Stem Cell Proliferation Is Kept in Check by the Chromatin Regulators Kismet/CHD7/CHD8 and Trr/MLL3/4.

Chromatin remodeling accompanies differentiation, however, its role in self-renewal is less well understood. We report that in Drosophila, the chromatin remodeler Kismet/CHD7/CHD8 limits intestinal stem cell (ISC) number and proliferation without affecting differentiation. Stem-cell-specific whole-genome profiling of Kismet revealed its enrichment at transcriptionally active regions bound by RNA polymerase II and Brahma, its recruitment to the transcription start site of activated genes and developmental enhancers and its depletion from regions bound by Polycomb, Histone H1, and heterochromatin Protein 1. We demonstrate that the Trithorax-related/MLL3/4 chromatin modifier regulates ISC proliferation, colocalizes extensively with Kismet throughout the ISC genome, and co-regulates genes in ISCs, including Cbl, a negative regulator of Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR). Loss of kismet or trr leads to elevated levels of EGFR protein and signaling, thereby promoting ISC self-renewal. We propose that Kismet with Trr establishes a chromatin state that limits EGFR proliferative signaling, preventing tumor-like stem cell overgrowths

Defining the Identity and Dynamics of Adult Gastric Isthmus Stem Cells.

The gastric corpus epithelium is the thickest part of the gastrointestinal tract and is rapidly turned over. Several markers have been proposed for gastric corpus stem cells in both isthmus and base regions. However, the identity of isthmus stem cells (IsthSCs) and the interaction between distinct stem cell populations is still under debate. Here, based on unbiased genetic labeling and biophysical modeling, we show that corpus glands are compartmentalized into two independent zones, with slow-cycling stem cells maintaining the base and actively cycling stem cells maintaining the pit-isthmus-neck region through a process of "punctuated" neutral drift dynamics. Independent lineage tracing based on Stmn1 and Ki67 expression confirmed that rapidly cycling IsthSCs maintain the pit-isthmus-neck region. Finally, single-cell RNA sequencing (RNA-seq) analysis is used to define the molecular identity and lineage relationship of a single, cycling, IsthSC population. These observations define the identity and functional behavior of IsthSCs.Wellcome Trust Royal Societ

Exploration des états de chromatine dans le lignage intestinal chez la Drosophile

