Les cellules souches embryonnaires (ESCs) sont issues de la masse cellulaire interne (ICM) de blastocystes préimplantatoires. Elles sont pluripotentes c'est-à-dire capables de se différencier dans les trois lignages embryonnaires (ectoderme, mésoderme et endoderme) et de s'autorenouveller, c'est-à-dire de se multiplier indéfiniment en culture. Chez la souris, ces cellules (mESCs) sont à la base des techniques de transgénèse permettant des modifications génétiques ciblées. Chez l'Homme ces cellules (hESCs) représentent un grand espoir en médecine régénérative pour traiter des maladies dégénératives comme les maladies de Parkinson ou de Huntington. Le modèle le plus pertinent de l'espèce humaine est le singe. Cependant l'expérimentation sur cette espèce est soumise à une réglementation très stricte. C'est pourquoi il est nécessaire de développer des modèles alternatifs. C'est dans ce cadre que s'inscrit le lapin, qui est phylogénétiquement plus proche de l'Homme que ne l'est la souris. Mon projet de thèse a eu pour but d'étudier la pluripotence dans les ESCs de lapin (rESCs), afin de pouvoir les utiliser en transgénèse et produire des animaux transgéniques, modèles de maladies humaines. La première partie de ces analyses est regroupée au sein de l'article que notre laboratoire a publié en 2013 dans Biology Open (Osteil et al. 2013). D'autres analyses ont abouti à la dérivation de nouvelles lignées stabilisées dans un état plus proche de celui des cellules de l'ICM. L'ensemble des résultats a permis d'établir des bases solides pour la compréhension de la pluripotence et pour la dérivation d'ESCs dites naïves chez un autre mammifère que la souris / Embryonic stem cells (ESCs) result from cultures of inner cell masses (ICMs) isolated at preimplantation blastocyst stage. ESCs are defined by their self-renewal capacity, characterized by robust proliferation while maintaining plutipotent potential, the ability to give rise to cells from all three germ layers mesoderm, endoderm and ectoderm. Mouse ESCs (mESCs) allow the production of transgenic models by site-specific mutagenesis. Human ESCs (hESCs) represent major hope for regenerative medicine in order to treat degenerative diseases like Parkinson or Huntington. The more relevant model of Human is monkey. However, working on this specie is subjected to extremely strict regulation. Consequently it is very important to develop alternative animal models. Rabbit appears to be a very good candidate, because he is phylogenetically closer to Human than the mouse. My thesis project aimed to study the pluripotency mechanism of rabbit ESCs (rESCs), in order to use these cells for the production of transgenic animal models for human diseases. First part of theses analyses is synthesized in a publication into Biology Open in 2013 (Osteil et al. 2013). Other analyses produced new rESCs lines stabilized in a closer state compared to ICM state. All these results led to obtain solid knowledge on pluripotency and derivation on so-called naïve ESCs in a non-rodent specie

Le virus de la maladie de Marek (MDV) est un alpha-herpesvirus responsable de lymphomes T mortels chez la poule. La peau et en particulier le follicule plumeux est considéré comme le seul site de production de particules virales extracellulaires et est à l'origine de la dissémination horizontale du virus et de la contamination de l'environnement. Cependant, aucun système cellulaire ne permet de reproduire ce qui se passe dans ce tissu. Le but de ma thèse a donc été de développer de nouveaux systèmes de culture permettant de reproduire la réplication, la morphogenèse et l’excrétion décrites in vivo. Pour cela, j’ai développé deux systèmes, des explants de peau d’embryons de poulet cultivés ex vivo et des kératinocytes obtenus par différenciation de cellules souches embryonnaires de poule. J’ai également montré la permissivité au MDV de ces deux modèles de peau puis y ai étudié la réplication et la morphogénèse virale. Ces modèles permettront la recherche des déterminants viraux et cellulaires impliqués dans la production de virions extracellulaires et leur dissémination. / Marek's disease (MD) is a highly contagious virus-induced lymphoma in chicken, caused by an alphaherpesvirus named Marek’s disease virus (MDV). The skin and especially, the feather follicle is the only tissue known to produce infectious cell-free virions and is responsible for the shedding of MDV into the environment and transmission between birds. However, no cell culture system actually reproduces this process ex vivo. Herein my thesis aim was to develop new culture systems to reproduce the efficient MDV replication, morphogenesis and shedding from the feather follicle. For that, I developed two systems, skin explants derived from embryos cultivated ex vivo and keratinocytes obtained by differentiation of chicken embryonic stem cells. I also showed that these two models were permissive to MDV infection and I studied in each one MDV replication and morphogenesis. These models will allow the search of viral and cellular determinants involved in the production of extracellular virions and shedding.

