Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Cell-Embryon“

Au cours de l'embryogenèse, l'ébauche thymique est colonisée par des cellules hématopoïétique précurseurs. Leur activation par un peptide et, un contact direct avec la fibronectine et la laminine présentes dans l'environnement thymique ou la membrane basale amniotique parait requise dans cette migration.

Le développement d'un organisme complexe repose sur une séquence de décisions cellulaires conduisant à l'émergence de centaines de types cellulaires différents avec des fonctions spécifiques. Cette progression est marquée par une perte graduelle de la potence cellulaire, des changements significatifs du transcriptome et un remodelage étendu de la chromatine. Les embryons totipotents à 2 cellules (2C) se caractérisent par une signature transcriptionnelle unique et une organisation de la chromatine relâchée (hypométhylation globale, faible compaction de la chromatine, accessibilité accrue de la chromatine). Cependant, comment les embryons 2C préservent leur identité cellulaire stricte dans une conformation de chromatine permissive reste mal compris.La conversion spontanée des cellules souches embryonnaires de souris (mESCs) à un état semblable à celui des embryons 2C, appelé cellules 2C-like (2CLCs), fournit un modèle in vitro idéal pour étudier les caractéristiques de la totipotence, dont elles partagent plusieurs traits avec les embryons 2C. Pour étudier les interactions de la chromatine à l'échelle du génome, des expériences de capture de conformation des chromosomes (Hi-C) ont été menées dans les mESCs et les 2CLCs. Bien que l'architecture globale des chromosomes soit restée globalement stable entre les deux populations cellulaires, nous avons identifié de nouvelles larges régions d'interaction spécifiques aux 2CLCs, principalement situées vers une extrémité de nombreux chromosomes. Des expériences de ADN-FISH ont montré que ces interactions se localisent à la périphérie nucléaire des 2CLCs, associées à un changement de marque d'histone, passant d'actif dans les ESCs à répressif dans les 2CLCs, empêchant l'activation transcriptionnelle dans ces régions. La formation de ces interactions de la chromatine dépend des protéines de la famille Zscan4, un facteur de la chromatine exprimé spécifiquement au stade 2C. De manière intrigante, il a été démontré que Zscan4 se lie à des motifs prédisposés à adopter une conformation en Z-ADN, caractérisée par une double hélice gauche. Nous avons détecté la présence de Z-ADN dans les 2CLCs, et leur induction a significativement augmenté la proportion de 2CLCs affichant des conformations de chromatine similaires à celles des 2CLCs spontanés.En résumé, nous proposons un mécanisme en deux étapes dans lequel la formation de Z-ADN induit l'émergence de 2CLCs, suivie de leurs relocalisations à l'enveloppe nucléaire formant de grands domaines d'interactions dépendants de Zscan4, qui pourraient être cruciaux pour préserver la totipotence dans un environnement de chromatine globalement permissif
Mammalian development is characterized by a sequence of cell fate decisionsalong an irreversible pathway of restricted developmental potential and increasingcell specialization. With progressing development, a gradual restriction inpotency is accompanied by significant transcriptome modulation and drasticchromatin reprogramming. Totipotent 2-cell (2C) embryos are defined by aunique transcriptional signature and a relaxed chromatin organization (globalhypomethylation, poor chromatin organization and increased chromatinaccessibility). However, how 2C embryos safeguard their strict cell identity in arelaxed chromatin conformation remains poorly understood.The spontaneous conversion of mouse embryonic stem cells (mESCs) to a 2C-like state, called 2C like cells (2CLCs), provides a convenient in vitro modelsystem to study totipotent-like characteristics as they share several features with2C embryos. To investigate genome-wide chromatin interactions, chromosomeconformation capture experiments (Hi-C) were conducted in both mESCs and2CLCs. While the global chromosome architecture remained stable between thetwo cell populations, we identified new large interacting regions specific to2CLCs, located towards one end of numerous chromosomes. The formation ofthese chromatin interactions depends on Zscan4, a transcription factor expressedspecifically at the 2C stage. Intriguingly, Zscan4 binds to motifs predisposed toadopt a Z-DNA conformation, characterized by a left-handed double helix. Wedetected the presence of Z-DNA in 2CLCs, and inducing it significantly increasedthe proportion of 2CLCs displaying chromatin conformation akin to spontaneous2CLCs. Mechanistically, we propose that Z-DNA formation plays a role inaltering DNA replication timing, a process known to promote cell transitions.In summary, we propose a novel role for Zscan4 in forming 3D genomeinteraction, a process that may be critical in establishing and maintainingtotipotency

