Régulation de l'hétérochromatine par un ARN long non codant associé à la pluripotence dans les cellules souches embryonnaires de souris et dans l'ovocyte : implications dans l'embryogénèse précoce

Regulation of heterochromatin by a pluripotency-associated long non coding RNA in mouse embryonic stem cells and in oocytes : implications for early embryogenesis

• Auteur / Autrice : Laure Bernard
• Direction : Pablo Navarro Gil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 27/09/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Epigénomique, prolifération et identité cellulaire (2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédérique Fourcade-Peronnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Savatier, Claire Francastel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Molaro, Amélie Bonnet-Garnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épigénétique

Feuillets embryonnaires

Histone méthyltransférases

Facteurs de transcription

Interactions ARN-protéine

ARN non codants

Cellules souches embryonnaires

Hétérochromatine

Mots clés libres

Hétérochromatine

Pluripotence

ARN long non codant

SUV39H1

Embryogénèse

Cellules souches embryonnaires de souris

Ovocyte

OCT4

Heterochromatin

Pluripotency

Long non coding RNA

Résumé

La méthylation de l'histone H3 Lysine 9 (H3K9me) est une marque de l'hétérochromatine progressivement déposée au cours du développement. Elle contribue à la restriction de certains destins cellulaires. Dans les cellules souches embryonnaires de souris (mESCs), les niveaux de H3K9me augmentent lors de la différentiation, constituant alors une barrière à la reprogrammation à l'état pluripotent. Cependant le couplage entre les niveaux d'H3K9me et la pluripotence n'a encore jamais été formellement étudié. On a ainsi identifié SUV39H1, une methyltransferase responsable de la propagation di/tri H3K9me (H3K9me2/3), comme une cible indirecte du réseau des facteurs de transcription de la pluripotence (pTFs). En effet, le pTF OCT4 active l'expression d'un ARN long non-codant Suv39h1as anti-sens à Suv39h1. Suv39h1as réprime l'expression de Suv39h1 en modifiant la chromatine au locus et possiblement en modulant l'expression de ses isoformes. L'absence de Suv39h1as induit l'augmentation de SUV39H1 ainsi que de H3K9me2/3, menant à une accélération de la spécification irréversible au cours de la différentiation. Ainsi, OCT4, Suv39h1 et Suv39h1as constituent un circuit permettant de coupler les niveaux d'H3K9me à la pluripotence dans les mESCs. De plus, une lignée de souris knock-out pour Suv39h1as a été créée et nous avons démontré que cette régulation est aussi présente dans l'ovocyte.

Histone H3 Lysine 9 (H3K9) methylation, a mark of heterochromatin, is progressively implemented during development to contribute to cell fate restriction as differentiation proceeds. For instance, in mouse Embryonic Stem cells (mESCs) the global levels of H3K9 methylation are rather low and increase only upon differentiation. Conversely, H3K9 methylation represents an epigenetic barrier for reprogramming somatic cells back to pluripotency. How global H3K9 methylation levels are coupled with the acquisition and loss of pluripotency remains unknown. Here, we identify SUV39H1, a major H3K9 di- and tri-methylase, as an indirect target of pluripotency Transcription Factors (pTFs). We find that the pTFs OCT4 activates the expression of an antisense long non-coding RNA to Suv39h1, named Suv39h1as. In turn, Suv39h1as downregulates Suv39h1 expression via the modulation of the chromatin status of the locus and a possible alteration of Suv39h1 isoforms. The loss of Suv39h1as expression triggers increased SUV39H1 expression and H3K9me2/3 levels, leading to accelerated commitment into differentiation. We report, therefore, a simple genetic circuitry coupling the global levels of H3K9 methylation to pluripotency in mESCs. We also created a mouse line deleted for Suv39h1as expression and demonstrated that this regulation is also present during mouse oocyte maturation.