Mécanismes moléculaires de la spécification cardiaque des cellules embryonnaires humaines : rôle du facteur de transcription Oct4

Molecular mechanisms of cardiac specification of human embryonic stem cells : the rôle of Oct4 transcription factor

• Auteur / Autrice : Sonia Stefanovic
• Direction : Michel Puceat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Inscription en doctorat le 10/10/2003; Soutenance le 16/10/2009
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale des Génomes aux organismes (Versailles ; 2000-2015)

Mots clés

Mots clés libres

Oct4

Cellule souche embryonnaire

Cardiogénèse

Résumé

Mes travaux de thèse ont contribué à l’identification de progéniteurs cardiaques, dérivés de cellules souches embryonnaires humaines (hES). Ces progéniteurs expriment l’antigène SSEA-1. En dépit de leur stade de développement précoce, ces progeniteurs ont un profil d’expression génique et épigénétique propre au lignage cardiaque. Bien qu’elles soient positives pour Oct4, ces cellules n’expriment pas les autres marqueurs de pluripotence. Oct4 est impliqué, par un effet de « gène dosage », dans le maintien de la pluripotence ou dans l’engagement des cellules ES vers une voie de spécification. L’augmentation transitoire du niveau d’expression d’Oct4 induit l’expression des gènes mésodermiques et cardiaques spécifiant la cellule vers le lignage cardiaque. Le premier événement induit par l’augmentation transitoire du niveau d’expression d’Oct4 après stimulation des cellules par le morphogène cardiogénique BMP2, est son déplacement du promoteur de Sox2 vers une autre cible, le promoteur de Sox17. Cet échange entraine la rupture de la boucle de pluripotence Oct4-Sox2 et l’expression du facteur de transcription Sox17, un marqueur de l’endoderme connu pour son rôle essentiel dans la formation du mésoderme cardiaque. L’expression de Sox17 entraine alors l’activation du facteur de transcription Hex et l’expression de molécules cardiogéniques diffusibles (BMP2 et Wnt3a). Sous l’effet paracrine, les cellules hES avoisinantes se spécifient en progéniteurs cardiaques. Les cellules hES offrent ainsi un modèle de développement précoce du myocarde.

My thesis work contributed to the identification of a very early Oct4 positive cardiac progeny derived from pluripotent stem cells and expressing the membrane antigen SSEA-1. Despite their early stage of development, SSEA-1+ and Oct4+ cells acquire a genetic and epigenetic signatures both characteristic of cardiac progenitors. While the remaining presence of Oct4 in the absence of any other pluripotency genes might be questionable, its level of expression above the one of undifferentiated stem cells in fact reflects the first step of embryonic cell specification toward a cardiogenic fate. The gene profile of SSEA-1+ and Oct4+ cells reflects the one of very early cardiac-determined Oct4 cell population found in the embryonic epiblast. Indeed, I demonstrated that Oct4, a factor at the crossroad between cell self-renewal and cell lineage specification features a gene dosage effect. When reaching a level above that required to maintain ES cell pluripotency in cell stimulated with the cardiogenic morphogen BMP2, it switches from the Sox2 to the Sox17 promoter to transactivate the later. Then, mesendodermal Sox17 positive cells amplify the differentiation process by secreting mesodermal cardiogenic factors (Wnt3A and BMP2). These factors act in a paracrine manner on the hES colony, further elevating Oct4 expression and inducing expression of mesodermal and cardiac markers to drive the cells toward the fate of cardiac progenitors. Thus, hES cells turn out to be a powerful model to study early human cardiogenesis.