Les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) sont des outils puissants pour explorer la genèse des différents tissus de l’organisme, notamment le tissu hématopoïétique. Dans le but d’obtenir des types cellulaires cliniquement utiles, la majorité des travaux se sont concentrés sur l’obtention des cellules hématopoïétiques terminales, notamment des cellules lymphoïdes (lymphocytes B, lymphocyte T et cellules NK), à partir des cellules souches pluripotentes humaines. En revanche, le rendement des cellules hématopoïétiques obtenues dans ce modèle reste faible. D’autre part, les étapes précoces de l’hématopoïèse, notamment l’identification de la cellule souche hématopoïétique (CSH), des progéniteurs myéloïdes et lymphoïdes à partir des cellules souches pluripotentes, sont encore très peu définies. Nous nous sommes intéressés aux étapes précoces de la lymphopoïèse dans le modèle des CSEh. Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle de l’homéoprotéine HOXB4 dans l’expansion des progéniteurs NK dérivés des CSEh. Nous avons montré que l’exposition des cellules des corps embryonnaires (EB pour Embryoid Body), dérivées de la différenciation des CSEh, à la lignée MS-5/SP-HOXB4, une lignée modifiée qui exprime constitutivement HOXB4, induit une expansion des progéniteurs NK dérivées des CSEh. De plus, les cellules NK qui en dérivent sont matures et fonctionnelles, de part leur activité cytolytique vis-à-vis d’une lignée érythro-leucémique (K562). Outre l’effet de HOXB4 sur l’expansion des progéniteurs NK, cette étude a permis de démontrer en particulier le rôle de la lignée stromale MS-5 dans l’induction de la spécification lymphoïde à partir des CSEh. Dans un deuxième temps, nous avons analysé plus précisément les étapes précoces de la lymphopoïèse humaine à partir des CSEh. En effet, nous avons montré, au cours de la première partie, que la coculture des cellules dérivées des EB avec MS-5 induit l’expression en surface du CD45RA, un marqueur de spécification lymphoïde, au sein des progéniteurs hématopoïétiques CD34+. Ainsi, sur la base de ces données et des données antérieurs concernant les étapes précoces de la lymphopoïèse humaine fœtale et adulte, nous avons identifié et caractérisé in vitro à partir des CSEh deux populations originales de progéniteurs lymphoïdes précoces multipotents (MELP pour Myeloid Early Lymphoid Progenitor): La progéniteur CD34+CD45RA+CD7+ dont le potentiel de différenciation est biaisé vers le lignage T et NK ; et le progéniteur CD34+CD45RA+CD7- a un potentiel de différenciation biaisé vers les lymphocytes B. Cette étude a un intérêt dans la compréhension du processus de la lymphopoïèse humaine dans le modèle des cellules souches pluripotentes. En perspective, ces données pourraient avoir également un intérêt dans la modélisation de maladie de défauts génétiques de développement du système lymphoïde. / Human embryonic stem cells (hESC) are powerful tools to explore tissue genesis of the organism, especially hematopoietic tissue. In order to obtain cellular types clinically useful, the majority of works have been focalised on final output of hematopoietic cells, especially lymphoid cells (lymphocyte B, lymphocyte T and NK cells), from human pluripotent stem cells. However, the obtained hematopoietic cells yield is very poor. In the other hand, initial steps of hematopoiesis, especially the identification of the hematopoietic stem cell, myeloid and lymphoid progenitors, from pluripotent stem cells, are poorly defined. We were interested to early steps of lymphopoisis in the hESC model. Initially, we studied the role of HOXB4 homeprotein on CSEh-derived NK progenitor. We showed that