L'embryon précoce de la souris est un modèle unique de développement régulatif nécessitant un équilibre délicat entre plasticité et différentiation irréversible. En quelques jours seulement, l'œuf fécondé forme un embryon multicellulaire capable de s'attacher au tissu utérin de la mère et de développer des connexions complexes avec celui-ci. Initialement équivalentes, les cellules de l’embryon précoce voient leur potentiel de différentiation se restreindre et s'engagent vers une destinée cellulaire spécifique tout en conservant la capacité de répondre, dans des fenêtres de temps bien définies, aux signaux externes et aux perturbations du développement. Peu avant l'implantation, la masse cellulaire interne (MCI) des blastocystes précoces se différencie en épiblaste (Epi), qui donnera naissance au fœtus, et en endoderme primitif (PrE), à l'origine de tissus extra-embryonnaires. Des études antérieures ont établi qu’un réseau de régulation, impliquant les facteurs de transcription (FTs) NANOG et GATA6 et la signalisation FGF/ERK, contrôle de nombreux aspects de ce processus de différenciation. Cependant, plusieurs questions demeurent quant aux processus biologiques sous-jacents contrôlant la génération des premiers lignages embryonnaires. L'objectif de cette thèse était d'étudier le rôle de la signalisation PI3K/AKT dans le blastocyste, lorsque les cellules Epi, puis PrE, se forment à partir du pool de cellules indifférenciées de la MCI. Mon travail montre que PI3K/AKT est constitutivement actif pendant le développement préimplantatoire et que des variations d’activité entre cellules apparaissent aux stades blastocystes intermédiaires et tardifs. En modulant l'activité de la voie, j'ai pu montrer que l'activité de PI3K/AKT est une condition préalable à la formation de l'Epi, car les FTs spécifiques de l'Epi NANOG et SOX2 sont considérablement diminués et SOX17, un FT du PrE, est activé en absence d’activité PI3K/AKT. J'apporte en outre la preuve que la régulation des niveaux d’expression des FT dans la MCI est, au moins en partie, médiée par GSK3, une cible directe de PI3K/AKT. Le séquençage ARN en cellule unique (scRNAseq) a révélé que l'inhibition de PI3K/AKT induit des changements minimes dans le transcriptome des cellules internes, indiquant que la voie PI3K/AKT régule les niveaux des FTs par des mécanismes post-transcriptionnels. De manière surprenante, j'ai observé une régulation à la hausse de SOX17 lorsque PI3K/AKT est inhibé dans les embryons mutants Gata6, ce qui suggère que l'initiation de la différenciation en PrE nécessite la levée de l'inhibition de PI3K/AKT. En conclusion, ce projet de thèse illustre que PI3K/AKT, une voie souvent associée au contrôle de la survie, de la prolifération et du métabolisme, agit également comme médiateur du destin cellulaire pendant une période spécifique et limitée du développement précoce de la souris. Nous proposons que PI3K/AKT préserve la pluripotence des progéniteurs Epi en formation en maintenant l'expression de marqueurs clés du lignage tout en empêchant la différenciation vers le PrE. Ainsi, mon travail donne un aperçu nouveau et important de la régulation du FT de pluripotence clé NANOG dans les embryons précoces et identifie des signaux autres que la signalisation FGF/ERK qui participent aux décisions de lignage indépendamment de cette dernière
The early mouse embryo is a unique paradigm for regulative development which requires a fine-tuned balance between plasticity and commitment. In just a few days, the fertilized egg forms a multicellular embryo which is able to attach to and develop intricate connections with the mother's uterine tissue. Initially equivalent, early embryonic cells become restricted in their developmental potential and commit to a specific cell identity while keeping short windows of responsiveness to react to external cues or developmental perturbations. Shortly before implantation, the inner cell mass (ICM) of early blastocysts differentiates into the epiblast (Epi), that will give rise to the fetus, and the primitive endoderm (PrE), at the origin of extraembryonic tissues. Previous studies have established a regulatory network, involving the transcription