Chez les Mammifères femelles, l’extinction transcriptionnelle d’un des deux chromosomes X pendant l’embryogénèse précoce compense le déséquilibre de dose des gènes liés à l’X entre les sexes. L’inactivation aléatoire du chromosome X est mise en place dans la masse cellulaire interne du blastocyste et maintenue jusqu’à l’âge adulte dans le soma. Chez certains Euthériens incluant la souris, les tissus extra-embryonnaires (trophectoderme et endoderme primitif) montrent une inactivation soumise à empreinte du X paternel. Le statut inactif du Xp peut être étudié ex vivo dans les cellules souches trophoblastiques (TS) dérivées du trophectoderme. Nous avons pu sélectionner des cellules TS montrant une réactivation partielle du Xp ou bien une inversion complète du profil d’inactivation. Ceci révèle une plasticité épigénétique accrue de l’inactivation dans le trophectoderme par au soma.L’inactivation aléatoire du chromosome X est récapitulée pendant la différenciation des cellules souches embryonnaires (ES), qui servent de modèle cellulaire. Ce processus est déclenché par l’accumulation en cis du long ARN non codant Xist qui crée un domaine nucléaire répresseur autour du futur chromosome X inactif. Avant la différenciation, l’accumulation de Xist est réprimée par un autre long ARN non codant, Tsix, qui est transcrit en antisens de Xist. Afin d’adresser la dynamique fonctionnelle des ARN Xist et Tsix, nous avons inséré différents motifs d’étiquetage au locus Xist/Tsix endogène. Incorporés dans l’ARN sens ou antisens, ces étiquettes sont reconnues spécifiquement par des molécules fluorescentes, permettant ainsi la visualisation de ces transcrits dans les cellules vivantes. / In female Mammals, the transcriptional silencing of one of the two X chromosomes during early embryogenesis compensates the dosage disequilibrium of X-linked genes between sexes. Random X chromosome inactivation occurs in the inner cell mass of the blastocyst and is maintained through adult life in the soma. In some Eutherian species including mice, extraembryonic tissues (trophectoderm and primitive endoderm) exhibit imprinted inactivation of the paternal X. The inactive state of the Xp can be extensively studied ex vivo in Trophoblast Stem (TS) cells derived from the trophectoderm. We were able to select from the general cell population, TS cells exhibiting partial reactivation of the Xp or showing a complete switch of imprinted X-inactivation pattern. This reveals an accrued epigenetic plasticity of imprinted X-inactivation in the trophectoderm as compared to random X-inactivation in the soma.Random X-chromosome inactivation is recapitulated during the differentiation of female Embryonic Stem (ES) cells – which serves as cellular model. This process is triggered by the cis-accumulation of Xist long non coding RNA molecules which create a nuclear repressive domain around the future inactive X chromosome. Before differentiation, the accumulation of Xist is repressed by another lncRNA, Tsix, that is transcribed antisense to Xist. In order to address the functional dynamics of Xist and Tsix RNAs, we inserted different types of tag sequences in the endogenous Xist/Tsix locus. Incorporated in the sense or antisense RNA, these tags are specifically recognized by fluorescent molecules, thereby allowing live cell imaging of these transcripts.

