Dynamique de la réorganisation nucléaire accompagnant la conversion entre deux états pluripotents : l'état naïf (ESCs) et amorcé (EpiSCs)

par Matteo Tosolini

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Alice Jouneau.

Soutenue le 12-12-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne) , en partenariat avec Biologie du développement et reproduction (Jouy en Josas,Yveline) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .


  • Résumé

    Les cellules souches embryonnaires de souris (ESCs) et les cellules souches de l'épiblaste (EpiSCs) représentent, respectivement, les états naïf et amorcé de la pluripotence et sont maintenues in vitro par des voies de signalisation spécifiques. De plus les ESCs cultivées dans un milieu sans sérum avec deux inhibiteurs (2i) sont décrites comme étant les plus naïves. Plusieurs études ont suggéré que chaque type de cellules pluripotentes est caractérisé par une organisation différente de l'épigénome. Nous présentons ici une étude comparative de l'état épigénétique et transcriptionnel des séquences satellites répétées péricentromériques (PCH) entre les ESCs (2i et sérum) et EpiSCs. Nous montrons que H3K27me3 au PCH est très dynamique et peut discriminer les ESCs en 2i des autres cellules souches pluripotentes. Alors que la transcription des séquences satellites est élevée dans les ESCs en sérum, elle est plus faible dans ESCs en 2i et encore plus réprimée dans les EpiSCs. La suppression de la méthylation de l'ADN ou d'H3K9me3 dans les ESCs conduit à un dépôt important de H3K27me3 au PCH, mais peu de changements transcriptionnels de ces séquences. En revanche, l'absence d'H3K9me3 dans les EpiSCs n'empêche pas la méthylation de l'ADN au PCH, mais induit la transcription de ces séquences. La conversion in vitro des ESCs en EpiSCs est plus longue que le passage des cellules de l'ICM en épiblaste in vivo. Cette inefficacité ne peut pas être expliquée par une mise en place retardée du nouveau réseau transcriptionnel. Pour conclure notre étude a révélé que les EpiSCs ont perdu de la plasticité par rapport au ESCs sur l'hétérochromatine ainsi que l’euchromatine, comme le montre la réduction des niveaux d'H3K9ac et des domaines bivalents, étant ainsi plus proche épigénétiquement de cellules somatiques que de la pluripotence naïve.

  • Titre traduit

    Dynamic of nuclear changes occurring during the conversion between naïve (ESCs) and primed (EpiSCs) pluripotent cells


  • Résumé

    Mouse embryonic stem cells (ESCs) and epiblast stem cells (EpiSCs) represent naïve and primed pluripotency states, respectively and are maintained in vitro using specific signaling pathways. Furthermore, ESCs cultured in serum-free medium with two inhibitors (2i) are described as being the most naïve. Several studies have suggested that each pluripotent cell type is characterized by a different epigenome organization. Here we present a comparative study of the epigenetic and transcriptional state of centromeric and pericentromeric (CH/PCH) satellite repeats in ESCs (2i and serum ones) and EpiSCs. We show that the pattern of H3K27me3 at PCH is highly dynamic and discriminate 2i-ESCs from the other pluripotent stem cells. Whereas satellites transcription is high in serum-ESCs, it is lower in 2i-ESCs and even more repressed in EpiSCs. Removal of either DNA methylation or H3K9me3 in ESCs leads to enhanced deposition of H3K27me3 but few changes in satellite transcription. By contrast, in EpiSCs removal of H3K9me3 does not prevent DNA methylation at PCH but de-represses the satellite transcription. In vitro conversion from naive to primed pluripotency showed an important delay compared to the in vivo development of ICM cells into post-implantation epiblast. Such inefficiency cannot be explained by a delayed switch to the new transcriptional network. Altogether our study reveals that EpiSCs have lost the chromatin plasticity of ESCs on heterochromatin as well as euchromatin, as shown by the reduction of H3K9ac levels and bivalent domains, thus being closer to somatic cells in terms of epigenetics than naive pluripotency.


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