factors (TFs) NANOG and GATA6 and the FGF/ERK signaling, which controls many aspects of this differentiation process. However, several questions remain about the underlying mechanisms controlling the generation of the first embryonic lineages. The objective of this thesis was to study the role of PI3K/AKT signaling during blastocyst development when first Epi, then PrE cells arise from the uncommitted pool of ICM cells. My work demonstrates that PI3K/AKT is constitutively active during preimplantation development and that variations of signaling activities occur during mid to late blastocyst stages. By modulating pathway activity, I could demonstrate that PI3K/AKT activity is a premise for Epi formation as the Epi-specific TFs NANOG and SOX2 are dramatically reduced and endodermal SOX17 is activated in the absence of PI3K/AKT. I further provide evidence that the regulation of TF patterning in the ICM is, at least in part, mediated by the PI3K/AKT downstream target GSK3. Single cell RNA sequencing (scRNAseq) revealed that PI3K/AKT inhibition induced marginal alterations in the inner cell transcriptome, indicating that PI3K/AKT regulates TFs levels through post-transcriptional mechanisms. Surprisingly, I observed upregulation of SOX17 when PI3K/AKT is inhibited in Gata6 mutant embryos which suggests that initiation of PrE fate requires the release of PI3K/AKT inhibition. In conclusion, this PhD project illustrates that PI3K/AKT, a pathway often associated with controlling survival, proliferation and metabolism, acts also as a mediator of cell fate during a specific and limited period of early mouse development. We propose that PI3K/AKT guards the pluripotency of forming Epi progenitors by maintaining the expression of key Epi markers while simultaneously preventing differentiation towards PrE fate. Thus, my work gives novel and important insights into the regulation of the Epi master TF NANOG in early embryos and identifies signals other than FGF/ERK signaling that participate in lineage decisions independently of the latter

Après la fécondation d’un ovocyte, un aster de microtubules se forme autour de l’ADN mâle. Cet aster spermatique permet d’amener le pro-noyau femelle jusqu’au pro-noyau mâle pour qu’ils puissent fusionner. Il permet aussi de déplacer l’ADN fusionné jusqu’au centre de la cellule pour assurer une division cellulaire équitable. Les mécanismes de centration d’un aster ou d’un fuseau ont donné lieu à de nombreuses recherches, que ce soit par modélisation, expérimentalement chez des espèces telles C. elegans, P. lividus, M.musculus ou in vitro sur des extraits de Xenopus laevis. Trois mécanismes principaux se dégagent : le pushing, le cortical pulling et le cytoplasmic pulling (ou bulk pulling). En étudiant le déplacement de l’aster et du fuseau mitotique chez le zygote de l’ascidie P. mammillata j’ai découvert un système qui combine ces trois mécanismes en s’appuyant sur l’alternance des étapes du cycle cellulaire. En méiose, l’aster utilise la polymérisation des microtubules qui le composent pour pousser contre le cortex d’actine et s’en décoller (pushing). Arrivé en interphase, l’aster retourne contre le cortex grâce à une traction qu’exerce la membrane sur les microtubules (cortical pulling). Enfin à l’entrée en mitose, la traction membranaire cesse et libère les asters du fuseau mitotique, qui cèdent donc aux forces exercées par le transport d’organelles vers le centre de l’aster (cytoplasmic pulling) qui semblent constantes durant le cycle cellulaire. Cela permet de centrer le fuseau. En même temps que l’aster se forme et se déplace, une réorganisation des compartiments intracellulaires se met en place. Pour comprendre de quelle manière l’organisation intracellulaire peut être perturbée par la formation de l’aster, j’ai étudié le cas du vitellus. En effet, le vitellus, qui est présent sous forme de vésicules, est initialement abondant et homogène dans l’ovocyte non fécondé. Cependant, dès que l’aster apparaît, sa répartition change et les vésicules de vitellus sont exclues de la zone contenant l’aster. Cette exclusion générée à la formation de l’aster chez le zygote, est maintenue au cours du développement. Dans mes travaux, j’ai pu observer qu’elle est majoritairement due à l’accumulation à l’aster d’autres organelles comme le réticulum endoplasmique. La fonction de transport des microtubules de l’aster suffit donc à réorganiser complètement la cellule en excluant certaines organelles et en en accumulant d’autres. Les déplacements de l’aster et du fuseau mitotique, leur régulation par le cycle cellulaire, et la réorganisation intracellulaire, identifiés ici chez le zygote d’ascidie, s’appuient sur le fonctionnement d’éléments fondamentaux d’une cellule, à savoir : les microtubules, le cortex d’actine, le réticulum endoplasmique, les protéines du cycle cellulaire, etc. Les découvertes présentées revêtent ainsi une portée universelle, adaptable aux spécificités de différents types cellulaires