exposure of embryoid body (EB), derived from hESC, to the modified line that express constitutively HOXB4 “MS-5/SP-HOXB4”, induce hESC-derived NK progenitor expansion. Furthermore, the derived NK cells are mature and fonctionnal, by cytolytic activity on erythro-leucemic line K562. Furthermore the effect of HOXB4 on NK progenitor expansion, this study demonstrated, particularly the role of MS-5 line on the lymphoid specification from hESC.Secondly, we analysed more precisely the early steps of human lymphopoiesis from hESC. We showed, in the first part, that MS-5 coculture of the EB-derived cells induce surface expression of CD45RA (marker of lymphoid specification) on hematopoietic progenitor CD34+. Thus, on the basis of these data and previous data concerning the initial steps of fetal and adult lymphopoiesis, we identified and characterized in vitro from hESC, two populations of multipotent early lymphoid progenitor (MELP): the CD34+CD45RA+CD7+ progenitor whose the differentiation potential is biased to T and NK lineage, and the CD34+CD45RA+CD7- progenitor has differentiation potential biased to B lineage. This study is essential in understanding of normal and pathological lymphopoisis process in pluripotent stem cells model. Additionally, this study paves the way for the modeling of genetic disorders of lymphoid system.

Les cellules souches pluripotentes sont capables de donner naissance à tous les types cellulaires constituant un organisme, ce qui leur confère un fort intérêt thérapeutique. A partir de l’embryon de souris on peut en dériver deux types : les cellules souches embryonnaires (ES) au stade blastocyste et les cellules souches d’épiblaste (EpiSC) au stade œuf cylindre. Ces deux types de cellules partagent leurs propriétés pluripotentes mais se distinguent par de nombreux aspects comme leurs conditions de culture et les gènes qu’elles expriment. Nous avons montré que la reprogrammation par clonage par transfert de noyau permet d’obtenir des EpiSC présentant un méthylome et un transcriptome similaires à ceux des EpiSC issues d’embryons après fécondation. Nous avons également caractérisé le profil de méthylation de l’ADN des EpiSC, et montré une tendance à l’hyperméthylation des promoteurs des EpiSC par-rapport aux cellules ES et à l’épiblaste. De plus, l’absence de méthylation empêche la conversion des cellules ES en EpiSC. Les EpiSC semblent donc dépendre fortement de la méthylation de l’ADN pour réguler l’expression de leurs gènes, ce qui les distingue des cellules ES. / Pluripotent stem cells are of great therapeutic interest because of their capability to give rise to all the cells composing an organism. We can derive two types of these stem cells from the mouse embryo: embryonic stem cells (ESCs) from the blastocyst and epiblast stem cells (EpiSCs) from the egg cylinder stage. These two cell types share their pluripotent properties but are distinct on several features, like their culture conditions and gene expression. We showed that reprogramming using cloning by nuclear transfer allows the obtention of EpiSCs with a methylome and a transcriptome similar to those of EpiSCs derived from embryo after fertilisation. We also characterised the DNA methylation pattern of EpiSCs and showed their tendency to present a hypermethylation at their promoters compared to ESCs and epiblast. We also observed that the absence of DNA methylation blocks the conversion of ESCs into EpiSCs. As a conclusion, it seems that EpiSCs are strongly dependant of DNA methylation to regulate gene expression, which distinguishes them from ESCs.