Neural crest progenitors and stem cells

In the vertebrate embryo, multiple cell types originate from a common structure, the neural crest (NC), which forms at the dorsal tips of the neural epithelium. The NC gives rise to migratory cells that colonise a wide range of embryonic tissues and later differentiate into neurones and glial cells of the peripheral nervous system (PNS), pigment cells (melanocytes) in the skin and endocrine cells in the adrenal and thyroid glands. In the head and the neck, the NC also yields mesenchymal cells that form craniofacial cartilages, bones, dermis, adipose tissue, and vascular smooth muscle cells. The NC is therefore a model system to study cell diversification during embryogenesis and phenotype maintenance in the adult.By analysing the developmental potentials of quail NC cells in clonal cultures, we have shown that the migratory NC is a collection of heterogeneous progenitors, including various types of intermediate precursors and highly multipotent cells, some of which being endowed of self-renewal capacity. We also have identified common progenitors for mesenchymal derivatives and neural/melanocytic cells in the cephalic NC. These results are consistent with a hierarchical model of lineage segregation wherein environmental cytokines control the fate of progenitors and stem cells. One of these cytokines, the endothelin3 peptide, promotes the survival, proliferation, and self-renewal capacity of common progenitors for glial cells and melanocytes. At post-migratory stages, when they have already differentiated, NC-derived cells exhibit phenotypic plasticity. Epidermal pigment cells and Schwann cells from peripheral nerves in single-cell culture are able to reverse into multipotent NC-like progenitors endowed with self-renewal.Therefore, stem cell properties are expressed by a variety of NC progenitors and can be re-acquired by differentiated cells of NC origin, suggesting potential function for repair. To cite this article: E. Dupin et al., C. R. Biologies 330 (2007).

RésuméChez l'embryon de Vertébrés, différents types cellulaires ont une origine commune dans une structure transitoire, la crête neurale, qui se forme aux bords dorsaux de l'épithélium neural. La crête neurale donne naissance à des cellules migratrices, qui colonisent un grand nombre de tissus et, plus tard, se différencient en neurones et cellules gliales dans le système nerveux périphérique, en cellules pigmentaires (mélanocytes) dans la peau et en cellules endocrines dans les glandes surrénales et la thyroïde. Dans la tête, la crête neurale fournit également des cellules mésenchymateuses, qui formeront les cartilages et les os du crâne et de la face, ainsi que du derme, du tissu adipeux et des cellules musculaires de la paroi des vaisseaux. La crête neurale constitue donc un modèle pour l'étude des mécanismes de la diversification cellulaire au cours du développement et du maintien des phénotypes cellulaires chez l'adulte.En réalisant une analyse in vitro des potentiels de développement des cellules de la crête neurale de caille cultivées en cultures clonales, nous avons montré que les cellules de la crête neurale en migration constituent une collection de progéniteurs, où sont présents des cellules multipotentes, des précurseurs déjà déterminés et différents types de précurseurs oligopotents intermédiaires. La crête neurale céphalique comprend notamment des précurseurs communs aux cellules mésenchymateuses (chondrocytes, cellules musculaires vasculaires) et aux cellules nerveuses et pigmentaires. Certains de ces précurseurs peuvent se propager in vitro après sous-clonages successifs, et possèdent donc la capacité de s'autorenouveler, caractéristique des cellules souches. Ces résultats suggèrent un modèle hiérarchique dans lequel les lignages dérivés de la crête neurale sont ségrégés au cours des restrictions progressives des potentialités des cellules souches et progéniteurs oligopotents, sous l'influence de facteurs environnementaux. L'un de ces facteurs, le peptide endothéline3, est nécessaire au développement des mélanocytes dans la peau, et favorise la survie, la prolifération et l'autorenouvellement in vitro des précurseurs donnant naissance aux cellules pigmentaires et gliales.Aux stades les plus tardifs du développement, les types cellulaires dérivés de la crête neurale montrent une plasticité phénotypique remarquable. Ainsi, est-il possible, en culture in vitro, d'obtenir l'interconversion de cellules pigmentaires et de cellules gliales différenciées, isolées respectivement de l'épiderme et des nerfs périphériques de l'embryon. Dans le cas des cellules pigmentaires, nous avons montré que, sous l'influence mitogénique de l'endothéline3, la reprogrammation phénotypique s'accomplit en culture après dédifférenciation et retour à l'état de cellule souche multipotente.Il apparaît donc qu'au cours du développement, des propriétés caractéristiques de cellules souches sont présentes dans une diversité de progéniteurs dérivés de la crête neurale. En outre, ces propriétés peuvent être ré-exprimées par des cellules différenciées, suggérant un potentiel de réparation chez l'adulte. Pour citer cet article : E. Dupin et al., C. R. Biologies 330 (2007).