Seul 1,2% du génome code des protéines :98,8% est non-codant,cependant 93% du génome est transcrit, principalement en longs ARN non-codants (lncRNA). Or ces lncRNA constituent une nouvelle classe de régulateurs génomique agissant à tous les niveaux d’expression des gènes et ils sont fortement spécifiques du tissu,modulés au cours du temps et en conditions physiopathologiques.Ainsi,nous proposons que chaque cellule spécifiée exprime son répertoire de lncRNA spécifique avec une carte des zones de chromatines ouvertes renseignant son identité cellulaire.Dans cette perspective,nous avons isolé par FACS 2types cellulaires impliqués dans des pathologies: i) des neurones dopaminergiques humains(nDA) différenciés à partir d’hiPS et ii) des neurones DA et sérotoninergiques (n5-HT)murins.Sur ces 2types neuraux isolés,nous avons identifié 1363 lncRNA exprimés dans les nDA (dont 989nouveaux) constituant le répertoire des neurones DA et 1257 lncRNA dans les n5-HT (719nouveaux) constituant le répertoire des n5-HT.Or leur comparaison a montré que seuls 194 lncRNA sont communs aux 2types cellulaires:la majorité des lncRNA est exprimée soit dans les nDA soit dans les n5-HT,attestant leur spécificité cellulaire.De plus,39%des zones de chromatines ouvertes/potentiellement régulatrices des nDA ne sont pas non plus retrouvées dans les n5-HT.Ainsi, nous avons généré un catalogue d’éléments non codants constituant des signatures moléculaires spécifiques des nDA et n5-HT,ouvrant de nouvelles pistes physiopathologiques:Dans cette optique,les signatures non codantes DA ont été comparées avec les SNP associés à la maladie de Parkinson et des études de fonction sur des lncRNA candidats ont été réalisées. / Only 1.2% of the genome codes for proteins; 98.8% is thus non-coding, despite 93% of the human genome being actively transcribed, mostly in long non-coding RNA (lncRNA).These lncRNA constitute a new class of genomic regulator capable of acting at all levels of gene expression and their expression is highly tissue-specific,modulated during the time and under normal/pathological conditions.Thus, we propose that each specified cell expresses a specific repertoire of lncRNA correlated to open/active chromatin regions specifying its cellular identity.In this context, we isolated by FACS 2neural types involved in many pathologies: i) human dopaminergic neurons (nDA) differentiated from hiPS and ii) DA and serotoninergic (n5-HT) neurons. From these 2neural types, we identified 1,363 lncRNA in nDA (among which 989 new, whether 73%) constituting the repertoire of nDA, and 1,257 lncRNA (among which 719 new) constituting the repertoire of n5-HT. Moreover,their comparison has shown that only 194 lncRNA are common to both neural types:thus the majority of lncRNA is expressed either in nDA or in n5-HT, indicating a high degree of cell-specificity.In addition, 39% of open chromatin regions, potentially regulatory, were also not detected in the n5-HT.Thus, we have generated DA and 5-HT specific catalogues of non-coding elements of the genome, which constitute DA and 5-HT specific molecular signatures, that could participate in deepening our knowledge regarding nDA or n5-HT development and dysfunctions. With this in mind,these DA specific elements have been compared with the SNP described as Parkinson Disease risk variants and candidate lncRNA were selected to perform studies of function.

Les applications des cellules souches pluripotentes humaines (CSP) dans le domaine biomédical sont particulièrement prometteuses, aussi bien au niveau expérimental qu’au niveau clinique. Leur utilisation comme source inépuisable de cellules permettant de tester et développer de nouvelles molécules thérapeutiques (notamment par modélisation de pathologies in vitro, criblage haut-débit et tests de cytotoxicité) s’ajoute à l’important potentiel qu’elles présentent en médecine régénérative et en thérapie cellulaire. Utilisables comme matériel biologique permettant de restaurer partiellement ou totalement un organe ou un tissu défaillant, il reste essentiel de vérifier l’intégrité génétique des lignées cellulaires utilisées afin de garantir une utilisation sécurisée pour le patient. Parmi les facteurs responsables de l’apparition d’anomalies génétiques chez les CSP, les conditions cultures jouent un rôle essentiel. Des techniques de culture inadaptées peuvent facilement provoquer l’émergence d’une instabilité génomique. Toute altération doit être détectée et documentée afin de pouvoir définir des critères d’acceptation préalable à leur utilisation clinique.Les CSP sont des cellules particulièrement sensibles au stress qui peut résulter de techniques de repiquage inappropriées. La dérive génétique qui découle de ce stress peut être précoce et apparaître dès les premiers passages des lignées cultivées. Notre équipe a pu tester de nombreuses méthodes de repiquage sur différentes lignées cellulaires pluripotentes. Nous avons notamment observé que des anomalies génétiques majeures caryotypiques (trisomies) et infra-caryotypiques (SNPs) ainsi que des changements phénotypiques (survie augmentée, acquisition de mobilité) apparaissaient rapidement suite à l’utilisation de techniques de repiquage basées sur l’utilisation d’enzyme de dissociation (TryPLE). Ces