Direct reprogramming of somatic cells into human induced naive pluripotent stem cells, a novel model of preimplantation epiblast cells

par Stéphanie Kilens

Thèse de doctorat en Aspect moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Ignacio Anegon et de Laurent David.

Soutenue le 26-10-2017

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (COMUE) et de INSERM UMR 1064 (Nantes) (laboratoire) .

Le président du jury était Thomas Fréour.

Le jury était composé de Michel Cohen-Tannoudji.

Les rapporteurs étaient Jennifer Nichols, Alice Jouneau.

  • Titre traduit

    Reprogrammation directe de cellules somatiques en cellules souches naïves humaines à pluripotence induite, un nouveau modèle de l’épiblaste préimplantatoire


  • Résumé

    Les cellules souches à pluripotence induite (iPSCs) ont considérablement impacté la biologie du développement ainsi que la médecine régénérative, particulièrement parce qu’elles sont une alternative à l’utilisation de cellules d’origine embryonnaire mais surtout parce qu’elles offrent la possibilité de générer des cellules souches pluripotentes spécifiques du patient. Cependant, les protocoles de reprogrammation conventionnels génèrent des iPSCs humaines (hiPSCs) dans un état développemental avancé ou état amorcé, limitant leur utilisation à la modélisation du développement humain post-implantatoire. Ainsi, il est devenu nécessaire d’identifier des hiPSCs qui soient dans un état naïf, représentatif de l’épiblaste de l’embryon humain pré-implantatoire. Nous avons développé un protocole permettant de reprogrammer des cellules somatiques directement en hiPSCs naives par surexpression d’OKMS dans des conditions de culture spécifiques, sans transiter par un état de pluripotence amorcé. Ce protocole permet, en outre, de générer en parallèle des lignées isogéniques arborant différentes potentialités dont l’état amorcé représentant un contrôle majeur. Pour évaluer les hiPSCs naives générées, nous les avons comparé à l’épiblaste pré-implantatoire humain ce qui a montré une remarquable concordance au regard de leur transcriptome, leur dépendance à la respiration mitochondriale, la méthylation de leur ADN ainsi qu’au status du chromosome X. En somme, ces résultats sont essentiels pour comprendre la régulation de la pluripotence au cours du développement préimplantatoire et ouvrent de nouvelles perspectives pour la modélisation de maladies ainsi qu’en médecine régénérative.


  • Résumé

    Induced pluripotent stem cells (iPSCs) have considerably impacted human developmental biology and regenerative medicine, notably because they circumvent the use of cells from embryonic origin and offer the potential to generate patient-specific pluripotent stem cells. However, conventional reprogramming protocols produce developmentally advanced, or primed, human iPSCs (hiPSCs), restricting their use to post-implantation human development modelling. Hence, there is a need for hiPSCs resembling preimplantation naive epiblast. Here, we developed a method to generate naive hiPSCs directly from somatic cells using OKMS overexpression and specific culture conditions without transitioning through a primed pluripotent state. Besides, this protocol enables parallel generation of isogenic lines bearing different potencies among which the primed state as it is a major control line. To evaluate the generated naive hiPSCs, we benchmarked them against human preimplantation epiblast and reveal a remarkable concordance in their transcriptome, dependency on mitochondrial respiration, DNA methylation and X chromosome status. Collectively, these results are essential for the understanding of pluripotency regulation throughout preimplantation development and will generate new opportunities for disease modeling and regenerative medicine.


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