At embryonic day 3.5 (E3.5), inner cell mass (ICM) cells co-express the transcription factors NANOG and GATA6. Between E3.5 and E4.5, cells of the ICM differentiate into epiblast (Epi) and primitive endoderm (PrE). These two lineages are distinguished by the differential expression of the previously coexpressed transcription factors; Epi cells express NANOG while PrE cells express GATA6. FGF/ERK signalling is responsible for Epi and PrE differentiation but it does not explain the initial co-expression of both factors and how the mutually exclusive expression arises. β-catenin is the downstream effector of Wnt signalling, and it is also found in the membrane forming a complex with E-cadherin. Depending on it subcellular location, β-catenin has been associated with pluripotency and differentiation of mESCs, whose origin is the mouse embryo. My hypothesis was that changes in both cellular pools of β-catenin are involved in ICM differentiation. To characterize Wnt/β-catenin role during preimplantation development, I applied quantitative immunofluorescence analysis (QIF) together with chemical and classical genetics in in vitro and in vivo models. I found that high membrane β-catenin levels are associated with Epi cells from E4.0 stage, while nuclear β-catenin levels are higher in co-expressing cells at E3.5 and PrE precursors at E4.0. My results indicate that increases in nuclear β-catenin levels allow the ICM cells to be specified earlier, determined by an earlier appearance of mutually exclusive expression of GATA6 and NANOG in vitro and ex vivo. Moreover, increased β-catenin levels promote specification towards PrE fate, observed by the presence of higher percentages of PrE cells. Conversely, a decrease in β-catenin levels result in slower ICM specification into Epi and PrE. Finally, modulation of FGF/ERK signalling in mouse embryos, which is the main pathway in this cell fate choice, led to changes in β-catenin subcellular location and levels. Altogether, my results are consistent with a role for Wnt/β-catenin signalling facilitating PrE fate acquisition concomitantly with FGF/ERK signalling.

L’étude de la plasticité cellulaire est un puissant outil pour comprendre le choix du destin cellulaire pendant la différenciation et dans les processus cancéreux lors de la transformation d’une cellule normale en une cellule maligne. Chez la drosophile, le facteur de transcription Gcm contrôle la détermination du destin glial. Dans des mutants gcm, les cellules qui se développent normalement en glie entrent dans la voie de différenciation neuronale alors que l’expression ectopique de gcm dans des progéniteurs neuronaux induit de la glie. Ces données font de Gcm un outil important pour comprendre les bases de la plasticité cellulaire. Mon projet de thèse vise à comprendre les mécanismes contrôlant la plasticité des cellules souches neurales. Nous avons ainsi montré que la capacité des CSNs à se convertir en glie après expression forcée de Glide/Gcm décline avec l'âge et que lors de l'entrée en phase quiescente ou apoptotique, ils ne peuvent plus être convertis. Nous avons aussi découvert que le processus de conversion du destin ne se manifeste pas uniquement par l’expression de marqueurs gliaux mais aussi par des changements spécifiques au niveau de la chromatine. D’une manière intéressante, nous avons aussi montré que la stabilité de la protéine Glide/Gcm est contrôlée par deux voies opposées, où Repo et l’histone acetyltransférase CBP jouent un rôle majeur. / The study of cellular plasticity is a powerful tool to understand the mechanisms directing cell fate choice during differentiation and transformation of a normal cell into a cancerous one. In Drosophila, the transcription factor Gcm control glial fate determination. In gcm mutants, cells that normally develop into glia enter the path of neuronal differentiation, whereas ectopic expression of gcm in neural progenitors induces glia. These properties make gcm an important tool for understanding the basics of cellular plasticity. My thesis project aims to understand the mechanisms controlling the plasticity of neural stem cells (NSCs). Based on this aim, we showed that the ability of NSCs to be transformed into glia, after forced expression of Gcm, declines with age and that upon entry into quiescence or apoptosis, they cannot be converted. We also found that the process of fate conversion does not manifest itself only through the expression of glial markers but also by specific changes in the level of chromatin. Remarkably, we also showed that the stability of the protein Gcm is controlled by two opposite and interconnected loops, where Repo and the histone acetyltransferase CBP play a major role.