altérations apparaissent dans des lignées qui s’adaptent progressivement à la dissociation en cellules uniques (dissociation « single-cell ») provoquées par ces enzymes.Notre équipe étudie les conséquences cellulaires liées à ce phénomène d’adaptation des CSP provoquée par la dissociation « single-cell ». Grâce à des techniques de séquençage dernière génération (RNA-Seq), nous avons comparé les profils transcriptomiques de CSP repiquées par des techniques standard (comme le passage mécanique) et par des techniques basées sur la dissociation « single-cell » (comme le passage enzymatique par TryPLE). Cette comparaison a montré au niveau transcriptionnel une surexpression spectaculaire d’ARNs non codants appartenant à une classe récemment décrite : les longs ARNs non codants (lncRNAs).L’objectif principal de ce travail de thèse a été d’évaluer le niveau d’implication de ces lncRNAs dans le processus d’adaptation des CSP en culture, et leur rôle fonctionnel potentiel. Nous avons ainsi dans un premier temps déterminé in silico quels lncRNAs étaient différentiellement exprimés dans les CSP adaptées, et après validation expérimentale par biologie moléculaire des candidats les plus prometteurs, nous avons utilisé des tests fonctionnels (notamment par RNA interférence (siRNA)) afin de déterminer le rôle de ces lncRNAs dans la machinerie cellulaire et la pluripotence des CSP. Autour de ce projet principal, nous avons essayé de comprendre les mécanismes régissant les changements phénotypiques et comportementaux provoquées par la dissociation « single-cell ». Nous avons notamment pu suggérer la mise en place d’un phénomène de transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) chez des CSP dissociées. Enfin, l’attractivité que représente un sujet d’étude récent comme les lncRNAs et la disponibilité croissante de publications les concernant nous ont poussé à publier une revue approfondie ainsi qu’une méta-analyse sur l’implication des longs ARN non codants dans le développement précoce de l’embryon et dans les cellules souches pluripotentes. / The actual and future applications of human pluripotent stem cells (PSC) in the biomedical field are highly promising. Their use for the discovery of new therapeutic drugs through the development of high-throughput screening tests, cytotoxicity tests and in vitro disease modeling has been added to their tremendous interests in regenerative medicine and cellular therapy. As a source of biological material that can be used to restore partially or totally the lost functions of a damaged organ or tissue, or as a source of normal cells to study human development or test putative new drugs, their genomic integrity has to be thoroughly assessed. Therefore, an effective optimization of their culture conditions has to be considered, in order to control the absence of genomic instability and prevent their potential emergence. Any genetic or epigenetic alteration resulting from cell culturing must be detected in order to define and characterize acceptance criteria for scientific and medical purposes.PSC are particularly sensitive to stress resulting from unappropriated passaging techniques, which cause rapid genetic drift. Indeed, our team observed that many genomic abnormalities arise from aggressive single cell, enzymatic based, passaging methods, and that substantial phenotypical changes such as increased survival after cell dissociation and variation in cell shape can then occur.In order to understand the mechanisms governing the emergence of those adverse alterations, the team focused on the consequences resulting from the adaptation of PSC to single-cell dissociation. By using new generation sequencing techniques as RNA-Seq, we compared transcriptomics of PSC passaged by standard techniques (such as mechanical passaging) versus single-cell enzymatic dissociation (such as TRyPLE-based single-cell passaging). This comparison showed that the most striking difference in the gene expression pattern between adapted and non adapted cells concerned the dramatic overexpression of RNAs from a recently discovered class: long non-coding RNAs (lncRNAs).The aim of this thesis work was to determine to which extent some of these lncRNAs were functionally linked to adaptation of PSC. In order to address this matter, we first investigated in silico which lncRNAs were upregulated by single-cell dissociation, and after experimental validation of lncRNA candidates by molecular biology, we performed functional in vitro analysis (notably by siRNA-mediated loss of function) and sought their cellular localization in order to decipher their role in the cellular machinery and their level of implication. Beside this main project, other auxiliary projects were grafted. The observation of major changes in cell phenotype and behavior led to the investigation of the global mechanisms governing these modifications, underlining the potential role of epithelial-to-mesenchymal transition provoked by single-cell dissociation. Finally, the global attractiveness of lncRNAs and the emergence of exponential documentation concerning non-coding RNAs prompted the writing of an extensive review and meta-analysis concerning the implications of lncRNAs during embryo development and in pluripotent stem cells.