Most cells in the brain are formed during embryonic development, where neural stern/progenitor cells (NSPCs) divide to generate new NSPCs, neurons and glial cells. NSPCs persist throughout adulthood in some regions and continuously generate new neurons in a process called adult neurogenesis.
Lipid metabolism is important for NSPCs, as they rely on fatty acid oxidation (FAO) and de nova lipogenesis for proper maintenance and proliferation. Lipid droplets (LDs) are lipid storing organelles and have a key function in lipid metabolism: they store neutral lipids, either taken up or newly synthetized from de nova lipogenesis, and are an important lipid reservoir for FAO.
We show that LDs are abundant in proliferating and quiescent adult mouse NSPCs in vitro, and we also show that inheritance of LDs upon division and inhibition of LD build-up and breakdown affect NSPC proliferation. Moreover, LDs change when NSPCs are differentiated into astrocytes and neurons in vitro.
LDs have been found in the healthy brain, mainly in ependymal cells along the ventricles and in glial cells during brain development. However, they have been shown to accumulate in neurons and glial cells upon disease. Many of these studies rely on classical staining approaches, making it difficult to study the dynamics of LDs. We therefore generated an endogenous LD reporter mouse by tagging the LD marker, PLIN2 with the fluorophore tdTomato. This allows for detection of LDs in a staining free manner, in both tissue and cells.
We have, using this LD reporter mouse, shown that 4 % of the cells in the mouse brain have LDs. LDs are found in ependymal cells, microglia, endothelial cells, neurons, astrocytes and NSPC. Moreover, LDs are abundant during embryonic brain development, and LDs in acute embryonic brain slices can be imaged live and react dynamically to external lipids. Furthermore, we exposed the reporter mice to a high fat diet to investigate how nutrition influences the LDs in the brain.
Taken together, this novel reporter mouse is a useful tool for studying LDs in the mouse brain. It gives us the opportunity to investigate if our in vitro findings in NSPCs holds true in vivo and, as PLIN2 is ubiquitously expressed, this mouse also allows for studying LDs in other organs.
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La plupart des cellules du cerveau sont formées au cours du développement embryonnaire, où les cellules souches/progénitrices neurales (CSPN) se divisent pour générer de nouvelles CSPN, des neurones et des cellules gliales. Les CSPN persistent jusqu'à l'âge adulte dans certaines régions et génèrent de nouveaux neurones lors d'un processus appelé neurogenèse adulte.
Le métabolisme des lipides est important pour les CSPN car elles dépendent de l'oxydation des acides gras et de la lipogenèse de novo pour leur survie. Les gouttelettes lipidiques (GL) sont des organites de stockage des lipides et ont une fonction clé dans le métabolisme lipidique : elles stockent les lipides nouvellement synthétisés par la lipogenèse de novo et constituent un important réservoir de lipides pour l'oxydation des acides gras.
Ici, nous montrons que les GL sont abondantes dans les CSPN adultes de souris en prolifération et quiescentes in vitro. Nous montrons également que l'héritage des GL lors de la division cellulaire ainsi que l'inhibition de leur accumulation et de leur dégradation affectent la prolifération des CSPN. De plus, les GL changent lorsque les CSPN sont différenciées en astrocytes et en neurones in vitro.
Dans le cerveau, les GL sont principalement présentes dans les cellules épendymaires le long des ventricules et dans les cellules gliales durant le développement. Cependant, il a été démontré qu'elles s'accumulent aussi dans les neurones et les cellules gliales en cas de pathologie. La plupart de ces études reposent sur des approches classiques par coloration, ce qui rend difficile l'étude de la dynamique des GL. Nous avons donc généré une souris rapporteuse des GL endogènes en ajoutant le fluorophore tdTomato au marqueur des GL PLIN2. Cela permet de détecter les GL sans coloration, à la fois dans les tissus et les cellules.
En utilisant cette souris, nous avons montré que 4 % des cellules du cerveau de souris présentent des GL. Les GL sont présentes dans les cellules épendymaires, la microglie, les cellules endothéliales, les neurones, les astrocytes et les CSPN. De plus, les GL sont abondantes pendant le développement du cerveau embryonnaire, et peuvent être imagées en temps réel sur tranche aiguë, réagissant de manière dynamique aux lipides externes. De plus, nous avons exposé notre souris rapporteuse à un régime riche en graisses pour étudier l'influence de la nutrition sur les GL du cerveau.
En résumé, cette souris rapporteuse est un outil utile pour étudier les GL dans le cerveau de souris. Elle permettra de vérifier si nos résultats in vitro dans les CSPNs se vérifient in vivo, et permettra également d'étudier les GL dans d'autres organes, puisque PLIN2 est exprimé de manière ubiquitaire.