Epigenetic analysis of human embryonic carcinoma cells during retinoic acid-induced neural differentiation

Differentiation of stem cells from a pluripotent to a committed state involves global changes in genome expression patterns, critically determined by chromatin structure and interactions of chromatin-binding proteins. The dynamics of chromatin structure are lightly regulated by multiple epigenetic mechanisms such as histone modifications and the incorporation of histone variants. In the current work, we induced neural differentiation of a human embryonal carcinoma stem cell line, NTERA2/NT2, by retinoic acid |RA) treatment, primarily according to two different methods of adherent cell culture (rosette formation) and suspension cell culture (EB formation) conditions, and histone modifications and variations were compared through these processes. Western blot analysis of histone extracts showed significant changes in the acetylation and methylation patterns of histone H3, and expression level of the histone variant H2A.Z, after RA treatment in both protocols. Using chromatin immu no precipitation (ChIP) coupled with real-time PCR, it was shown that these epigenetic changes occurred on the regulatory regions of 4 marker genes (Oct4, Nanog, Neslih, and Pax6) in a culture condition dependent manner. This report demonstrates the dynamic interplay of histone modification and variation in regulating the gene expression profile, during stem cell differentiation and under different culture conditions. Key words: epigenetic, H2A.Z, NTERA2, neural differentiation, retinoic acid. La differencials on des cellules souches d'un etat pluripotent a un etat determine implique des changements globaux dans les patrons d'expression du genome, determines de fagon critique par la structure de la chromatine et les interactions des proteines de liaison de la chromatine. La dynamique de la structure de la chromatine est fortement regulee par de multiples mecanismes epigenetiques tels les modifications d'histones et I'incorporation des variants d'histones. Dans ce travail, nous avons induit une differencial ion neurale des cellules de la lignee de carcinome embryonnaire humaine NTERA2/NT2 par un traitement a l'acide retinoique (AR),en suivant deux methodes differentes de culture cellulaire, soit sur des cellules adherentes (formation de rosettes) ou en suspension (formation de CE), et les modifications/variations d'histones ont ete comparees au cours de ces processus. L'analyse d'extraits d'histones en buvardage par Western ont montre des changements significatifs dans les patrons d'acetylation/methy]ation de l'histone H3, et dans les niveaux d'expression du variant d'histone H2A.Z apres un traitement a 1'AR, dans les deux protocoles. A 1'aide d'une immunoprecipitation de la chromatine (ChIP) couplee a une PCR en temps reel, nous montrons que ces changements epigenetiques surviennenl dans les regions regulatriees de quatre genes marqueurs (Oct4, Nanog, Nesiin et Pax6) de (aqon dependanie des conditions de culture. Ce rapport demonlre l'inleraction dynamique de la modification/variation des histones dans la regulation du profil d'expression genique, lors de la differenci ation des cellules souches el sous differentes conditions de culture. Mots-cles : epigenetique. H2A.Z, NTERA2, differenci ation neurale, acide retinoique. [Traduit par la Redaction]
Introduction Embryonal carcinoma (EC) cells derived from germ cell tumors are valuable tools for investigating embryogenesis and developmental biology processes. The advantage of reproducibility and rapid in vitro expansion and [...]