The brevity of G1 is an intrinsic determinant of naïve pluripotency

par Diana Coronado

Thèse de doctorat en Biologie moléculaire et cellulaire

Sous la direction de Pierre Savatier.

Soutenue le 19-12-2011

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , en partenariat avec Institut Cellule Souche et Cerveau (laboratoire) .

Le président du jury était Germain Gillet.

Le jury était composé de Pierre Jurdic.

Les rapporteurs étaient Hélène Boeuf, Daniel Aberdam.

  • Titre traduit

    La brièveté de la phase G1 est une caractéristique fondamentale de l’état naïf de pluripotence


  • Résumé

    Les cellules souches embryonnaires (cellules ES) sont capables de se multiplier de façon autonome en l’absence de facteurs de croissance et de cytokines, un état appelé “état fondamental de pluripotence”. Le cycle cellulaire des cellules ES se caractérise : (i) par une expression élevée et uniforme de la cycline E et des complexes Cycline E-CDK2 au cours de la progression dans le cycle cellulaire et (ii) par une phase G1 très courte (1 heure) dont la traversée ne dépend ni des MAPK ni des points de contrôles régulés par la protéine du rétinoblastome (RB) et p53. Ces observations soulèvent la question de l’existence d’un lien de cause à effet entre ce phénomène de réplication autonome et la pluripotence. Mon projet de thèse se construit autour de trois axes qui montrent que : 1/ la phase G1 des cellules ES de souris est une phase de sensibilité accrue aux inducteurs de différenciation. 2/ la balance entre autorenouvellement et différenciation est perturbée, (i) quand l’expression de la cycline E est altérée, ou (ii) quand l’association de la cycline E avec la kinase CDK2 et le centrosome est bloquée. 3/ La signalisation par le LIF contrôle la formation et l’activation des complexes Cycline E/CDK2. Dans les cellules ES naïves Rex1+, l’allongement de la durée de la phase G1 induit par la privation de LIF précède, ou est concomitante, à la diminution de l’expression de marqueurs de pluripotence et à l’activation des marqueurs les plus précoces de la différenciation. Finalement, nous proposons un modèle dans lequel la signalisation par le LIF régule la transition G1/S et permet le maintien de l’autorenouvellement des cellules ES murines


  • Résumé

    Pluripotency can be captured and propagated in vitro from the epiblast of the pre-implantation blastocysts in the form of embryonic stem cells (ESCs). ESCs are capable of unlimited proliferation in an undifferentiated state while maintain the potential to differentiate into cells of all three germ layers in the embryo, including the germline. Two key features the ES cell mitotic cycle are (i) a vastly elevated and uniform expression of Cyclin E and Cyclin E/CDK2 complexes throughout the cell cycle and (ii) a short G1 phase characterized by the lack of RB- and p53-dependent checkpoints, and reduced dependency on MAPK signalling. During my PhD project, we explored whether and how the regulation of the cell cycle actively sustains self-renewal of mouse ESCs (mESCs). We demonstrated that: 1/ the G1 phase of mESCs is a phase of increased susceptibility to differentiation inducers. Thus shortening of G1 might shield undifferentiated cells from differentiation inducers and help ESCs to self-renew in the pluripotent state. 2/ Cyclin E opposes differentiation and supports self-renewal of mESCs by two independent mechanisms, one of which being independent of CDK2 activation. 3/ LIF signalling regulates Cyclin E/CDK2 kinase activity therefore accelerating the G1 to S phase transition. Finally, we propose a model in which LIF signalling stimulates the G1 to S phase transition to shield mESCs from undesired differentiation signals and help them to self-renew in the pluripotent state


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