Mise en évidence de nouveaux acteurs de la transdifférenciation naturelle : implication pour le maintien de l'identité cellulaire et impact de l'environnement

Identification of news players in natural transdifferentiation : involvement in cell identity maintenance and impact of the environment

• Auteur / Autrice : Marie-Charlotte Morin
• Direction : Sophie Jarriault, Lionel Pintard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 22/03/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Gradwohl
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Jarriault, Lionel Pintard, Gérard Gradwohl, Francesca Palladino, Vincent Bertrand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesca Palladino, Vincent Bertrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertations universitaires

Protéines de Caenorhabditis elegans

Génétique du développement

Rétinoblastome

Reprogrammation cellulaire

Mots clés libres

Transdifférenciation naturelle

Voie rétinoblastome

Lin-15A

Jeûne

Caenarhabditis elegans

SynMuv

Transdifferentiation

Retinoblastoma pathway

Lin-15A

Caenarhabditis elegans

SynMuv

Résumé

Les cellules différenciées peuvent être reprogrammées et adopter un destin cellulaire très différent. Connaître les acteurs et mécanismes qui contrôlent les processus de reprogrammation est un objectif scientifique fascinant qui éclairera notre compréhension du contrôle et du maintien de l'identité cellulaire. Notre laboratoire étudie le changement d'identité (ou transdifférenciation, TD) naturel d’une cellule épithéliale rectale (nommée Y) en motoneurone (nommé PDA) chez Caenorhabditis elegans. Dans les vers mutants pour le gène lin-15A (gène isolé dans un crible génétique du laboratoire), la cellule Y n'initie pas sa reprogrammation : Y demeure rectale. Cette protéine apparaît dans le noyau de Y juste avant le début de la TD de Y et joue un rôle clé dans l’initiation de ce processus. LIN-15A lie l’ADN et son domaine conservé en doigt de zinc (de type THAP-like) est essentiel pour initier la reprogrammation de Y. Nous nous sommes attachés à mieux comprendre le rôle de LIN-15A dans ce processus. L’inactivation de certains gènes (impliqués dans le maintien de l’identité cellulaire) permet de supprimer partiellement ou très fortement le défaut de reprogrammation de Y causé par la mutation lin-15A. Ces gènes appartiennent au groupe appelé synMuv B et ceux induisant la plus forte suppression du phénotype de lin-15A sont tous liés à la voie du rétinoblastome (RB). Dans la littérature, tous les mutants suppresseurs de défaut de PDA existant dans le mutant lin-15A présentaient une dérive de l’identité des cellules intestinales. Certains mutants de voies de réponse au jeûne chez le ver présentent également une perte du maintien de l’identité des cellules intestinales très similaire à celle induite par l’inactivation de certains gènes synMuv B. De façon très intéressante, nous avons pu observer que les vers mutants lin-15A présentent une pénétrance du défaut de PDA bien plus faible une fois privés de nourriture (au 1er stade larvaire ou au stade dauer). Certaines études laissent supposer que ces diapauses suite au jeûne entrainent une perte du maintien de l’identité cellulaire de cellules somatiques (et possiblement dans l’intestin), ce qui pourrait permettre à Y d’enclencher sa reprogrammation malgré l’absence de lin-15A, facteur clé à la levée du verrou pour initier la TD. En résumé, mes résultats ont montré que la transdifférenciation d'une cellule dépendait d'une clé moléculaire, LIN-15A, nécessaire pour lever un verrou de maintien de l'identité cellulaire dans la cellule qui va changer d'identité, et ce précisément juste avant la conversion cellulaire de Y en PDA. De façon plus générale, mes travaux ouvrent la possibilité que l'état physiologique et métabolique du ver influe sur le maintien de l'identité cellulaire. Sur le long terme, il conviendra alors de déterminer par quel biais cet état est perçu, dans quelles cellules, et comment cette information est relayée ou captée par la cellule Y, pour finalement influencer sa plasticité.

Differentiated cells can be reprogrammed to adopt a different cell identity. The discovery of factors and mechanisms controlling cellular reprogramming is a fascinating scientific goal that will shed light on the mechanisms controlling cell identity maintenance. Our laboratory studies the natural identity switch (or transdifferentiation, TD) of an epithelial rectal cell (called Y) into a motor neuron (called PDA) in Caenorhabditis elegans. In worm mutants for the gene lin-15A (isolated in a genetic screen performed in the laboratory), the Y cell does not initiate the Y reprogramming : Y stays rectal. This protein appears in the Y nucleus just before the beginning of the Y TD and plays a key role in the process initiation. LIN-15A binds DNA and its zinc finger domain (THAP-like) is essential for the initiation of Y reprogramming. Inactivation of some genes that are involved in cell identity maintenance allow a partial or strong suppression of the Y reprogramming defect due to lin-15A mutation. These genes belong to a group called synMuv B and those inducing the strongest lin- 15A phenotype suppression are all linked to the retinoblastoma (RB) pathway. In the literature, all the mutants that are PDA defect suppressors in lin-15A mutant show a switch of intestinal cell identity. Some mutants in starvation–response genes in worms show a loss of intestinal cell identity maintenance very similar to the one observed in synMuv B mutants. Interestingly, we observed that starvation (in 1st larval stage or dauer stage) induces a strong drop of the PDA defect in lin-15A mutant. Different studies suggest diapause induced by starvation trigger a loss of somatic cell identity maintenance (and possibly in intestinal cells), that could allow Y to start the reprogramming despite the lack of lin-15A, even it is a key factor to release a break and initiate the TD. In summary, my results show the cell transdifferentiation depends on a molecular key, LIN-15A, that is needed, just priorto TD initiation, to release a cell maintenance lock to allow a cell to undergo cell identity switch. My work opens the possibility that the worm physiologic and metabolic state influences cell identity maintenance. In the future, how this state is perceived has to be determined, in which cells and how this information is transmitted to Y to finally influence its plasticity.