Les cellules souches adultes s'auto-renouvellent et se différencient en un ou plusieurs types cellulaires, assurant ainsi l'homéostasie d’un tissu. Comprendre leur régulation est crucial pour mieux appréhender les mécanismes de prolifération incontrôlée et de défauts de différenciation observés lors de la tumorigenèse et du déclin fonctionnel des tissus pendant le vieillissement. Ma thèse avait pour but de mieux comprendre les états chromatiniens associés à l'activité des cellules souches adultes in vivo, dans un tissu homéostatique en utilisant l'intestin adulte de la drosophile comme modèle. Nous avons montré le rôle de facteurs de remodelage de la chromatine conservés dans le contrôle de la prolifération des cellules souches intestinales (CSI) (Gervais et al, 2019), soulignant leur importance dans la régulation du lignage intestinal. Ma thèse a prolongé ces travaux en étudiant les changements d'état de la chromatine associés à la différenciation des cellules souches à l'échelle du génome entier.J’ai généré pour chaque type cellulaire des cartes de sites de fixation au génome de 5 protéines de chromatine (ARN Pol II, Brahma, Polycomb, Heterochromatin Protein 1 et Histone linker H1) en utilisant la technique de Targeted DamID. En effectuant un modèle de Markov caché pour définir les états chromatiniens, nous avons découvert que 7 états majeurs de la chromatine existent dans le lignage intestinal. Il s'agit de 2 états actifs ("Yellow" et "Red"), 3 états répressifs ("BlueR" enrichi en Polycomb, "Green" enrichi en HP1, "Black" enrichi en H1) et 2 états intermédiaires ("Yellow Weak" et "Blue Mixed"). L’étude de ces états au niveau des gènes a révélé que de nombreux gènes, dont les régulateurs clés de l'activité des CSI, subissent des transitions d'état chromatinien distinctes pour chaque lignage lors de la différenciation en entérocytes (EC) ou en cellules entéro-endocrines (EE), les deux types de cellules intestinales différenciées. Ces résultats indiquent que les différences d'organisation de la chromatine entre ECs et EEs pourraient être particulièrement importantes pour la détermination du destin cellulaire.Nous avons aussi constaté que les gènes de différenciation suivent des changements chromatiniens spécifiques pendant la différenciation. Premièrement, les principaux régulateurs transcriptionnels de la spécification du lignage, incluant prospero et nubbin, passent de l'état "BlueR" vers des états chromatiniens actifs lors de la différenciation. Ces données suggèrent une fonction régulatrice de la chromatine marquée par Polycomb pour le contrôle de la hiérarchie transcriptionnelle au sein du lignage intestinal. D’autre part, les gènes liés à la physiologie et à l'activité métabolique des cellules différenciées suivent une transition de l'état "Black" dans les CSI vers des états chromatiniens actifs dans les ECs et EEs lors de leur activation, ce qui suggère un mode de régulation des gènes liés à la physiologie qui n'était pas encore caractérisé.Nous avons ensuite étudié les effets de la perturbation génétique de HP1 et H1 sur l'accessibilité de la chromatine, la transcription et l'homéostasie du tissu intestinal. Bien que HP1 soit nécessaire pour maintenir l'hétérochromatine, nos résultats suggèrent que cette protéine régule aussi l'expression de gènes ayant des fonctions métaboliques cellulaires indépendamment de l'accessibilité de la chromatine. De plus, HP1 est nécessaire pour maintenir la prolifération des CSI. Enfin, nous avons observé que dans les CSI, H1 régule le programme transcriptionnel spécifique des EEs, suggérant que H1 pourrait jouer un rôle dans l’amorçage du destin cellulaire «EE» dans les CSI.Globalement, notre caractérisation approfondie des changements d'état de la chromatine au cours de la différenciation fournit une ressource utile pour mieux comprendre les programmes de régulation qui contrôlent le destin et l'identité cellulaire ainsi que les fonctions physiologiques dans ce tissu homéostatique.Adult stem cells self-renew and differentiate into one or several cell types, thus ensuring tissue homeostasis. Understanding their regulation is crucial to have a better comprehension of uncontrolled proliferation and altered differentiation mechanisms occurring during tumorigenesis and age-dependent functional decline of tissues. My thesis aimed to better understand what chromatin states are associated with adult stem cell activity in vivo in a homeostatic tissue using the Drosophila adult intestine as a model. We have previously provided evidence of roles of conserved chromatin remodeling factors in controlling intestinal stem cell (ISC) proliferation (Gervais et al, 2019), highlighting their importance in the regulation of the intestinal lineage. During my PhD, I expanded on these studies to investigate chromatin state changes associated with stem cell differentiation at the genome-wide scale.By generating cell-type specific whole-genome binding maps of 5 chromatin proteins (RNA Pol II, Brahma, Polycomb, Heterochromatin Protein 1 and Histone linker H1) using Targeted DamID and performing subsequent Hidden Markov modelling to define chromatin states, we found that 7 major chromatin states exist in the intestinal lineage. These are 2 actives states (“Yellow” and “Red”), 3 repressive states (Polycomb-enriched “BlueR”, HP1-enriched “Green”, Histone H1-enriched “Black”) and 2 intermediate states (“Yellow Weak” and “Blue Mixed”). Examining these states at genes revealed that many genes, including key regulators of ISC activity, undergo lineage-specific chromatin state transitions upon differentiation to enterocytes (ECs) or enteroendocrine cells (EEs), the two differentiated intestinal cell types. These results indicate that differences of chromatin organization between the EC and EE lineages might be critical for cell fate decisions.We also found that differentiation genes follow specific chromatin state changes during differentiation. First, the key transcriptional regulators of lineage specification including prospero and nubbin undergo a transition from the BlueR state (Polycomb-enriched) to active states upon differentiation. These data suggest a potential regulatory function of Polycomb-marked chromatin for control of the transcriptional hierarchy within the ISC lineage. In contrast, we found that physiology and metabolic activity-related genes follow a transition from the Histone H1-enriched Black state in ISCs to active states in ECs and EEs upon their activation, suggesting a previously uncharacterized mode of regulation of physiology-related genes. Following this, we investigated the effect of genetic perturbation of HP1 and H1 on chromatin accessibility, transcription and tissue homeostasis. While HP1 is required to maintain heterochromatin, our results suggest that it also regulates the expression of genes with cellular metabolic functions independently of chromatin accessibility. Furthermore, HP1 is necessary to maintain ISC proliferation. Finally, we found a role for Histone H1 in regulating the EE transcriptional program in ISCs, suggesting that it could prime the ISCs towards the EE fate.Overall, our extensive characterization of chromatin state changes during differentiation provides a valuable resource to better understand the regulatory programs that control cell fate and identity, as well as physiological functions in this homeostatic tissue

