Cerebellum development is the result of a complex interaction between genetic programs and environmental factors from embryonic to postnatal stages. Despite recent efforts, there are still significant gaps in our understanding of how the precise cerebellar architecture is achieved. In particular, we lack insights regarding the molecular mechanisms that control the generation and differentiation of specific subtypes of cerebellar neuronal and non-neuronal populations. Although many studies have provided large amounts of data on how parts of this tangled developmental system function, one of the biggest challenges is still to understand how these data combine to precisely describe cerebellar development.
The work of this thesis presents the pioneering development of a novel integrative view of cerebellar structure and development. We aim to provide the first steps for the generation of a dynamic cerebellar framework over time, in the form of a 4D reference atlas, the 4D-CbF. This tool aims to achieve a sophisticated spatio-temporal multimodal data integration into its comprehensive framework, to ultimately model the cerebellar development.
By using the cell birth tracker FlashTag in combination with our 4D-CbF, we could reveal detailed spatio-temporal cell birth dynamics. Moreover, by combining FlashTag progenitor tracking together with cell type specific markers immunohistochemistry, we were able to show area specific developmental pathways of individual populations.
In addition, we produced a high throughput transcriptomics dataset of the developing CB with an unprecedented spatial resolution achieved by micro dissection. Altogether, these results gave precious information on the role of time, space, and expression dependent drive during the development of cerebellar structures and their cellular heterogeneity.
Overall, the work presented here greatly contribute to the improvement of available datasets for the developing CB, on top of demonstrating the development and usefulness of a novel and innovative way to integrate them together.
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Le développement du cervelet, de l’état embryonnaire jusqu’après la naissance, est le résultat d’une interaction complexe entre programmes génétiques et environnement. Malgré de récents efforts, il existe encore de grandes lacunes dans notre compréhension de comment une si précise architecture peut être achevée. En particulier, les mécanismes moléculaires qui contrôlent la génération et la différentiation de sous-types cellulaires, tant neuronal que non neuronal, nous échappent encore. Bien que plusieurs études aient produit de grandes quantités de données donnant individuellement de précieux indices quant au déroulement de certains des aspects du développement du cervelet, le plus grand défi reste de comprendre comment ces résultats se combinent pour en décrire précisément le déroulement.
Le travail présenté dans cette thèse constitue les premiers pas vers la réalisation d’une nouvelle vue intégrative des structures du cervelet et de leur développement. Notre but est de générer un cadre modèle du cervelet, dynamique dans le temps, sous la forme d’un atlas de référence, le 4D-CbF. Cet outil a pour but de poser les bases pour l’intégration de plusieurs jeux de données venant de techniques différentes, et à terme, représenter un modèle complet du développement du cervelet.
Grace au traqueur cellulaire FlashTag injecté au state embryonnaire, intégré et visualisé dans notre 4D-CbF, nous avons pu révéler les dynamiques spatio-temporels précise des cellules du cervelet depuis leur jour de naissance. De plus, en ajoutant une étape d’immunohistochimie avec des marqueur de populations spécifiques, nous avons mis à jour plusieurs trajectoires développementales de certain types cellulaires dans des zones individuelles.
En plus de cela, nous avons produit un jeu de donnée de transcriptomique à haut débit d’une résolution spatiale jamais atteinte grâce à la microdissection de zones correspondantes à notre atlas. Ensemble, nos résultats donnent de précieuses informations quant au rôle du temps, de l’espace et de l’expression génétique orchestrant le développement des structures du cervelet et de leur hétérogénéité.
En somme, le travail présenté dans cette thèse contribue grandement à améliorer les jeux de données existant sur le développement du cervelet, tout en démontrant la réalisation et l’utilité d’une nouvelle façon innovative de les intégrer les uns aux autres.