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La spécialisation des cellules pluripotentes : un processus  différent selon les espèces

Des gènes caractéristiques des cellules pluripotentes et communs aux souris, bovins et porcs ont été mis en évidence à différents stades du développement embryonnaire. Ces nouveaux marqueurs seront utiles afin d’améliorer les techniques de dérivation* des cellules pluripotentes chez le bovin et le porc.

Embryon de vache au stade blastocyste, huit jours après fécondation. On distingue la masse cellulaire interne ou bouton embryonnaire et le trophoblaste. © Alice Jouneau
Par Sylvie André
Mis à jour le 17/04/2019
Publié le 17/04/2019

Au cours du développement embryonnaire, certaines cellules ont la capacité de générer tous les tissus de l’organisme : cette propriété s’appelle la pluripotence. Chez la souris, le processus est bien connu et on sait le reproduire in vitro en dérivant* des cellules pluripotentes à partir d’embryons. Ces cellules peuvent se renouveler à l’infini tout en étant capables de générer des cellules plus spécialisées. Or, chez les mammifères domestiques tels que le bovin ou le porc, les connaissances sont plus limitées et aucune culture cellulaire pluripotente n’a pu être obtenue à partir d’embryons.

Des modifications épigénétiques pour retrouver sa naïveté…

Chez la souris, il est possible de reproduire in vitro la pluripotence sous la forme de deux types de cellules souches qui s’auto-renouvellent et qui représentent deux états de pluripotence :

1)      les cellules ES, qui correspondent aux premières cellules pluripotentes de l’embryon et sont dites « naïves » ;

2)      les cellules EpiSC, qui sont dérivées de  l’épiblaste** ayant commencé la gastrulation et qui sont dites « amorcées ».

Du point de vue de leurs propriétés fonctionnelles, les premières sont plus intéressantes, car elles peuvent être manipulées génétiquement, et intégrées dans des embryons (=embryons chimères), elles vont participer à la formation de tous les tissus. En outre, elles se convertissent assez facilement en EpiSC en culture in vitro, reproduisant en cela la progression normale pendant le développement in vivo; par contre, revenir à l’état naïf ES à partir d'EpiSC n’est pas possible,  révélant ainsi qu’une  « barrière » développementale s’installe entre les deux états de pluripotence.

De précédents travaux1 de l’unité Biologie de la Reproduction et du développement (BDR) réalisés chez la souris sur ces deux types de cellules, ont montré que des modifications des séquences d'ADN hautement répétées et des protéines qui leur sont associées (constituant l'hétérochromatine), sont des marqueurs discriminants des états de pluripotence. Ces travaux ont démontré également que la modification de certaines de ces marques -dites épigénétiques- permet de lever la barrière qui sépare ces deux états de pluripotence.

…et la transcriptomique pour l’évaluer et la prédire !

Chez les espèces d’intérêt agronomique, des cellules pluripotentes naïves de type ES n’ont jamais pu être obtenues. L’évolution de la pluripotence, le réseau de gènes impliqués et les voies de signalisation qui la contrôlent, semblent donc varier d’une espèce de mammifères à l’autre. Renforcer les connaissances sur la pluripotence dans ces espèces non-murines est donc essentiel si on veut obtenir des cellules pluripotentes naïves à partir d’embryons.

Dans le cadre d’un projet européen (FP7, PluriSys) les chercheurs2 ont comparé les transcriptomes*** des cellules pluripotentes d’embryons de trois espèces de mammifères (souris, bovin, porc), à trois stades de développement comparables morphologiquement d’une espèce à l’autre (stade blastocyte, disque embryonnaire symétrique et début de gastrulation).

Les transcriptomes ont été générés par RNA-séquençage haut débit et les analyses ont été réalisées sur les gènes orthologues**** entre espèces. La comparaison des gènes  exprimés entre le stade dit naïf et les stades plus tardifs a montré un petit ensemble de gènes très significativement conservés dans les trois espèces. Certains étaient déjà connus comme importants dans le contrôle de la pluripotence chez la souris. D’autres sont des gènes nouvellement identifiés.

Ces nouveaux marqueurs peuvent être associés (i) à la pluripotence naïve, (ii) à la transition entre les deux états de pluripotence, (iii) à la pluripotence amorcée. Ils pourront servir de marqueurs qualitatifs, voire prédictifs, de l’état de pluripotence lors de la dérivation de cellules pluripotentes chez le bovin et le porc, que ce soient des cellules issues d’embryons ou de cellules somatiques reprogrammées (iPS). Les différences entre les transcriptomes des différents espèces vont être également analysées, afin d’adapter au mieux les conditions de dérivation des cellules pluripotentes.

* Dériver : produire in vitro des cellules spécialisées à partir de cellules pluripotentes extraites d’embryons
** Épiblaste : couche unique de cellules polyédriques représentant le revêtement externe de l'embryon
*** Le transcriptome est l'ensemble des ARN messagers issus de l'expression d'une partie d'un génome, autrement dit des gènes exprimés.
****Deux séquences génétiques homologues de deux espèces différentes sont orthologues si elles descendent d'une séquence unique présente dans le dernier ancêtre commun aux deux espèces.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

Département(s) associé(s) :
Physiologie animale et systèmes d’élevage
Centre(s) associé(s) :
Jouy-en-Josas

Références

1)      Tosolini M, Brochard V, Adenot P, Chebrout M, Grillo G, Navia V, Beaujean N, Francastel C, Bonnet-Garnier A#, Jouneau A#. (2018) Contrasting epigenetic states of heterochromatin in the different types of mouse pluripotent stem cells. Scientific Report 2018 Apr 10;8(1):5776. doi: 10.1038/s41598-018-23822-4.( # corresponding authors : amelie.bonnet-garnier@inra.fr and alice.jouneau@inra.fr)

2)      Bernardo, Andreia S.*,Alice Jouneau*, Hendrik Marks, Philip Kensche, Julianna Kobolak, Kristine Freude, Vanessa Hall, et al. « Mammalian Embryo Comparison Identifies Novel Pluripotency Genes Associated with the Naïve or Primed State ». 2018 Biology Open 7, nᵒ 8. doi.org/10.1242/bio.033282. (*co-first authors).