Puma and Trail/Dr5 Pathways Control Radiation-Induced Apoptosis in Distinct Populations of Testicular Progenitors

Spermatogonia- stem cells and progenitors of adult spermatogenesis- are killed through a p53-regulated apoptotic process after γ-irradiation but the death effectors are still poorly characterized. Our data demonstrate that both intrinsic and extrinsic apoptotic pathways are involved, and especially that spermatogonia can be split into two main populations, according to apoptotic effectors. Following irradiation both Dr5 and Puma genes are upregulated in the α6-integrin-positive Side Population (SP) fraction, which is highly enriched in spermatogonia. Flow cytometric analysis confirms an increased number of Dr5-expressing SP cells, and Puma-β isoform accumulates in α6-integrin positive cellular extracts, enriched in spermatogonia. Trail−/− or Puma−/− spermatogonia display a reduced sensitivity to radiation-induced apoptosis. The TUNEL kinetics strongly suggest that the extrinsic and intrinsic pathways, via Trail/Dr5 and Puma respectively, could be engaged in distinct subpopulations of spermatogonia. Indeed flow cytometric studies show that Dr5 receptor is constitutively present on more than half of the undifferentiated progenitors (Kit− α6+ SP) and half of the differentiated ones (Kit+ α6+ SP). In addition after irradiation, Puma is not detected in the Dr5-positive cellular fraction isolated by immunomagnetic purification, while Puma is present in the Dr5-negative cell extracts. In conclusion, adult testicular progenitors are divided into distinct sub-populations by apoptotic effectors, independently of progenitor types (immature Kit-negative versus mature Kit-positive), underscoring differential radiosensitivities characterizing the stem cell/progenitors compartment

Stem cell renewal : germinal progenitor plasticity and role of the Fancg gene in the hematopoietic stem cell functions

La préservation d’un stock de cellules souches fonctionnelles est indispensable pour le maintien de nombreux tissus chez l’adulte. Les cellules souches se multiplient pour s’auto-renouveller et entrent en différenciation donnant naissance à des progéniteurs puis à des cellules matures. Récemment, la possibilité pour les progéniteurs de se reprogrammer en cellules souches et de réacquérir un potentiel de régénération à long terme a été suggérée notamment dans le tissu germinal. Ainsi, l’auto-renouvellement et la reprogrammation des progéniteurs pourraient jouer un rôle dans le maintien du pool de cellules souches. Mon travail de thèse portait sur l’étude de ces deux mécanismes de régénération des cellules souches chez la souris. J’ai tout d’abord étudié la reprogrammation des progéniteurs germinaux au cours de la spermatogenèse. Ce travail montre la capacité des progéniteurs germinaux mâles, les spermatogonies différenciées, à modifier leur programme de différenciation et à générer de nouvelles cellules souches germinales après transplantation testiculaire. Les progéniteurs germinaux pourraient ainsi constituer une réserve de « cellules souches potentielles ». Le tissu germinal possède donc une certaine plasticité. La seconde partie de mon travail porte sur l’implication du gène Fancg de l’anémie de Fanconi, voie de réponse aux dommages à l’ADN, dans l’auto-renouvellement et la fonctionnalité des cellules souches hématopoïétiques au cours de l’hématopoïèse. L’intégrité génétique des cellules souches doit en effet être préservée tout au long de la vie de l’individu. Cette étude montre que l’invalidation du gène Fancg perturbe le processus de migration, la quiescence, et la régulation de l’expression de certains gènes clés des fonctions des cellules souches. Ces altérations participent au déficit fonctionnel des cellules souches hématopoïétiques observées dans le modèle murin Fancg-/-.The long-term maintenance of the stem cell pool is necessary to preserve the functionality of an organ throughout life. Stems cells proliferate in order to selfrenew or to be committed to differentiate to produce progenitors and finally highly specialized cells. Recent reports have suggested that germinal progenitors could reprogram into stem cells and reacquire a potential to regenerate tissue at long-term. Thus, the stem cell selfrenewal process and the reprogramming of progenitors could play a role in the maintenance of the stem cell pool. The project of my thesis focused on those two mechanisms of stem cell regeneration in the mouse model. First, I investigated the reprogramming process of the germinal progenitors during spermatogenesis. Our results show that male germinal progenitors, the differentiating spermatogonia, can change their differentiation program and generate new functional germinal stem cells after testicular transplantation. The germinal progenitors could constitute a pool of potential stem cell, and underscores the plasticity of the germinal lineage. A second part of my project dealt with the involvement of fancg, a gene of the Fanconi anemia DNA damage response pathway, in the selfrenewal and in the functions of the hematopoietic stem cells. The maintenance of the genetic integrity throughout life is particulary important for stem cells in order to safeguard the stem cell pool. Our study show that fancg deficiency induces the impairment of the migration potential and of the quiescence of stem cells, and modifies the expression of several key genes regulating stem cell functions. Those alterations contribute to the functional impairment of the hematopoietic stem cells observed in Fancg-/- mice

