Le réseau de pluripotence naïve

Dans les mESCs, le noyau de pluripotence constitué par les facteurs de transcription Oct4, Sox2, Nanog est renforcé et soutenu par plusieurs autres facteurs. L’ensemble forme ce que l’on peut appeler le réseau de pluripotence étendu. Un troisième niveau de régulation est constitué par les gènes de pluripotence que nous appellerons "accessoires".

• Les acteurs du réseau de pluripotence étendu:

Klf2 et Klf4 : Les gènes de la famille des Krüppel-Like Factor, Klf2 et Klf4, sont essentiels

à l’autorenouvellement des mESCs (Jiang et al., 2008). Klf2 et Klf4 ont une action redondante et partagent de nombreuses cibles communes avec Nanog (Jiang et al., 2008). Klf4 est un des facteurs clefs du cocktail de reprogrammation (Takahashi and Yamanaka, 2006), et a pu être remplacé par Klf2 tout en conservant la même efficacité (Feng et al., 2009; Nakagawa et al.,

2008). La surexpression de Klf2 et Klf4 permet le maintien des mESCs en absence de LIF

(Aksoy et al., 2014; Hall et al., 2009; Niwa et al., 2009b) alors que leurs inhibitions conjuguées entraînent la différenciation (Jiang et al., 2008). Klf4 est un gène cible de la voie LIF/Stat3

(Bourillot et al., 2009), alors que Klf2 est activé par Oct4. Ces deux gènes sont fortement exprimés dans les mESCs, et très faiblement dans les EpiSCs (Hall et al., 2009).

Le facteur de transcription à doigt de zinc Sall4 est également impliqué dans le maintien des mESCs dans l’état de pluripotence naïve (Sakaki-Yumoto et al., 2006; Yuri et al., 2009). Ce facteur semble aussi avoir un rôle positif sur la reprogrammation somatique en cellules iPSC. Son inhibition diminue l’efficacité de reprogrammation alors que sa surexpression l’augmente (Tsubooka et al., 2009). Sall4 active Oct4 et Nanog et forme un hétéro-complexe avec ces derniers (Yang et al., 2008). Enfin, la même équipe a mis en évidence l’existence d’une boucle de rétrocontrôle positif entre Oct4 et Sall4 (Yang et al., 2010a). Ces éléments permettent de conclure que Sall4 n’est pas impliqué directement dans la pluripotence mais, grâce à sa relation fonctionnelle avec Oct4, permet de stabiliser l’autorenouvellement des mESCs, notamment en bloquant la différenciation en trophectoderme (Yang et al., 2010a; Yuri et al., 2009).

Gbx2 et Tfcp2l1 : les facteurs de transcription Gastrulation Brain homeobox 2 (Gbx2) (Tai and Ying, 2013) et Tcfp2l1 (aussi connu sous le nom Crtr-1) (Martello et al., 2013) sont des gènes cibles de la voie LIF/Stat3 (Bourillot et al., 2009; Martello et al., 2013; Tai and Ying, 2013). Leur surexpression permet le maintien de l’autorenouvellement des mESCs en absence de LIF. De plus, Gbx2 améliore l’efficacité de reprogrammation de MEFs en miPSCs d’un facteur 3 (Tai and Ying, 2013). Martello et al. présentent Tcfp2l1 comme l’effecteur principal de Stat3. En effet, son inhibition réduit la clonogénicité des mESCs plus fortement que l’inhibition d’autres cibles de Stat3, comme Klf4 ou Gbx2 (Martello et al., 2013).

Esrrb : Esrrβ, pour Estrogen-Related Nuclear Receptor β, est un récepteur nucléaire

orphelin qui joue également un rôle crucial dans la pluripotence. Il peut remplacer Klf4 dans le cocktail de reprogrammation, notamment en activant le gène Klf4 endogène (Feng et al., 2009). De plus, nous avons vu précédemment (Chapitre 1-2) que l’activation de la voie Wnt par l’inhibition pharmacologique de la GSK3β (CHIR) permettait l’inactivation du facteur répresseur Tcf3 par la βCat et permettait de soutenir l’autorenouvellement des mESCs. (Pereira et al., 2006; Wray et al., 2011; Yi et al., 2011). Des travaux ont montré que Nanog (Pereira et al., 2006) et Esrrb (Martello et al., 2012) étaient des cibles réprimées par Tcf3. La diminution ou l’absence d’Esrrβ bloque l’effet de l’inhibition de la GSK3β, alors que sa surexpression mime le phénotype de l’inhibition de la GSK3β ou des cellules Tcf3^-/- (Martello et al., 2012). Ces résultats indiquent que Esrrb est l’une des cibles principales de la voie GSK3β/Tcf3 dans le maintien de l’autorenouvellement des mESCs. Esrrb était également la cible directe de Nanog la plus activée (Festuccia et al., 2012). La surexpression de Nanog permet de maintenir les mESCs en absence de LIF (Chambers et al., 2003). C’est également le cas pour la surexpression de Esrrb et ce, même dans des mESCs Nanog-/- (Festuccia et al., 2012). A l’inverse, la surexpression de Nanog, dans des cellules Esrrb-/-, ne permet pas de maintenir l’autorenouvellement en absence de LIF. Ces résultats placent Esrrβ en aval de Nanog, et en font une des cibles principales dans le mécanisme permettant à Nanog de stabiliser l’autorenouvellement en absence de cytokine (Festuccia et al., 2012). On peut noter que, tout comme Nanog (Chambers et al., 2007), Esrrβ n’est pas indispensable à l’autorenouvellement des mESCs en présence de LIF (Festuccia et al., 2012; Martello et al., 2012), ce qui soutient l’idée que la voie Wnt impliquant Nanog et Esrrβ est complémentaire et agit en parallèle de la voie LIF/Stat3 dans le maintien de l’autorenouvellement des mESCs.

De manière générale, les acteurs présentés ici, jouent un rôle clef dans le maintien de l’autorenouvellement et la stabilisation de la pluripotence des mESCs. De plus, la surexpression de la plupart de ces facteurs permet d’améliorer la reprogrammation des cellules somatiques en cellules iPS chez la souris. Ensemble, ils forment le réseau de pluripotence étendu.

• Les gènes de pluripotence accessoires

Dans le laboratoire, nous avons identifié plus de 20 gènes cibles de la voie LIF/Stat3 impliqués dans le contrôle de la pluripotence des mESCs (Aksoy et al, 2007; Bourillot et al., 2009). Parmi eux on retrouve de nombreux gènes composant le réseau de pluripotence étendu comme Klf4, Gbx2, Sall4 et Tcfp2l1, mais aussi les gènes codant pour les sérine/thréonine kinases Pim1 et Pim3, et les facteurs de transcription Smad7, NrOb1 (Dax1), et Klf5.

Enfin d’autres acteurs, ne faisant pas (encore) partie du noyau de pluripotence étendu, participent à la régulation de la pluripotence des mESCs : Tfe3 (Betschinger et al., 2013), Tbx3

(Han et al., 2010b; Niwa et al., 2009b), Lin28 (Marson et al., 2008b; Nam et al., 2011), et