Une nouvelle étude en Génétique de la nature identifie une population spécifique de cellules souches embryonnaires pluripotentes qui peuvent se reprogrammer en cellules de type totipotentes en culture. De plus, les scientifiques de Helmholtz Zentrum München et Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) ont identifié les goulots d'étranglement et les moteurs de cette reprogrammation.

La plasticité cellulaire est la capacité d'une cellule à fabriquer différents types de cellules. Aux premiers stades de la vie, la cellule unique fécondée provenant de l'ovule de la mère et du sperme du père est hautement plastique - elle donnera naissance à tous les types de cellules du corps. La plasticité cellulaire est donc essentielle à l'existence d'organismes multicellulaires comme l'homme.

La cellule fécondée unique se divise d'abord en deux cellules (appelée stade de développement à 2 cellules). La cellule unique et les deux cellules qui en découlent, ont le plus haut niveau de plasticité cellulaire :Ils sont totipotents, ce qui signifie qu'ils peuvent faire un organisme complet, y compris le tissu placentaire extra-embryonnaire. En revanche, les cellules souches embryonnaires sont pluripotentes, c'est-à-dire qu'elles peuvent fabriquer toutes les cellules de l'organisme, mais généralement pas le tissu extra-embryonnaire.

Dans une culture de cellules souches embryonnaires (ES), une petite population (environ 1 %) se transforme spontanément en cellules similaires aux cellules totipotentes de l'embryon au stade 2 cellules. Ces cellules sont appelées cellules de type 2 cellules (2CLC). Dans cette étude, L'équipe du Prof. Dr. Maria Elena Torres-Padilla s'est attachée à déterminer la nature moléculaire spécifique de ces cellules et à découvrir comment elles se forment. Torres-Padilla est directeur de l'Institut d'épigénétique et de cellules souches (IES) à Helmholtz Zentrum München et professeur de biologie des cellules souches au LMU. L'objectif de l'équipe était de mieux comprendre les caractéristiques moléculaires de la totipotence et de déterminer comment des changements dans la plasticité cellulaire peuvent se produire. Leur but ultime est de comprendre comment ces cellules de type totipotent « se comportent » afin qu'elles puissent les manipuler, et les générer in vitro.

L'équipe a commencé par comparer les gènes exprimés dans les cellules ES à ceux exprimés dans les 2CLC. Pour ce faire, ils ont utilisé des cellules ES qui expriment une protéine fluorescente verte lorsque les cellules commencent à exprimer le gène MERVL. « MERVL est un rétrotransposon exprimé dans des cellules de type 2-cellules » explique Diego Rodriguez-Terrones, un doctorat étudiant au laboratoire Torres-Padilla et co-premier auteur de l'article. "L'utilisation de cette lignée cellulaire nous permet de séparer les cellules de type 2 cellules des cellules ES dans la culture en collectant les cellules vertes qui sont entrées dans l'état de type 2 cellules. Nous comparons ensuite les gènes exprimés dans les deux types de cellules", ajoute-t-il. . Cette analyse du transcriptome monocellulaire suivie d'analyses informatiques a permis à l'équipe d'identifier les profils d'expression génique des cellules en train de passer des cellules ES aux 2CLC.

Ils ont constaté que pendant la période de transition, les cellules ont exprimé des quantités croissantes d'un gène codant pour le facteur de transcription Zscan4. Ils ont développé leur lignée rapporteur pour pouvoir également exprimer une protéine fluorescente rouge lorsque Zscan4 est exprimé. L'imagerie des cellules vivantes a confirmé que la majorité des cellules sont devenues rouges (Zscan4 positives) avant de devenir vertes (cellules de type 2 cellules positives MERVL). « Ce constat, combiné avec les données transcriptomiques, nous a dit que les cellules passent par un état intermédiaire avant de devenir des cellules ressemblant à 2 cellules ", a déclaré Maria Elena Torres-Padilla. " Sur la base de ces changements apparemment ordonnés dans l'expression des gènes, nous voulions découvrir ce qui pourrait être à l'origine de l'émergence de l'état de type 2 cellules. Ces informations seraient cruciales pour approfondir nos connaissances sur les principaux régulateurs de la plasticité cellulaire".

Dans le but d'identifier les régulateurs de la chromatine pouvant favoriser la reprogrammation cellulaire, l'équipe a effectué un criblage de siRNA, dans lequel l'expression de plus de 1000 gènes a été altérée pour voir comment l'apparition de 2CLC a été affectée. "Les résultats de cet écran ont été extraordinaires, parce que nous avons identifié de nombreuses nouvelles protéines qui régulent l'émergence des 2CLC », a déclaré le Dr Xavier Gaume, co-premier auteur de l'article et postdoc dans le laboratoire Torres-Padilla. D'un intérêt particulier a été l'observation que la réduction des niveaux d'un facteur de chromatine spécifique (Ep400/Tip60), entraîne plus de 2CLC. Comme Ep400/Tip60 est impliqué dans le compactage de la chromatine, cette observation identifie un lien intéressant entre « l'ouverture » de la chromatine et une puissance accrue.