Genetic and epigenetic regulation of differentiation stability in stem cells with eroded telomeres

Abstract

La stabilité de la longueur des télomères est cruciale pour le maintien de l’intégrité du génome. De nombreux problèmes peuvent survenir lors de la perte de l’intégrité des télomères, tels que le vieillissement prématuré ainsi que d’autres maladies incluant, l’insuffisance de la moelle osseuse et les cancers. Certaines cellules, telles que les cellules souches embryonnaires, expriment la télomérase permettant le maintien de la longueur des télomères. Le laboratoire Harrington a démontré que l’absence de la télomérase engendre un défaut de différenciation des mESCs à télomères courts (mESCs Tert -/-) ainsi que des perturbations épigénétiques. Ils ont aussi détecté un rétablissement de l’habilité de différenciation des mESCs Tert -/- dans le contexte d’un « knockout » de Trp53. Nous avons cherché à comprendre comment Trp53 influence la différenciation des mESCs à télomères courts en étudiant l’impact de Cdkn1a (p21) sur leur différenciation. En utilisant CRISPR/Cas9, nous avons généré plusieurs clones Cdkn1a KO afin d’analyser leur capacité à se différencier. Nous avons également étudié l’impact d’un Trp53 KO dans les mESCs Tert -/- sur les marques épigénétiques ainsi que sur la longueur des télomères. Cette étude ne nous permet pas de conclure comment p53 impact la différenciation de ces cellules, même s’il semble apparent que p21 ne soit pas directement impliqué. La poursuite de ce projet permettra de mieux comprendre le mécanisme de différenciation des mESCs et son lien avec l’intégrité des télomères et par conséquent, contribuera à mieux connaître l’impact des télomères dans le vieillissement et ses maladies associées.

Telomere length stability is crucial for the maintenance of genome integrity. Many problems can arise from a loss of telomere integrity, such as premature aging, and other diseases including anemia, bone marrow failure, and cancer. Some cells, such as embryonic stem cells, express telomerase, which allows telomere length maintenance. The Harrington group showed that the absence of telomerase generates a defect in the differentiation of ES cells with eroded telomeres (mESCs Tert -/-) and was accompanied by other epigenetic modifications. They also detected a rescue in differentiation of mESCs Tert -/- that were disrupted or knocked out (KO) for the tumor suppressor p53, encoded by Trp53. We aimed to understand how Trp53 impacts mESCs differentiation by looking at the impact of Cdkn1a (p21) on the differentiation of those cells as well as the impact of p53 KO on epigenetic marks. Using CRISPR/Cas9, we generated several p21 KO clones to analyze their ability to differentiate. We also assessed the impact of a p53 KO in mESCs Tert -/- on epigenetic marks and telomere lengths. This study does not allow us to conclude how p53 impacts differentiation of those cells, even though it appears that p21 is not directly implicated. The continuation of this project will allow a better understanding of the differentiation mechanism in mESCs and its relationship to telomere integrity, and a deeper appreciation of the impact of telomeres in aging and correlated diseases.