Renouvellement des cellules souches : plasticité des progéniteurs germinaux et rôle du gène Fancg dans la fonction des cellules souches hématopoïétiques

The long-term maintenance of the stem cell pool is necessary to preserve the functionality of an organ throughout life. Stems cells proliferate in order to selfrenew or to be committed to differentiate to produce progenitors and finally highly specialized cells. Recent reports have suggested that germinal progenitors could reprogram into stem cells and reacquire a potential to regenerate tissue at long-term. Thus, the stem cell selfrenewal process and the reprogramming of progenitors could play a role in the maintenance of the stem cell pool. The project of my thesis focused on those two mechanisms of stem cell regeneration in the mouse model. First, I investigated the reprogramming process of the germinal progenitors during spermatogenesis. Our results show that male germinal progenitors, the differentiating spermatogonia, can change their differentiation program and generate new functional germinal stem cells after testicular transplantation. The germinal progenitors could constitute a pool of potential stem cell, and underscores the plasticity of the germinal lineage. A second part of my project dealt with the involvement of fancg, a gene of the Fanconi anemia DNA damage response pathway, in the selfrenewal and in the functions of the hematopoietic stem cells. The maintenance of the genetic integrity throughout life is particulary important for stem cells in order to safeguard the stem cell pool. Our study show that fancg deficiency induces the impairment of the migration potential and of the quiescence of stem cells, and modifies the expression of several key genes regulating stem cell functions. Those alterations contribute to the functional impairment of the hematopoietic stem cells observed in Fancg-/- mice.La préservation d’un stock de cellules souches fonctionnelles est indispensable pour le maintien de nombreux tissus chez l’adulte. Les cellules souches se multiplient pour s’auto-renouveller et entrent en différenciation donnant naissance à des progéniteurs puis à des cellules matures. Récemment, la possibilité pour les progéniteurs de se reprogrammer en cellules souches et de réacquérir un potentiel de régénération à long terme a été suggérée notamment dans le tissu germinal. Ainsi, l’auto-renouvellement et la reprogrammation des progéniteurs pourraient jouer un rôle dans le maintien du pool de cellules souches. Mon travail de thèse portait sur l’étude de ces deux mécanismes de régénération des cellules souches chez la souris. J’ai tout d’abord étudié la reprogrammation des progéniteurs germinaux au cours de la spermatogenèse. Ce travail montre la capacité des progéniteurs germinaux mâles, les spermatogonies différenciées, à modifier leur programme de différenciation et à générer de nouvelles cellules souches germinales après transplantation testiculaire. Les progéniteurs germinaux pourraient ainsi constituer une réserve de « cellules souches potentielles ». Le tissu germinal possède donc une certaine plasticité. La seconde partie de mon travail porte sur l’implication du gène Fancg de l’anémie de Fanconi, voie de réponse aux dommages à l’ADN, dans l’auto-renouvellement et la fonctionnalité des cellules souches hématopoïétiques au cours de l’hématopoïèse. L’intégrité génétique des cellules souches doit en effet être préservée tout au long de la vie de l’individu. Cette étude montre que l’invalidation du gène Fancg perturbe le processus de migration, la quiescence, et la régulation de l’expression de certains gènes clés des fonctions des cellules souches. Ces altérations participent au déficit fonctionnel des cellules souches hématopoïétiques observées dans le modèle murin Fancg-/-

Germline Stem Cells: The First Guards of Heredity

The genes involved in the cellular response to DNA damage are crucial for ensuring DNA integrity during spermatogenesis. In this issue of Cell Stem Cell, Takubo et al. (2008) show that ATM, a key kinase of the DNA damage response, is also involved in maintaining the stem cell potential of undifferentiated spermatogonia

Stem cell renewal (germinal progenitor plasticity and role of the Fancg gene in the hematopoietic stem cell functions)

