The ability to generate clinically relevant numbers of differentiated cells such as cardiomyocytes is crucial for the advancement of regenerative medicine. Within this context, stem cell differentiation into desired lineages requires a solid and comprehensive understanding of the molecular mechanisms underlying spécification and differentiation. Enhancers and the long noncoding RNAs (IncRNAs) that are associated to them constitute key intermediate nodes in gene regulatory networks controlling cell fate. Here, we performed for the first time a comprehensive analysis of the enhancer and long noncoding transcriptional landscape during mesendoderm (ME) spécification, which provides important insights on regulatory mechanisms operating in the early embryo. Specifically, we identified a catalog of typical enhancer (TEs) and super enhancers (SEs) that are exclusively activated in ME cells, which could be used as targets to control ME spécification. We integrated the epigenomic analysis to a deep transcriptomic profiling and identified hundreds of novel IncRNAs associated to TEs and SEs. Using a combined epigenomic and transcriptomic approach, we identified Meteor, a pluripotency- associated enhancer upstream of Eomes, a key transcription factor for ME spécification. Meteor is associated with the production of a IncRNA (Meteor Inc) that is highly expressed in mESCs and then downregulated during ME spécification. Genomic deletion of Meteor abolished the ability of ESCs to undergo ME spécification. Meteor KO ESCs were characterized by a remodeling of the chromatin signatures at enhancers and promoters of key developmental genes and showed enhanced neuronal differentiation as compared to wild type ESCs. Pluripotency enhancer-associated IncRNAs loci like Meteor could represent idéal targets for manipulating the fate of ESCs and promote the production of highly enriched cell populations to be used in the context of regenerative medicine.
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La réussite de la médecine régénérative implique la capacité de générer un nombre suffisant de cellules différenciées notamment les cardiomyocytes, cellules musculaires cardiaques. Dans ce contexte, pour orienter la différentiation de cellules souches en diverses lignées cellulaires, il est indispensable de comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent la spécification et la différenciation des cellules. Les séquences amplificatrices (enhancers) ainsi que les longs RNA non codants (IncRNAs) qui leurs sont associés semblent constituer une étape de régulation importante dans la complexité du réseau de gènes qui contrôlent le devenir des cellules. Dans cette étude, nous avons établi pour la première fois un recensement de l'activité de séquences amplificatrices et du niveau d'expression des IncRNAs durant la spécification du mesendoderme (ME). Ce travail apporte des informations cruciales quant aux mécanismes régulant la spécification cellulaire au stade embryonnaire précoce. En particulier, nous avons identifié un catalogue de enhancers « typiques » (typical enhancers, TE) ou Super enhancers (SE) qui sont exclusivement activés durant la spécification du mesendoderme (ME). En utilisant deux approches en parallèle, l'analyse epigénomique ainsi qu'un profilage approfondi du transcriptome, nous avons identifié centaines de IncRNA associés avec des TEs ou SEs. Cette méthode a abouti à la découverte de Meteor, est une séquence amplificatrice liée à la pluripotence des cellules, et localisée en amont de Eomes, un facteur de transcription majeur dans la spécification du ME. Meteor est associé à la production d'un IncRNA (Meteor Inc) dont le niveau d'expression est particulièrement élevé dans les ESCs et à l'opposé diminuée pendant la spécification du ME. De manière intéressante, la délétion de Meteor (Meteor KO ESCs) entraîne l'incapacité des ESCs à entamer la spécification du ME. De plus, les ESCs Meteor KO sont caractérisées par une modification de la chromatine au niveau des séquences amplificatrices et des promoteurs de gènes développementaux importants ainsi qu'une amélioration de la différenciation neuronale comparée au ESCs sauvages. En conclusion, les IncRNA associés à des séquences amplificatrices et liés à la pluripotence des cellules, tel Meteor Inc, pourraient représenter des cibles thérapeutiques idéales pour engendrer la production de population de cellules homogènes pouvant être utilisée en médecine régénérative.