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les eIF2B-pathies représentent un groupe de leucodystrophies de transmission autosomique récessive du à des mutations du facteur ubiquitaire eIF2B. Celui-ci intervient dans l'initiation de la traduction et ses régulations, particulièrement en cas de stress cellulaires, grâce à son activité d'échange de guanine (GEF). Un large spectre clinique et mutationnel a été décrit pour cette pathologie.La diminution de l'activité GEF a pu être validée comme marqueur diagnostique spécifique des eIF2B-pathies dans les lymphoblastes de patients atteints avec un seuil d'activité à 77,5% pour une spécificité de 100% et une sensibilité de 89%.La compréhension des mécanismes moléculaires en cause a ensuite été recherchée selon trois approches :- une première focalisée sur l'étude de la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE) dans les lymphoblastes de patients eIF2B-mutés. L'hyper-activation transcriptionnelle et traductionnelle des gènes de la réponse au stress du RE, observée dans d'autres études et sur d'autres types cellulaires n'a pas été retrouvée dans cette étude.- une approche globale d'étude transcriptomique différentielle dans des fibroblastes primaires de patients eIF2B-mutés soumis ou non à un stress cellulaire. La comparaison du transcriptome avec celui de contrôles sains et de patients porteurs d'une autre leucodystrophie n'a pas permis de mettre en évidence un effet spécifique du stress dans les fibroblastes eIF2B-mutés. En revanche, il a pu être montré une dérégulation de l'expression de 70 gènes spécifiquement dans ces fibroblastes ainsi que l'implication de voies métaboliques telles que l'épissage et la stabilité des ARNm, importantes au cours du développement du système nerveux central. Ces gènes trouvés dérégulés dans les fibroblastes, appartenant notamment à la famille des hnRNP, ont été ensuite validés dans les cerveaux de patients eIF2B-mutés et une anomalie d'épissage de certains transcrits importants pour les cellules gliales a également été identifiée.- enfin, pour valider l'hypothèse d'une anomalie développementale des cellules gliales, le modèle des cellules souches embryonnaires (ESC) a été utilisé et un défaut génétique a été introduit dans ces cellules afin de mimer les mutations eIF2B. Une anomalie de différentiation de ces ESC en cellules gliales a pu être mise en évidence dans ce modèle qui pourrait alors constituer un outil de choix pour tester des molécules pouvant potentiellement améliorer la différenciation de ces cellules, principales en cause dans cette pathologie.

Les eIF2B-pathies représentent un groupe de leucodystrophies de transmission autosomique récessive du à des mutations du facteur ubiquitaire eIF2B. Celui-ci intervient dans l’initiation de la traduction et ses régulations, particulièrement en cas de stress cellulaires, grâce à son activité d’échange de guanine (GEF). Un large spectre clinique et mutationnel a été décrit pour cette pathologie.La diminution de l’activité GEF a pu être validée comme marqueur diagnostique spécifique des eIF2B-pathies dans les lymphoblastes de patients atteints avec un seuil d’activité à 77,5% pour une spécificité de 100% et une sensibilité de 89%.La compréhension des mécanismes moléculaires en cause a ensuite été recherchée selon trois approches :- une première focalisée sur l’étude de la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE) dans les lymphoblastes de patients eIF2B-mutés. L’hyper-activation transcriptionnelle et traductionnelle des gènes de la réponse au stress du RE, observée dans d’autres études et sur d’autres types cellulaires n’a pas été retrouvée dans cette étude.