La préservation d un stock de cellules souches fonctionnelles est indispensable pour le maintien de nombreux tissus chez l adulte. Les cellules souches se multiplient pour s auto-renouveller et entrent en différenciation donnant naissance à des progéniteurs puis à des cellules matures. Récemment, la possibilité pour les progéniteurs de se reprogrammer en cellules souches et de réacquérir un potentiel de régénération à long terme a été suggérée notamment dans le tissu germinal. Ainsi, l auto-renouvellement et la reprogrammation des progéniteurs pourraient jouer un rôle dans le maintien du pool de cellules souches. Mon travail de thèse portait sur l étude de ces deux mécanismes de régénération des cellules souches chez la souris. J ai tout d abord étudié la reprogrammation des progéniteurs germinaux au cours de la spermatogenèse. Ce travail montre la capacité des progéniteurs germinaux mâles, les spermatogonies différenciées, à modifier leur programme de différenciation et à générer de nouvelles cellules souches germinales après transplantation testiculaire. Les progéniteurs germinaux pourraient ainsi constituer une réserve de cellules souches potentielles . Le tissu germinal possède donc une certaine plasticité. La seconde partie de mon travail porte sur l implication du gène Fancg de l anémie de Fanconi, voie de réponse aux dommages à l ADN, dans l auto-renouvellement et la fonctionnalité des cellules souches hématopoïétiques au cours de l hématopoïèse. L intégrité génétique des cellules souches doit en effet être préservée tout au long de la vie de l individu. Cette étude montre que l invalidation du gène Fancg perturbe le processus de migration, la quiescence, et la régulation de l expression de certains gènes clés des fonctions des cellules souches. Ces altérations participent au déficit fonctionnel des cellules souches hématopoïétiques observées dans le modèle murin Fancg-/-.The long-term maintenance of the stem cell pool is necessary to preserve the functionality of an organ throughout life. Stems cells proliferate in order to selfrenew or to be committed to differentiate to produce progenitors and finally highly specialized cells. Recent reports have suggested that germinal progenitors could reprogram into stem cells and reacquire a potential to regenerate tissue at long-term. Thus, the stem cell selfrenewal process and the reprogramming of progenitors could play a role in the maintenance of the stem cell pool. The project of my thesis focused on those two mechanisms of stem cell regeneration in the mouse model. First, I investigated the reprogramming process of the germinal progenitors during spermatogenesis. Our results show that male germinal progenitors, the differentiating spermatogonia, can change their differentiation program and generate new functional germinal stem cells after testicular transplantation. The germinal progenitors could constitute a pool of potential stem cell, and underscores the plasticity of the germinal lineage. A second part of my project dealt with the involvement of fancg, a gene of the Fanconi anemia DNA damage response pathway, in the selfrenewal and in the functions of the hematopoietic stem cells. The maintenance of the genetic integrity throughout life is particulary important for stem cells in order to safeguard the stem cell pool. Our study show that fancg deficiency induces the impairment of the migration potential and of the quiescence of stem cells, and modifies the expression of several key genes regulating stem cell functions. Those alterations contribute to the functional impairment of the hematopoietic stem cells observed in Fancg-/- mice.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

Paternal Insulin-like Growth Factor 2 (Igf2) Regulates Stem Cell Activity During Adulthood

Insulin-like Growth Factor 2 (IGF2) belongs to the IGF/Insulin pathway, a highly conserved evolutionarily network that regulates growth, aging and lifespan. Igf2 is highly expressed in the embryo and in cancer cells. During mouse development, Igf2 is expressed in all sites where hematopoietic stem cells (HSC) successively expand, then its expression drops at weaning and becomes undetectable when adult HSC have reached their niches in bones and start to self-renew. In the present study, we aim to discover the role of IGF2 during adulthood. We show that Igf2 is specifically expressed in adult HSC and we analyze HSC from adult mice deficient in Igf2 transcripts. We demonstrate that Igf2 deficiency avoids the age-related attrition of the HSC pool and that Igf2 is necessary for tissue homeostasis and regeneration. Our study reveals that the expression level of Igf2 is critical to maintain the balance between stem cell self-renewal and differentiation, presumably by regulating the interaction between HSC and their niche. Our data have major clinical interest for transplantation: understanding the changes in adult stem cells and their environments will improve the efficacy of regenerative medicine and impact health- and life-span

Deleterious effect of bone marrow-resident macrophages on hematopoietic stem cells in response to total body irradiation

Abstract Bone marrow (BM) resident macrophages interact with a population of long-term hematopoietic stem cells (LT-HSCs) but their role on LT-HSC properties after stress is not well defined. Here, we show that a 2 Gy-total body irradiation (TBI)-mediated death of LT-HSCs is associated with increased percentages of LT-HSCs with reactive oxygen species (ROS) and of BM resident macrophages producing nitric oxide (NO), resulting in an increased percentage of LT-HSCs with endogenous cytotoxic peroxynitrites. Pharmacological or genetic depletion of BM resident macrophages impairs the radio-induced increases in the percentage of both ROS+ LT-HSCs and peroxynitrite+ LT-HSCs and results in a complete recovery of a functional pool of LT-HSCs. Finally, we show that after a 2 Gy-TBI, a specific decrease of NO production by BM resident macrophages improves the LT-HSC recovery, whereas an exogenous NO delivery decreases the LT-HSC compartment. Altogether, these results show that BM resident macrophages are involved in the response of LT-HSCs to a 2 Gy-TBI and suggest that regulation of NO production can be used to modulate some deleterious effects of a TBI on LT-HSCs