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Drugs modulating stochastic gene expression affect the erythroid differentiation process

Authors :
Ronan Duchesne
Olivier Gandrillon
Sandrine Gonin-Giraud
Fabien Crauste
Anissa Guillemin
Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule (LBMC UMR 5239)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Multi-scale modelling of cell dynamics : application to hematopoiesis (DRACULA)
Centre de génétique et de physiologie moléculaire et cellulaire (CGPhiMC)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut Camille Jordan (ICJ)
École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Camille Jordan (ICJ)
ANR-17-CE12-0031,SinCity,Analyses transcriptomiques sur cellules uniques dont la généalogie est identifiée au cours d'un processus de différentiation(2017)
Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Institut Camille Jordan [Villeurbanne] (ICJ)
Université de Lyon-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre de génétique et de physiologie moléculaire et cellulaire (CGPhiMC)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
PLoS ONE, PLoS ONE, 2019, 14 (11), pp.1-19. ⟨10.1371/journal.pone.0225166⟩, PLoS ONE, Public Library of Science, 2019, 14 (11), pp.1-19. ⟨10.1371/journal.pone.0225166⟩, PLoS ONE, Vol 14, Iss 11, p e0225166 (2019)
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

To better understand the mechanisms behind cells decision-making to differentiate, we assessed the influence of stochastic gene expression (SGE) modulation on the erythroid differentiation process. It has been suggested that stochastic gene expression has a role in cell fate decision-making which is revealed by single-cell analyses but studies dedicated to demonstrate the consistency of this link are still lacking. Recent observations showed that SGE significantly increased during differentiation and a few showed that an increase of the level of SGE is accompanied by an increase in the differentiation process. However, a consistent relation in both increasing and decreasing directions has never been shown in the same cellular system. Such demonstration would require to be able to experimentally manipulate simultaneously the level of SGE and cell differentiation in order to observe if cell behavior matches with the current theory. We identified three drugs that modulate SGE in primary erythroid progenitor cells. Both Artemisinin and Indomethacin decreased SGE and reduced the amount of differentiated cells. On the contrary, a third component called MB-3 simultaneously increased the level of SGE and the amount of differentiated cells. We then used a dynamical modelling approach which confirmed that differentiation rates were indeed affected by the drug treatment. Using single-cell analysis and modeling tools, we provide experimental evidence that, in a physiologically relevant cellular system, SGE is linked to differentiation.

Details

Language :
English
ISSN :
19326203
Database :
OpenAIRE
Journal :
PLoS ONE, PLoS ONE, 2019, 14 (11), pp.1-19. ⟨10.1371/journal.pone.0225166⟩, PLoS ONE, Public Library of Science, 2019, 14 (11), pp.1-19. ⟨10.1371/journal.pone.0225166⟩, PLoS ONE, Vol 14, Iss 11, p e0225166 (2019)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....48f0270be45a0c9df2093e349c85db0f
Full Text :
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0225166⟩