Emmanuelle Lerat, Jacques Samarut, Sophie Blanc, Violaine Tribollet, Sébastien Gounel, M. Angela Nieto, Anne Mey, Damien Curton, Anne-Marie Birot, Hervé Acloque, Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon (IGFL), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon), Instituto de Neurociencias de Alicante, Laboratoire de Génétique Cellulaire (LGC), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Eléments transposables, évolution, populations, Département génétique, interactions et évolution des génomes [LBBE] (GINSENG), Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), French National Research Agency (ANR) ANR-06-GANI-007-01, French National Research Agency (ANR) ANR-09-BLAN-0141, INRA, Spanish Government BFU2008-01042 CSD2007-00017 D2007-00023., École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, UMH, CSIC, Instituto de Neurociencias, Centre de recherches Paul Pascal (CRPP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Santé de la vigne et qualité du vin (SVQV), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Louis Pasteur - Strasbourg I, Laboratoire de Chimie - UMR5182 (LC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon), Unité mixte de recherche biologie moléculaire de la cellule, École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)
Background Long terminal repeats (LTR) from endogenous retroviruses (ERV) are source of binding sites for transcription factors which affect the host regulatory networks in different cell types, including pluripotent cells. The embryonic epiblast is made of pluripotent cells that are subjected to opposite transcriptional regulatory networks to give rise to distinct embryonic and extraembryonic lineages. To assess the transcriptional contribution of ERV to early developmental processes, we have characterized in vitro and in vivo the regulation of ENS-1, a host adopted and developmentally regulated ERV that is expressed in chick embryonic stem cells. Results We show that Ens-1 LTR activity is controlled by two transcriptional pathways that drive pluripotent cells to alternative developmental fates. Indeed, both Nanog that maintains pluripotency and Gata4 that induces differentiation toward extraembryonic endoderm independently activate the LTR. Ets coactivators are required to support Gata factors' activity thus preventing inappropriate activation before epigenetic silencing occurs during differentiation. Consistent with their expression patterns during chick embryonic development, Gata4, Nanog and Ets1 are recruited on the LTR in embryonic stem cells; in the epiblast the complementary expression of Nanog and Gata/Ets correlates with the Ens-1 gene expression pattern; and Ens-1 transcripts are also detected in the hypoblast, an extraembryonic tissue expressing Gata4 and Ets2, but not Nanog. Accordingly, over expression of Gata4 in embryos induces an ectopic expression of Ens-1. Conclusion Our results show that Ens-1 LTR have co-opted conditions required for the emergence of extraembryonic tissues from pluripotent epiblasts cells. By providing pluripotent cells with intact binding sites for Gata, Nanog, or both, Ens-1 LTR may promote distinct transcriptional networks in embryonic stem cells subpopulations and prime the separation between embryonic and extraembryonic fates., This work was supported by grants from the ANR (Agence Nationale pour la Recherche) Genanimal (ANR-06-GANI-007-01) and the ANR Blanc (ANR-09-BLAN-0141) to JS, grants from INRA to AM and grants from the Spanish Ministry of Science and Innovation (BFU2008-01042, CONSOLIDER-INGENIO 2010 CSD2007-00017 and CSD2007-00023) to MAN.