- une approche globale d’étude transcriptomique différentielle dans des fibroblastes primaires de patients eIF2B-mutés soumis ou non à un stress cellulaire. La comparaison du transcriptome avec celui de contrôles sains et de patients porteurs d’une autre leucodystrophie n’a pas permis de mettre en évidence un effet spécifique du stress dans les fibroblastes eIF2B-mutés. En revanche, il a pu être montré une dérégulation de l’expression de 70 gènes spécifiquement dans ces fibroblastes ainsi que l’implication de voies métaboliques telles que l’épissage et la stabilité des ARNm, importantes au cours du développement du système nerveux central. Ces gènes trouvés dérégulés dans les fibroblastes, appartenant notamment à la famille des hnRNP, ont été ensuite validés dans les cerveaux de patients eIF2B-mutés et une anomalie d’épissage de certains transcrits importants pour les cellules gliales a également été identifiée.- enfin, pour valider l’hypothèse d’une anomalie développementale des cellules gliales, le modèle des cellules souches embryonnaires (ESC) a été utilisé et un défaut génétique a été introduit dans ces cellules afin de mimer les mutations eIF2B. Une anomalie de différentiation de ces ESC en cellules gliales a pu être mise en évidence dans ce modèle qui pourrait alors constituer un outil de choix pour tester des molécules pouvant potentiellement améliorer la différenciation de ces cellules, principales en cause dans cette pathologie. / EIF2B-related disorders are an autosomal recessive leukodystrophy caused by mutations in the ubiquitary eIF2B factor. This one is involved in the translation initiation step and its regulation, particularly upon cellular stresses, thanks to its guanine nucleotide exchange factor (GEF) activity. A wide continuum clinical and mutational spectrum has been described for this pathology.The decrease of eIF2B GEF activity has been validated as an eIF2B-pathies specific biomarker in affected patients’ lymphoblasts with 100% specificity and 89% sensibility using a threshold at 77.5%.Functional molecular mechanisms involved in the physiopathology of eIF2B-related disorders have been searched by three approaches:- the first one focalized on the study of the endoplasmic reticulum stress response in lymphoblasts from eIF2B-mutated patients. The translational hyper-induction of specific genes involved in the unfolded protein response, identified in other cell types, was not observed in this study.- a global approach using a differential transcriptomic study of primary fibroblasts from eIF2B-mutated patients submitted or not to a cellular stress. The comparison with the transcriptomic profile of fibroblasts from healthy controls and patients presenting with other types of leukodystrophies not allowed us to identify a specific stress effect in eIF2B-mutated fibroblasts. On the other hand, it has been shown 70 genes specifically differentially deregulated in eIF2B-mutated fibroblasts as well as metabolic pathways implication, like splicing and mRNA stability, that are critical during the central nervous system development. We then validated that these genes, belonging the the hnRNP family, were also deregulated in brains from eIF2B-mutated patients and a splice abnormality of genes implicated in glial cells network has also been identified.- finally, in order to validate the hypothesis of an abnormal glial cell development, the embryonic stem cells (ESC) model has been used and a genetic default has been introduced in these cells to mimic eIF2B mutations. We identified an abnormal differentiation of these ESC into glial cells. Therefore, this model would provide a unique tool to search therapeutic agents that would improve glial cell differentiation, the major cells implicated in this pathology.

