Afin d'étudier la formation de l'hétérochromatine dans l’embryon préimplantatoire de souris, je me suis concentrée sur deux régions génétiques différentes - répétitions péricentriques et L1 éléments transposables - dans le but notamment de découvrir les mécanismes qui conduisent à la répression et le rôle distinct qu’ils peuvent jouer pendant le processus de développement et la division cellulaire. Mes expériences montrent que l’organisation spatiale spécifique des domaines péricentriques est essentielle pour leur répression ainsi que pour leur organisation correcte. De plus, mes résultats suggèrent que les défauts d’organisation de l’hétérochromatine conduisent à des défauts de division cellulaire et de prolifération. La seconde partie de ma thèse montre que la réglementation stricte de L1 éléments transposables est nécessaire pour le développement préimplantatoire d'embryons de souris. En outre, représente la première tentative pour élucider la biologie des éléments L1 dans l’embryon précoce de souris par l’utilisation de modificateurs de transcription ciblés spécifiquement. / To study the formation of heterochromatin in mouse preimplantation embryo, I focused on two different genetic regions – pericentric repeats and L1 transposable elements - in order to investigate the mechanisms that lead to their repression and the distinct role that these regions can play during the process of development and cell division. My experiments show that the specific spatial organization of pericentric domains is essential for their repression and for their correct organization. Moreover, my findings suggest that defects in organization of heterochromatin lead to improper cell division and proliferation. The second part of my thesis shows that the tight regulation of L1 transposable elements is required for the preimplantation development of mouse embryos. Additionally, it is the first attempt to elucidate the biology of L1 elements in the early mouse embryo through the use of targeted transcription modifiers.

Les cellules souches embryonnaires de souris (mESC) présentent un cycle cellulaire atypique caractérisé par l'absence d'une voie Rb fonctionnelle et la forte expression de la cycline E pendant toutes les phases du cycle cellulaire. En conséquence, les mESC sont constitutivement amorcées pour la réplication de l'ADN. Pour comprendre comment la cycline E, un régulateur clé de la transition de la phase G1 à S, est régulée dans les mESC, nous avons analysé la régulation transcriptionnelle de son gène Ccne1 par des facteurs de transcription du réseau de pluripotence naïve. Nous avons observé que les facteurs Esrrb, Klf4 et Tfcp2l1 se lient à la région du promoteur de Ccne1 sur plusieurs sites situés entre 0 et 1kb en amont du site d'initiation de la transcription. Un test luciférase nous a permis de monter qu'une mutation de ces sites de liaison diminue ou abolie l'activité transcriptionnelle du promoteur. De plus, la surexpression inductible à la doxycycline des facteurs Esrrb, Klf4 et Tfcp2l1 augment le niveau d'expression d'ARNm de Ccne1. Ces résultats suggèrent que Esrrb, Klf4 et Tfcp2l1 contrôlent l'expression de la cycline E. Ils mettent en évidence un lien direct entre le réseau de pluripotence naïve et la régulation du cycle mitotique dans les mESC. Nous avons utilisé le système rapporteur FUCCI pour étudier en fonction du cycle cellulaire l'expression des facteurs de transcription qui forment le réseau de pluripotence naïve. Nous avons observé que l'expression de Esrrb, Klf4, Tfcp2l1 et Nanog oscille au cours du cycle cellulaire avec une diminution de l'expression entre la phase G1 précoce et le début de S, puis une ré-augmentation entre le début de S et la phase G2/M. Ces résultats suggèrent que le réseau de pluripotence naïve est déstabilisé transitoirement lors du passage de la phase G1 à la phase S du cycle cellulaire / Mouse embryonic stem cells (mESCs) display an unorthodox cell cycle characterised by the lack of a functional Rb pathway and robust expression of cyclin E during all cell cycle phases. Therefore, mESCs are