La jeunesse scientifique d'Auvergne et de Rhône Alpes s'engage pour un nouvel ordre alimentaire mondial

Film présenté dans le cadre de l'Exposition Universelle de Milan en ItalieNous, jeunesse scientifique des régions Auvergne et Rhône-Alpes, déclarons solennellement notre implication dans la création et le développement d’un système agricole et alimentaire adapté aux futurs enjeux nutritionnels mondiaux. Conscients que nous sommes dans une course perpétuelle à la productivité, génératrice d’un risque pour les écosystèmes et la santé des hommes, nous souhaitons l’avènement d’un modèle alimentaire pérenne et garant d’un accès universel à une nourriture saine et respectueuse de l’environnement. Ce modèle doit être le moteur d’une équité sociale sans compromis, d’une sécurité alimentaire sans exception, et le faire-valoir de notre Terre que nous jugeons riche mais fragile. S’il s’agit de notre utopie aujourd’hui, cela doit être notre réalité de demain. Nous reconnaissons l’impasse devant laquelle notre modèle actuel de production, de distribution et de consommation se trouve. Le gaspillage colossal, les disparités croissantes et les problèmes de santé publique aujourd’hui à l’oeuvre doivent cesser

La jeunesse scientifique d'Auvergne et de Rhône Alpes s'engage pour un nouvel ordre alimentaire mondial

Film présenté dans le cadre de l'Exposition Universelle de Milan en ItalieNous, jeunesse scientifique des régions Auvergne et Rhône-Alpes, déclarons solennellement notre implication dans la création et le développement d’un système agricole et alimentaire adapté aux futurs enjeux nutritionnels mondiaux. Conscients que nous sommes dans une course perpétuelle à la productivité, génératrice d’un risque pour les écosystèmes et la santé des hommes, nous souhaitons l’avènement d’un modèle alimentaire pérenne et garant d’un accès universel à une nourriture saine et respectueuse de l’environnement. Ce modèle doit être le moteur d’une équité sociale sans compromis, d’une sécurité alimentaire sans exception, et le faire-valoir de notre Terre que nous jugeons riche mais fragile. S’il s’agit de notre utopie aujourd’hui, cela doit être notre réalité de demain. Nous reconnaissons l’impasse devant laquelle notre modèle actuel de production, de distribution et de consommation se trouve. Le gaspillage colossal, les disparités croissantes et les problèmes de santé publique aujourd’hui à l’oeuvre doivent cesser

p57Kip2 imposes the reserve stem cell state of gastric chief cells

Adult stem cells constantly react to local changes to ensure tissue homeostasis. In the main body of the stomach, chief cells produce digestive enzymes; however, upon injury, they undergo rapid proliferation for prompt tissue regeneration. Here, we identified p57Kip2 (p57) as a molecular switch for the reserve stem cell state of chief cells in mice. During homeostasis, p57 is constantly expressed in chief cells but rapidly diminishes after injury, followed by robust proliferation. Both single-cell RNA sequencing and dox-induced lineage tracing confirmed the sequential loss of p57 and activation of proliferation within the chief cell lineage. In corpus organoids, p57 overexpression induced a long-term reserve stem cell state, accompanied by altered niche requirements and a mature chief cell/secretory phenotype. Following the constitutive expression of p57 in vivo, chief cells showed an impaired injury response. Thus, p57 is a gatekeeper that imposes the reserve stem cell state of chief cells in homeostasis.11Nsciescopu