Déterminants moléculaires impliqués dans le maintien de la pluripotence des cellules souches embryonnaires de souris et dans l'apoptose induite lors de leur différenciation

• Auteur / Autrice : David Duval
• Direction : Hélène Boeuf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science du vivant. Aspects moléculaires et cellulaires de la Biologie
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sondes à ADN

Régulation cellulaire

Apoptose

Cytokines

Cellules indifférenciées

Résumé

Les cellules souches embryonnaires de souris (cellules ES) sont pluripotentes et peuvent donc se différencier en de nombreux types cellulaires. Cette plasticité cellulaire est préservée par une cytokine, le Leukemia Inhibitory Factor (LIF). Néanmoins, les mécanismes moléculaires responsables du maintien de la pluripotence de ces cellules restent encore mal connus. Par une approche biochimique, nous avons caractérisé deux voies indépendantes activées par le LIF dans les cellules ES ; la voie ERK/RSK/CREB et la voie PKC/STAT3. Par l'analyse de l'expression de gènes candidats, nous avons également observé que le LIF induit l'expression de SOCS3 (Suppressor Of Cytokine Signaling), un gène connu pour réguler la voie JAK-STAT. Sa surexpression dans les cellules ES induit une létalité due à une répression de la transcription dépendante du LIF. Nous avons également défini les domaines fonctionnels de cette protéine. De plus, nous avons démontré que le LIF est un facteur de survie pour les cellules ES. Au cours du processus apoptotique induit par l'absence de LIF, nous avons observé que la p38 MAPkinase est activée et qu'un inhibiteur de cette voie, non seulement bloque l'apoptose, mais modifie également le programme de différenciation. L'analyse globale de l'expression de gènes effectuée sur des puces à ADN (société Affymetrix) indique que i) une quarantaine de gènes est régulée par cet inhibiteur, ii) certains de ces gènes sont impliqués dans la survie et dans la différenciation de certaines lignées cellulaires, iii) la voie dépendante du calcium est activée dans le processus apoptotique. De par ses caractéristiques, le système ES murin est un outil de choix, non seulement pour étudier les mécanismes moléculaires impliqués dans le maintien de la pluripotence cellulaire, mais également pour établir les liens existant entre la différenciation et l'apoptose.

Mouse embryonic stem cells remain pluripotent in vitro in the continous presence of Leukemia Inhibitory Factor (LIF). In the absence of this cytokine, ES cells are irreversibly committed to differentiate into various cell lineages. Our aim is to understand the molecular mecanisms involved in the maintenance of cell pluripotency or induced during differentiation. We have characterized two independent signalling pathways stimulated by LIF in ES cells : the ERK/RSK/CREB and the PKC/STAT3 pathways. Genes expression analysis of candidate genes indicates that SOCS3 (Suppressor Of Cytokine Signaling), known to be involved in the JAK/STAT pathway regulation, is highly induced by LIF. Its overexpression leads to cell lethality by reducing LIF-dependent transcription in ES cells. Functional domains of SOCS3 involved in transcriptional repression have been mapped. In addition, we show, that LIF is a survival factor in ES cells, that the p38 MAPkinase is activated during the apoptotic crisis and that a p38 inhibitor, not only blocks the apoptotic process but also alters the differentiation program. Large-scale analysis of gene expression, using Affymetrix DNA microarray technology, reveals that about forty genes are regulated by this p38 inhibitor. Some of them are involved in cell survival and differentiation. Also, we show that calcium signalling pathway is induced. In conclusion, we demonstrate that murine ES cells are a usefull tool not only to study cell pluripotency but also to establish the links existing between cell differentiation and apoptosis.