Congenital hypothyroidism (CH) is the most frequent of the rare endocrine diseases (e.g. Addison's disease, Cushing's syndrome, Congenital adrenal hyperplasia.), which affects 1:2000 – 4000 newborns. If not immediately diagnosed after birth, thyroid hormones deficiency causes severe defects in brain and skeletal development leading to a complex clinical scenario called cretinism. CH can be due to a defective synthesis of thyroid hormones (dyshormonogenesis) or an abnormal embryonic development of the gland. Data obtained using knockout mouse models have shown the pivotal role of four specific transcription factors (NKX2.1, PAX8, FOXE1 and HHEX) for the correct organogenesis or function of the gland. Although mutations in those genes have been identified in few cases of CH patients, the pathogenetic mechanisms remain still elusive in the vast majority of CH cases (95%).<p>For the identification of new genes and molecular events controlling thyroid organogenesis it would be useful to develop an in vitro cellular model to recapitulate thyroid embryogenesis in a dish. Embryonic Stem Cells (ESCs) have recently emerged as system model to recapitulate the embryogenesis of several tissues in vitro.<p>Induced overexpression of defined transcription factors has been shown to have a directing effect on the differentiation of pluripotent stem cells into specific cell types. In this thesis I show that a transient overexpression of the transcription factors NKX2.1 and PAX8 is sufficient to direct the differentiation of murine ESCs into thyroid follicular cells (TFC) and promotes in vitro self- assembly of TFC into three-dimensional follicular structures, when associated to a subsequent thyrotropin (TSH) treatment. Cells differentiated by this protocol showed significant iodide organification activity, a hallmark of thyroid tissue function. Importantly, athyroid mice grafted with mESC-derived thyroid follicles show normalization of plasma T4 levels with concomitant decrease of plasma TSH. In addition, a full normalization of body temperature at 4 weeks after transplantation was observed. Together, these data clearly demonstrate that grafting of our mESC-derived thyroid cells rescues the hypothyroid state and triggers symptomatic recovery along with the normalization of plasma hormone concentrations. The high efficiency of TFC differentiation and follicle morphogenesis in our system will provide an unprecedented opportunity for future studies to decipher regulatory mechanisms involved in embryonic thyroid development, a major research need towards an improved understanding of the molecular mechanisms underlying congenital hypothyroidism, the most common congenital endocrine disorder in humans. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le métabolisme des cellules souches embryonnaires est étroitement régulé par un équilibre entre<p>auto-renouvellement et différenciation. Ces cellules peuvent proliférer en culture de manière prolongée,<p>tout en restant indifférenciées, mais cela peut engendrer l’apparition d’anomalies karyotypiques, qui<p>accentuent la prolifération de ces cellules au détriment de leur potentiel de différenciation. Ce<p>phénomène d’adaptation à leurs conditions de culture et leurs caractéristiques communes avec les<p>cellules cancéreuses sont deux preuves majeures de la nature tumorigène de ces cellules souches.<p>Le but de ce travail a été d’élucider les voies de signalisation qui contrôlent le métabolisme des<p>cellules souches embryonnaires humaines, et plus particulièrement, leur différenciation. De plus, nous<p>avons souhaité étudier le caractère tumorigène de ces cellules et pour cela, nous avons travaillé en<p>comparant différentes lignées de cellules souches embryonnaires avec une lignée de carcinome<p>embryonnaire humain, leurs correspondantes cancéreuses. Nous avons choisi d’étudier la voie des<p>dérivés de l’inositol, dont la composante PI3K/AKT avait déjà été auparavant associée avec le<p>métabolisme des cellules souches embryonnaires murines, tout comme la composante des inositols<p>phosphates solubles qui avait été impliquée dans le contrôle de l’auto-renouvellement de ces cellules.<p>Nous avons tout d’abord étudié la distribution des inositols phosphates dans ces différents<p>modèles par HPLC et observé que leur profil différait entre les cellules souches embryonnaires normales<p>et cancéreuses, principalement au niveau de la quantité d’InsP5. L’analyse du profil des InsPs en cours de<p>différenciation spontanée a permis par la suite de mettre en évidence des modulations de ces différents<p>métabolites, avec notamment une diminution reproductible d’InsP5. Nous basant sur l’hypothèse que ces<p>modulations devaient se refléter au niveau de l’expression des enzymes régulant la production des<p>inositol phosphates, nous avons entamé une analyse par qPCR des kinases et phosphatases principales<p>impliquées dans cette voie. Nous avons effectivement pu mettre en évidence une augmentation<p>significative de deux isoformes de la triphosphate 3-kinase, ITPKB et ITPKA, en cours de différenciation<p>spontanée. Ces deux enzymes sont également davantage exprimées dans les cellules souches cancéreuses.