After oocyte fertilization, a microtubule aster forms around the male DNA. The sperm aster brings the female pro-nucleus to the male pro-nucleus so they can fuse, but it also moves the fused nuclei to the cell center to ensure an equitable cell division. Numerous studies performed in vitro, by modeling or experimentally in species such as C. elegans, P. lividus, and M. musculus, addressed the aster and spindle centration mechanisms. Three main mechanisms emerged; pushing, cortical pulling, and cytoplasmic pulling. By studying aster centration in the zygote of the ascidian P. mammillata, I discovered a system that combines these three mechanisms based on the cell cycle stages. In meiosis, the aster uses the polymerization of its microtubules to push against the actin cortex and move away from it (pushing). Once in interphase, the aster returns to the cortex by a pull exerted by the membrane on the microtubules (cortical pulling). At mitosis entry, cortical pulling stops, and releases the mitotic spindle's asters. In consequence, the asters give in to the forces exerted by the transport of organelles to the aster center (cytoplasmic pulling), that appeared constant during the cell cycle. Cytoplasmic pulling hence participate in centering the spindle While the aster forms and moves, the intracellular compartments reorganize. To understand how intracellular organization can be disrupted by aster formation, I studied the case of yolk. The yolk, in the form of vesicles (called granules or platelets), is initially abundant and homogeneous in the unfertilized oocyte. However, as soon as the aster appears, its distribution changes and the yolk platelets are excluded from the region containing the aster. This exclusion generated by the aster formation in the zygote is maintained during development. I observed that yolk exclusion is mainly due to the accumulation at the aster of other organelles such as the endoplasmic reticulum. The transport function of the aster microtubules is therefore sufficient to completely reorganize the cell by excluding some organelles and accumulating others. The movements of the aster and the spindle, their regulation by cell cycle, and the intracellular reorganization, identified here in the ascidian zygote, rely on basic elements of a cell, namely: the microtubules, the actin cortex, the endoplasmic reticulum, the proteins of the cell cycle, etc. Thus, the discoveries presented here cover a broad scope, and seem adaptable to the specificities of different cell types

Les cellules nerveuses contiennent une abondance de microtubules stables. La proteine stop (stable tubule only polypeptide) est une proteine neuronale qui s'associe aux microtubules et a la calmoduline. Elle est capable de stabiliser in vitro les microtubules vis-a-vis du froid, de la dilution et de drogues. Le clonage de l'adnc de la proteine stop a montre qu'il s'agit d'une nouvelle proteine, de masse moleculaire 100,5 kda et de pi 9,5. La proteine stop comprend deux domaines composes de motifs repetes distincts: un domaine central de 5 repetitions de 46 acides amines extremement conserves et un domaine carboxyterminal de 28 repetitions imparfaites de 11 acides amines. Elle contient egalement un site potentiel de liaison a un domaine sh3. La transfection de l'adnc de la proteine stop dans des cellules depourvues de microtubules stables au froid montre l'association de cette proteine aux microtubules. De plus, l'expression de la proteine stop peut induire in vivo la stabilite des microtubules au froid et au nocodazole, ainsi que la detyrosination de la tubuline des microtubules. La distribution des arnm de la proteine stop indique que la proteine est abondante dans le cerveau. Dans des cultures primaires de cervelet embryonnaire, les neurones sont fortement marques par les anticorps anti-stop. Des oligonucleotides antisens, correspondant au motif central, entrainent 75% d'inhibition de la differenciation de cellules pc12 traitees au ngf. Ces resultats montrent que la proteine stop doit jouer un role important dans la stabilisation au froid des microtubules neuronaux, dans le controle de leur dynamique et dans la differenciation neuronale