constitutively primed for DNA replication. To understand how cyclin E, a key regulator of the G1-to-S phase transition, is regulated in mESCs, we analysed the transcriptional regulation of Ccne1 by transcription factors of the naive pluripotency network. We observed that Esrrb, Klf4 and Tfcp2l1 bound the Ccne1 promoter region on multiple sites between 0 and 1kb upstream transcription start site. Disrupting the binding sites reduced or abolished transcriptional activity in a luciferase assay. Moreover, the doxycyclin-inducible expression of Essrb, Klf4 and Tfcp2l1 up-regulated the Ccne1 mRNA level. Taken together, these results strongly suggest that Essrb, Klf4 and Tfcp2l1 control Cyclin E expression and highlight a direct connection between the naïve pluripotency network and regulation of the mitotic cycle in mESCs. We used the FUCCI reporter system to study cell-cycle dependent expression of the transcription factors that form the naïve pluripotency network. Esrrb, Klf4, Tfcp2l1 and Nanog expression oscillated during the cell cycle with a down-regulated expression between the early G1-phase and the beginning of S-phase, and then up-regulated expression between the beginning of S-phase and the G2/M-phase. These results suggest that the naive pluripotency network is destabilized transiently during the transition from the G1-phase to the S-phase of the cell cycle

Les cellules souches embryonnaires (ES) sont porteuses de grands espoirs en recherche biomédicale dans le but d’apporter un traitement définitif à l’ostéoarthrose. Parce que certaines articulations des chevaux sont similaires à celles des humains, cet animal représente un modèle important dans l’évaluation de stratégies de régénération du cartilage. Cependant, pour expérimenter un traitement par les cellules ES chez le cheval, des cellules ES équines (eES) n’ont toujours pas pu être dérivées. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette étude est de dériver des lignées de cellules eES. Le premier objectif de notre étude consiste à optimiser la technique de dérivation des cellules eES. Nous démontrons que la lignée de cellules nourricières et le stade de développement des embryons influencent l’efficacité de la technique de dérivation tandis que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation des cellules ES ne l’influence pas sous nos conditions. Le deuxième objectif de notre étude est de caractériser de façon plus approfondie les lignées de cellules eES obtenues. Nous démontrons que les cellules eES dérivées expriment autant des marqueurs associés aux cellules pluripotentes qu’aux cellules différenciées et que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation n’influence pas l’expression de ces marqueurs. Pour conclure, nous confirmons avoir dérivé des lignées de cellules semblables au cellules eES (eES-like) ne correspondant pas complètement aux critères des cellules ES. / Embryonic stem (ES) cells carry high hopes for biomedical research in order to provide definitive treatment for osteoarthritis. The horse is considered to be an important animal model for examining osteoarthritis treatments. However, despite almost thirty years of research, authentic equine ES (eES) cells have not yet been derived. In this context, the main objective of this study was to derive eES cell lines. The first objective of our study was to optimize the technique for deriving eES cells. We show that different feeder cell lines and embryo development stages influence the effectiveness of this technique while the use of cell signalling inhibitors does not influence eES cell derivation. The second objective was to characterize markers of pluripotency and differentiation in eES cell lines by RT-PCR. We demonstrate that the eES cells express both markers associated with pluripotent cells and differentiated cells and that the presence of cell signalling inhibitors in the culture medium does not influence the expression of these markers. In conclusion, we confirm having derived eES-like cells but these do not meet all the molecular criteria of authentic ES cells.