Au cours de ma thèse, mes projets de recherche ont visé à mieux comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la prolifération et la spécification des cellules progénitrices dans la rétine du xénope à travers trois projets principaux. Le réseau de régulation qui contrôle la spécification des cellules progénitrices vers les sous-types neuronaux est à ce jour très peu connu. C’est dans ce contexte que j’ai étudié le rôle du facteur de transcription à domaine bHLH, Ascl1, dans la détermination des sous-types rétiniens au cours du développement. Par des approches in vivo de gain et perte de fonction d’Ascl1, des expériences d’épistasie et la recherche de ses cibles transcriptionnelles, j’ai pu mettre en évidence qu’Ascl1 (i) est impliqué dans la genèse des neurones GABAergiques rétiniens, (ii) qu’il est épistatique sur des facteurs glutamatergiques tels que Neurog2, NeuroD1 ou Atoh7, (iii) que son activité GABAergique est conférée par son domaine basique de liaison à l’ADN et (iv) que cette activité implique la régulation directe du facteur de transcription Ptf1a. Ces données ajoutent donc une nouvelle pièce au réseau transcriptionnel gouvernant la spécification des sous-types GABAergiques au cours du développement de la rétine. La mise en place correcte des types et sous-types cellulaires de la rétine nécessite une coordination avec le moment de sortie du cycle cellulaire des progéniteurs rétiniens. Dans ce contexte, j’ai contribué à l’avancée d’un projet visant à étudier le réseau de signalisation contrôlant la prolifération des précurseurs de la rétine. Par des approches in vivo, génétiques et pharmacologiques, cette étude a montré que les voies Wnt et Hedgehog s’antagonisent pour réguler l’activité proliférative des cellules souches et progénitrices rétiniennes. Nos données préliminaires suggèrent que ces voies agissent de façon opposée à la fois sur la sortie et sur la cinétique du cycle cellulaire. Ce travail nous a conduit à proposer un modèle selon lequel ces voies Wnt et Hedgehog réguleraient la balance entre prolifération et différenciation dans la rétine post-embryonnaire. Enfin, dans le but d’élargir nos connaissances sur les réseaux de signalisation et les réseaux transcriptionnels impliqués dans le contrôle de la prolifération et de la détermination cellulaire dans la rétine, j’ai également contribué à la recherche de nouveaux marqueurs spécifiques des différentes populations cellulaires rétiniennes au travers d’un crible à grande échelle par hybridation in situ. De nombreux gènes spécifiquement exprimés dans les cellules souches ou les cellules progénitrices constituent des gènes candidats pour de futures approches fonctionnelles. / My thesis research work aimed to better understand the molecular mechanisms underlying proliferation and specification of retinal progenitors in Xenopus through three main projects. As the mechanisms governing specification of retinal progenitors towards the different neuronal subtypes are still poorly understood, I focused my work on the role of Ascl1, a bHLH transcription factor, in cell-subtype determination during retinogenesis. Using in vivo gain- and loss-of-function experiments, I have investigated Ascl1’s epistatic relationships with other bHLH factors and identified its transcriptional targets. My results indicate that Ascl1 (i) is implicated in the genesis of retinal GABAergic neurons (ii) is epistatic to glutamatergic factors such as Neurog2, NeuroD1 and Atoh7 (iii) that its basic DNA-biding domain is sufficient for its GABAergic-inducing activity (iv) and that this activity involves a direct regulation of the Ptf1a transcription factor. The correct order of neural cell types and subtypes formation is tightly coordinated with the timing of cell-cycle exit of retinal progenitors. Ongoing work in the laboratory, to which I have contributed, was therefore investigating the role of signaling pathways controlling retinal precursor proliferation in this process. Using in vivo genetic and pharmacological tools, we have shown that an antagonistic cross-regulation between Wnt and Hedgehog signaling governs stem cell and progenitor proliferation in post-embryonic retina. Preliminary data shows that Wnt and Hedgehog have opposite effects on both cell cycle exit and kinetics and may therefore regulate the proliferation/differentiation balance in the post-embryonic retina. Lastly, in order to broaden our knowledge on the transcriptional and signaling networks which govern proliferation and cell fate determination in the retina, I have participated in a large scale screen by in situ hybridization aiming to identify new molecular markers of different retinal cell population. Many genes that are exclusively expressed in retinal stem cells or progenitors are promising candidates for future functional studies.