Étude du rôle de la méthylation de l'ADN dans l'émergence des identités cellulaires au cours de l'embryogenèse

Deciphering the role of DNA methylation in early cellular transitions

• Auteur / Autrice : Mathieu Schulz
• Direction : Déborah Bourc'his
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 09/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et biologie du développement (Paris ; 2009-....) - Génétique et Biologie du Développement
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Céline Vallot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Déborah Bourc'his, Jamie Hackett, Crista Buecker, Tuncay Baubec, Edda Schulz, Michel Cohen-Tannoudji
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jamie Hackett, Crista Buecker

Mots clés

Mots clés libres

Méthylation de l'ADN

Pluripotence

Lignée Germinale

Développement

Régulation de l'expression des gènes

DNA methylation

Pluripotency

Germline

Development

Gene regulation

Résumé

La méthylation de l’ADN est une marque épigénétique associée à la répression des gènes, dont le rôle central dans le développement est illustré par la létalité embryonnaire observée chez les souris sans méthylation de l’ADN. Durant la formation de l’épiblaste, les cellules souches embryonnaire murines (CSE) transitent d’un génome hypométhylé à hyperméthylé, alors qu’elles quittent la pluripotence naïve et s’engagent dans la pluripotence amorcée vers les lignages somatiques. En parallèle, les cellules primordiales germinales (CPG) vont, au contraire, perdre leurs profils de méthylation de l’ADN. Alors que le développement embryonnaire précoce représente une fenêtre idéale pour l’étude des liens entre dynamique de la méthylation de l’ADN et prise d’identité cellulaire, comment la méthylation impacte la transition de pluripotence, et l’adoption des différents lignages embryonnaires, notamment germinal, reste mal compris.Au cours de ma thèse, j’ai utilisé des CSE dépourvues de méthylation de l’ADN (Dnmt-TKO) et des protocoles de différenciations in vitro, pour étudier le rôle de la méthylation dans la prise d’identité cellulaire. J’ai pu observer que si la méthylation semble dispensable pour la transition de pluripotence et l’induction du lignage somatique neurale, son absence étend la fenêtre de compétence à adopter un destin germinal. En se basant sur des analyses de cartographies chromatiniennes, je propose que la méthylation contrôle la temporalité des prises d’identité cellulaire neurale et germinale, en désengageant des éléments régulateurs de ces identités, évitant ainsi que ces deux lignées ne deviennent des voies de différentiation par défaut au cours du développement embryonnaire précoce.

DNA methylation is an epigenetic mark associated with gene repression, playing a central role in development as demonstrated by the early lethality of mouse embryos lacking DNA methylation. During epiblast formation, embryonic stem cells (ESCs) transition from low to high DNA methylation levels, as they exit naïve pluripotency and get primed for somatic lineage commitment. In parallel, emerging primordial germ cells (PGCs) undergo DNA methylation erasure. Whilst early development represents an ideal context to study the interplay between DNA methylation and cell fates, how DNA methylation impacts priming and early lineage induction, notably germline specification, remains unclear.To address these questions, I took advantage of DNA methylation-free ESCs (Dnmt-TKO) submitted to in vitro differentiation protocols to probe the role of DNA methylation in cell fate commitment. I found that DNA methylation was dispensable for priming and for neural induction, as TKO cells acquired functional primed features and could be engaged into neurogenesis. Strikingly, DNA methylation appeared unnecessary for adopting the germline fate, and its absence rather extended temporal competency for PGC specification. Based on chromatin profiling results, I propose that DNA methylation allows multi-lineage diversification by decommissioning DNA methylation-sensitive neural and germline enhancers during epiblast formation, therefore tempering these fates as default differentiation routes.