Les néoplasmes myéloprolifératifs (NMP) sont des maladies acquises touchant la cellule souche hématopoïétique et qui aboutissent à une hyperproduction de cellules sanguines dont le phénotype dépend du type du NMP. La mutation la plus proéminente des NMP est JAK2V617F. Elle peut être associée à différents NMP sporadiques et familiaux.Une des problématiques, non résolue, des NMP est de comprendre comment une même mutation JAK2V617F peut donner plusieurs maladies. Notre hypothèse est que le phénotype observé pourrait dépendre du nombre de copies de JAK2V617F. Une autre inconnue concerne la cause génétique des formes familiales.Pour ces raisons, nous avons modélisé des NMP sporadiques et un cas familial par les iPS. Cette approche devrait nous permettre d’une part, de comparer les effets de JAK2V617F à l’état hétérozygote et homozygote sur l’hématopoïèse et d’autre part, d’avancer dans la compréhension des effets d’une duplication de 5 gènes que nous avons identifiée, par une approche de génétique, comme un facteur de susceptibilité chez 2 familles.Dans la première partie du travail, concernant la modélisation des NMP sporadiques, nous avons montré que JAK2V617F augmente la prolifération des cellules myéloïdes obtenues à partir des iPS. D’autre part, nous avons pu mettre en évidence une différence marquée dans l’hypersensibilité à la TPO et à l’EPO entre les lignées hétérozygotes et homozygotes pour JAK2V617F permettant d’expliquer le phénotype des PV et des TE. Dans la deuxième partie concernant les NMP familiaux, nous avons pu mettre en évidence un phénotype spécifique attribuable à la seule duplication. Grace à ce modèle, nous allons pouvoir identifier le(s) gène(s) responsable(s) du phénotype. Ce travail apporte la preuve de concept que les iPS sont un bon outil pour modéliser les NMP sporadiques et familiaux et qu’elles peuvent servir comme outils de criblage de petites molécules développées à des fins thérapeutiques. / Myeloproliferative neoplasms (MPN) are clonal hematologic diseases which lead to an overproduction of blood cells. The affected myeloid lineage depends on the type of MPN. JAK2V617F is the most predominant mutation in MPN and can be associated with various sporadic and familial cases.One main issue to address in MPN is to understand how a single mutation JAK2V617F can give rise to several diseases. Our hypothesis is that this phenotypic heterogeneity might be due to the JAK2V617F gene dosage. Another goal is to identify the genetic cause of familial MPN.For these reasons, we modeled sporadic and familial MPN cases with iPS technology. This approach allowed us i) to compare the impact of heterozygous and homozygous JAK2V617F mutation on hematopoiesis and ii) to get insight into the effects of a 5 genes duplication that we identified as a susceptibility locus uncovered by a genetic approach in 2 families.In the first part of the work concerning sporadic MPN modeling, we showed that JAK2V617F increases iPS myeloid potential. Furthermore, we showed a marked difference in the TPO and EPO hypersensitivity between heterozygous and homozygous JAK2V617F iPS cell lines that could be linked to the difference between PV and ET. In the second part of the work, we demonstrated a specific phenotype due to the sole duplication. This model will allow us to identify the gene(s) responsible of the phenotype. This study brings the proof of concept that iPS can be used for sporadic and familial MPN modeling and drug screening.

Les cellules souches embryonnaires (ES) sont porteuses de grands espoirs en recherche biomédicale dans le but d’apporter un traitement définitif à l’ostéoarthrose. Parce que certaines articulations des chevaux sont similaires à celles des humains, cet animal représente un modèle important dans l’évaluation de stratégies de régénération du cartilage. Cependant, pour expérimenter un traitement par les cellules ES chez le cheval, des cellules ES équines (eES) n’ont toujours pas pu être dérivées. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette étude est de dériver des lignées de cellules eES. Le premier objectif de notre étude consiste à optimiser la technique de dérivation des cellules eES. Nous démontrons que la lignée de cellules nourricières et le stade de développement des embryons influencent l’efficacité de la technique de dérivation tandis que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation des cellules ES ne l’influence pas sous nos conditions. Le deuxième objectif de notre étude est de caractériser de façon plus approfondie les lignées de cellules eES obtenues. Nous démontrons que les cellules eES dérivées expriment autant des marqueurs associés aux cellules pluripotentes qu’aux cellules différenciées et que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation n’influence pas l’expression de ces marqueurs. Pour conclure, nous confirmons avoir dérivé des lignées de cellules semblables au cellules eES (eES-like) ne correspondant pas complètement aux critères des cellules ES. / Embryonic stem (ES) cells carry high hopes for biomedical research in order to provide definitive treatment for osteoarthritis. The horse is considered to be an important animal model for examining osteoarthritis treatments. However, despite almost thirty years of research, authentic equine ES (eES) cells have not yet been derived. In this context, the main objective of this study was to derive eES cell lines. The first objective of our study was to optimize the technique for deriving eES cells. We show that different feeder cell lines and embryo development stages influence the effectiveness of this technique while the use of cell signalling inhibitors does not influence eES cell derivation. The second objective was to characterize markers of pluripotency and differentiation in eES cell lines by RT-PCR. We demonstrate that the eES cells express both markers associated with pluripotent cells and differentiated cells and that the presence of cell signalling inhibitors in the culture medium does not influence the expression of these markers. In conclusion, we confirm having derived eES-like cells but these do not meet all the molecular criteria of authentic ES cells.