Mémoire transcriptionnelle et plasticité moléculaire au cours de la différenciation érythrocytaire aviaire

Transcriptional memory and molecular plasticity during avian erythrocytic differentiation

• Auteur / Autrice : Camille Fourneaux
• Direction : Sandrine Giraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule. Lyon (1987-….)
• Jury : Président / Présidente : Gaël Yvert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Giraud, Gaël Yvert, Frédérique Perronnet, Olivier Kosmider, Olivier Gandrillon, Laura Cantini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédérique Perronnet, Olivier Kosmider

Mots clés

Mots clés contrôlés

Différenciation cellulaire

Mots clés libres

Différenciation cellulaire

Cellule unique

Variabilité d’expression génique

Processus de décision cellulaire

Mémoire transcriptionnelle

Cell differentiation

Single-cell

Gene expression variability

Cell-fate decision making

Transcriptional memory

Résumé

A l’échelle cellulaire, l'intégration des signaux endogènes et exogènes et la réponse adaptée qui en découle permettent aux cellules de prendre les décisions nécessaires aux fonctions et à la survie des organismes. L’étude de ces processus décisionnels investiguée à l’échelle de la cellule unique a mis en évidence le rôle fonctionnel de la variabilité de l’expression génique notamment au cours de la différenciation. Parallèlement, est aussi décrit dans la littérature, l’existence d’une mémoire transcriptionnelle entre cellules sœurs au cours des divisions. Ainsi, comprendre comment la variabilité de l'expression génique nécessaire à la différenciation et la mémoire transcriptionnelle se combinent et se propagent au cours des générations cellulaires est un véritable défi. Dans la première partie de ma thèse, j’ai ainsi développé des méthodes expérimentales et computationnelles pour analyser et comparer les transcriptomes de cellules sœurs et cousines (progéniteurs érythrocytaires primaires aviaires) maintenues en état d’auto-renouvellement ou de différenciation. Mes travaux ont montré que dans les deux états, les cellules sœurs ont des transcriptomes plus proches entre elles comparés à des cellules non-apparentées. De plus, les cellules sœurs en cours de différenciation sont plus éloignées les unes des autres que les cellules sœurs qui s'autorenouvellent, et cette différence entre sœurs est encore plus prononcée après une deuxième division. Ainsi, la mémoire transcriptionnelle s'efface progressivement au fur et à mesure de la différenciation. Cet effacement peut être lié à l'augmentation de la variabilité génétique observée au début du processus de différenciation. Dans la seconde partie de ma thèse, j’ai caractérisé moléculairement le point d’engagement irréversible en différenciation de ces progéniteurs érythrocytaires. Cette étude menée à l’échelle de la cellule unique a permis de montrer que les progéniteurs engagés en différenciation sont capables de réverter phénotypiquement jusqu’à ce point crucial ; de plus, ils retrouvent un état transcriptomique quasiment identique à celui de cellules indifférenciées, mettant en lumière une plasticité moléculaire lors de la différenciation érythrocytaire.

At the cellular level, the integration of endogenous and exogenous signals and the resulting adaptive response enable cells to make decisions which are necessary for the functions and survival of organisms. Studying these decision-making processes at the single cell level has highlighted the functional role of gene expression variability, particularly during differentiation. In parallel, the literature also describes the existence of transcriptional memory between sister cells during divisions. Thus, understanding how the variability of gene expression, required for differentiation, and transcriptional memory combine and propagate over cell generations is a real challenge.In the first part of my thesis, I developed experimental and computational methods to analyse and compare the transcriptomes of sisters and cousin-cells (avian primary erythrocyte progenitors) maintained in a self-renewal or differentiation state. My work showed that in both states, sister-cells have more similar transcriptomes compared to unrelated cells. Furthermore, differentiating sister-cells are further apart than self-renewing sister-cells, and this sister-to-sister difference is enven more pronouced after a second division. Thus, transcriptional memory is gradually erased as differentiation proceeds. This erasure may be related to the increased gene variability observed at the beginning of the differentiation process. In the second part of my thesis, I molecularly characterised the point of irreversible commitment of erythrocyte progenitors differentiation. This single-cell study showed that committed progenitors induced to differentiate are able to phenotypically revert up to this crucial point; moreover, they return to a transcriptomic state almost identical to that of undifferentiated cells, highlighting a molecular plasticity during erythrocyte differentiation.