Les cellules souches à pluripotence induite (iPSCs) ont considérablement impacté la biologie du développement ainsi que la médecine régénérative, particulièrement parce qu’elles sont une alternative à l’utilisation de cellules d’origine embryonnaire mais surtout parce qu’elles offrent la possibilité de générer des cellules souches pluripotentes spécifiques du patient. Cependant, les protocoles de reprogrammation conventionnels génèrent des iPSCs humaines (hiPSCs) dans un état développemental avancé ou état amorcé, limitant leur utilisation à la modélisation du développement humain post-implantatoire. Ainsi, il est devenu nécessaire d’identifier des hiPSCs qui soient dans un état naïf, représentatif de l’épiblaste de l’embryon humain pré-implantatoire. Nous avons développé un protocole permettant de reprogrammer des cellules somatiques directement en hiPSCs naives par surexpression d’OKMS dans des conditions de culture spécifiques, sans transiter par un état de pluripotence amorcé. Ce protocole permet, en outre, de générer en parallèle des lignées isogéniques arborant différentes potentialités dont l’état amorcé représentant un contrôle majeur. Pour évaluer les hiPSCs naives générées, nous les avons comparé à l’épiblaste pré-implantatoire humain ce qui a montré une remarquable concordance au regard de leur transcriptome, leur dépendance à la respiration mitochondriale, la méthylation de leur ADN ainsi qu’au status du chromosome X. En somme, ces résultats sont essentiels pour comprendre la régulation de la pluripotence au cours du développement préimplantatoire et ouvrent de nouvelles perspectives pour la modélisation de maladies ainsi qu’en médecine régénérative. / Induced pluripotent stem cells (iPSCs) have considerably impacted human developmental biology and regenerative medicine, notably because they circumvent the use of cells from embryonic origin and offer the potential to generate patient-specific pluripotent stem cells. However, conventional reprogramming protocols produce developmentally advanced, or primed, human iPSCs (hiPSCs), restricting their use to post-implantation human development modelling. Hence, there is a need for hiPSCs resembling preimplantation naive epiblast. Here, we developed a method to generate naive hiPSCs directly from somatic cells using OKMS overexpression and specific culture conditions without transitioning through a primed pluripotent state. Besides, this protocol enables parallel generation of isogenic lines bearing different potencies among which the primed state as it is a major control line. To evaluate the generated naive hiPSCs, we benchmarked them against human preimplantation epiblast and reveal a remarkable concordance in their transcriptome, dependency on mitochondrial respiration, DNA methylation and X chromosome status. Collectively, these results are essential for the understanding of pluripotency regulation throughout preimplantation development and will generate new opportunities for disease modeling and regenerative medicine.

Lors de la formation du blastocyste, l'embryon de souris est constitué d'un épithélium externe, le trophectoderme (TE), et d'une masse cellulaire interne (MCI). L’épiblaste (EPI) et l’endoderme primitif (EPr) se spécifient au sein de la MCI sous un patron de « sel et poivre » caractérisé par l’expression complémentaire de NANOG, marqueur de l’EPI et de GATA6, marqueur de l’EPr. Nanog est nécessaire pour l’acquisition d’une identité EPI et Gata6 induit le devenir en EPr. La voie FGF/MAPK joue un rôle critique dans l’acquisition de l’identité EPr et la perturbation de son activité impacte directement sur le ratio EPr/EPI dans la MCI. Je recherche des facteurs qui serait exprimés de manière hétérogène avant la spécification des cellules internes et pourraient faire pencher la balance vers un destin ou l’autre. Pour cela, j’ai disséqué l’évolution des cellules de la MCI au sein des embryons Nanog-/- et Gata6-/-. Ces embryons forment correctement le TE et la MCI qui ne se spécifie ni en EPI ni en EPr. En effet, les cellules internes des embryons Nanog-/- ; Gata6-/- restent bloquées autour du stade E3.25. De manière étonnante, dans les cellules de la MCI, le facteur de transcription SOX2 est présent et ce, de manière hétérogène. De plus, grâce à des traitements inhibiteurs de la voie FGF/MAPK, je montre que cette voie n’est pas responsable de l’hétérogénéité d’expression de SOX2. Ainsi, l’expression hétérogène de SOX2 dans les cellules internes des embryons est donc indépendante de Nanog, de Gata6 et de la voie FGF/MAPK. / During mouse blastocyst formation, the embryo consists of an outer epithelium, the trophectoderm (TE), and the inner cell mass (ICM). The epiblast (EPI) and the primitive endoderm (PrE) are specified within the MCI in a "salt and pepper" pattern characterized by the complementary expression of NANOG, marker of EPI and gata6, marker of PrE. Nanog is mandatory to acquire an EPI identity and Gata6 induces the PrE identity. FGF /MAPK pathway plays a critical role in the acquisition of a PrE identity and disruption of its activity directly impacts the PrE/Epi ratio within the ICM. I’m looking for factors that would be expressed heterogeneously before the specification of internal cells and might tilt the balance towards one fate or the other. For this, I dissected the evolution of ICM cells within Nanog-/- ; Gata6-/- embryos. These embryos form properly the TE and MCI that specifies neither EPI nor PrE. Indeed, the internal cells of Nanog-/- ; Gata6-/- embryos remain stuck around the stage of E3.25. Surprisingly, in the MCI cells, the transcription factor SOX2 is present and this, heterogeneously. Moreover, using inhibitors treatments of the FGF/MAPK pathway, I show that this pathway is not responsible for the heterogeneity of expression of SOX2. Thus, the heterogeneous expression of SOX2 in the inner cells of the embryos is therefore independent of Nanog, Gata6 and the FGF/MAPK pathway.