développent dans un domaine spécifique de la zone ventriculaire du tube neural et migrent ensuite vers les régions qui formeront la substance blanche du système nerveux central (SNC). Dans ces zones, les cellules précurseurs d'oligodendrocytes (CPOs) qui ont quittées le cycle cellulaires se différencient en oligodendrocytes myélinisantes. Les oligodendrocytes myélinisantes entourent les segments axonales par les extensions de leur propre membrane plasmique. Tandis que la myélinisation continue, les domaines axogliaux sont assemblés au long de l'axone établissant la base structurelle de la conduction saltatoire du potentiel d'action. Des mécanismes complexes de régulation orchestrent ces différentes étapes dans le développement des oligodendrocytes et de l'organisation de la myéline. Ici, nous utilisons différentes approches expérimentales in vitro et in vivo pour étudier des nouveaux aspects de cette régulation.Chez les rongeurs, la prolifération et la différenciation des CPO sont régulées par de ARN non-codants courts appelés microARN (miRNAs). La fonction de ces miRNA n'est pas toujours conservée et le rôle que les miRNAs jouent au cours du développement des CPO chez les humain est encore mal compris. En utilisant la RT-PCR et la PCR quantitative en temps réel, nous démontrons que les miRNAs pertinents pour les rongeurs sont enrichis dans la substance blanche humaine et exprimés chez les CPO isolés de manière aiguë du cerveau humain adulte. Nos résultats suggèrent que la régulation de la prolifération et la différenciation des CPO par le miRNA est conservée entre les rongeurs et les humains.Au cours de la différenciation, les taux de la protéine transmembranaire 10 (TMEM10) sont fortement augmentés. Nous démontrons que la surexpression de TMEM10 dans la lignée cellulaire CPO oli-neu résulte, de l'extension et la ramification de processus, en plus de l'augmentation de l'expression du gène de la myéline. L'induction de la sous-expression de la protéine TMEM10 dans des cellules oli-neu et des cultures primaires des CPO indiquent que la différenciation est limitée en l'absence de TMEM10. Nous concluons donc que la protéine TMEM10 contribue à la différenciation in vitro des CPO. Après le développement, la maintenance de la région paranodal dans les axones myélinisés est dépendante la protéine nétrine-1. Nos résultats indiquent que le récepteur de nétrine-1 UNC5B est enrichi aux paranodes et qu'après la délétion in vivo de UNC5B, les paranodes deviennent fortement désorganisés et la ségrégation de domaine axonale est perdue. La perturbation de la région paranodal est moins grave chez les jeunes animaux, ce qui suggère que le phénotype est progressif et que la fonction de UNC5B est principalement de maintenir la région paranodal. Nos données apportent un éclairage nouveau sur la biologie de la myéline. L'identification de nouveaux régulateurs du développement de lignée cellulaire CPO et de l'organisation de la myéline nous aide à approfondir notre compréhension de la fonction du SNC et est une étape de plus vers la guérison des troubles neurologiques