<p>Ces augmentations d’expression ont ensuite pu être confirmées au niveau protéique pour ITPKB et au<p>niveau de leur activité enzymatique. Par ailleurs, au cours de ce travail, nous avons également mis au<p>point un modèle de différenciation dirigée de nos cellules souches embryonnaires vers des cellules<p>souches mésenchymateuses, que nous avons entièrement caractérisées et dont nous avons pu mettre en<p>évidence les propriétés immunomodulatrices. Des résultats préliminaires sont venus confirmer, dans ce<p>modèle, l’augmentation d’ITPKB préalablement observée en cours de différenciation spontanée.<p>Nous avons également montré que l’expression du gène suppresseur de tumeur PTEN était<p>augmentée en cours de différenciation spontanée des cellules souches embryonnaires humaines. A l’aide<p>de la technique d’immunofluorescence, nous avons mis en évidence une localisation subcellulaire<p>différente de PTEN dans nos cellules souches embryonnaires normales par rapport à leur<p>correspondantes cancéreuses ainsi qu’une plus faible expression de PTEN dans ces dernières, confirmant<p>ainsi nos résultats obtenus précédemment par qPCR. PTEN est le principal inhibiteur de la voie<p>PI3K/AKT dont nous avons également disséqué l’expression des effecteurs majeurs par qPCR. Nous<p>avons notamment mis en évidence une augmentation de l’expression des unités régulatrices p85α et<p>catalytique p110β en cours de différenciation. Ces mêmes enzymes étaient également surexprimées dans<p>les cellules de carcinome embryonnaire préalablement différenciées à l’aide d’acide rétinoïque.<p>En conclusion, l’ensemble de ces résultats met en évidence une modulation des voies de<p>signalisation dérivées de l’inositol en cours de différenciation spontanée et dirigée des cellules souches<p>embryonnaires, suggérant leur implication dans le contrôle de la différenciation de ces cellules. Nous<p>avons également observé des différences entre les cellules souches embryonnaires normales et<p>cancéreuses, dont l’étude devra être approfondie afin d’évaluer l’impact de ces divergences sur le risque<p>de transformation cancéreuse des cellules souches embryonnaires humaines. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

During embryonic development, multipotent cardiovascular progenitor cells (MCPs) are specified from early mesoderm. Although the core cardiac transcriptional machinery acting during cardiac cell differentiation is relatively well known, the molecular mechanism acting upstream of these cardiac transcriptional factors, and promoting cardiac progenitor specification from early mesoderm remains poorly understood. We used embryonic stem cell (ESC) differentiation as a model to dissect the molecular mechanisms implicated in cardiovascular progenitor specification. Using ESCs, in which gene expression can be temporally regulated, we showed that transient expression of Mesp1 dramatically accelerates and enhances multipotent cardiovascular progenitor specification through an intrinsic and cellular autonomous mechanism. Using genome wide transcriptional analysis, we found that Mesp1 rapidly activates and represses a discrete set of genes. Using chromatin immunoprecipitation, we showed that Mesp1 directly binds to regulatory DNA sequences located in the promoter of many key genes belonging to the core cardiac transcriptional machinery, resulting in their rapid upregulation. Mesp1 also directly and strongly represses the expression of key genes regulating other early mesoderm and endoderm cell fates. Using engineered ESC expressing the green fluorescent protein under the control of the Mesp1 promoter, we isolated Mesp1 expressing cells in differentiating ESCs allowing characterization of the cellular and molecular mechanisms underlying cardiovascular specification. Our results demonstrate that Mesp1 acts as a key regulatory switch during cardiovascular specification, residing at the top of the hierarchy of the gene network responsible for cardiovascular cell fate determination. Moreover our results place Mesp1 upstream of the specification of both first and second heart fields and provide novel and important insights into the molecular mechanisms underlying the earliest step of cardiovascular specification. We identified cell surface markers expressed allowing the isolation of early cardiovascular progenitors and provide potentially novel methods for dramatically increasing the number of cardiovascular cells for cellular therapy in humans. / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished