Reprogramming of gene expression following nuclear transfer to the Xenopus oocyte

Reprogrammation nucléaire par transfert de noyau dans l’ovocyte de Xénope

The Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon Institute, Cambridge CB2 1QN, United Kingdom

Corresponding author: Jérôme Jullien, j.jullien@gurdon.cam.ac.uk

Received: 23 March 2011

Abstract

Transplantation of Xenopus laevis cell nucleus to enucleated Xenopus egg leads to the generation of cloned animal. This exemplifies the process of nuclear reprogramming by which the nucleus of a specialized cell is reset to an embryonic state from which it can generate all the cells of an organism. Using the precursor of the egg, the oocyte, it is also possible to reprogram somatic cell. The advantage of this approach is the direct reprogramming of gene expression in the absence of cell division. Using this strategy it is possible to investigate the mechanism leading to transcriptional reprogramming of somatic nuclei. By combining real time monitoring of chromatin protein exchange and gene expression analysis, we have observed that a simultaneous loss of somatic H1 linker histone and incorporation of the oocyte-specific linker histone B4 precede transcriptional reprogramming. The loss of H1 is not required for gene reprogramming. We have demonstrated both by antibody injection experiments and by dominant negative interference that the incorporation of B4 linker histone is required for pluripotency gene reactivation during nuclear reprogramming. We suggest that the binding of oocyte specific B4 linker histone to chromatin is a key primary event in the reprogramming of somatic nuclei transplanted to amphibian oocytes.

Résumé

La transplantation d’un noyau cellulaire de Xenopus laevis dans un œuf énucléé de xénope conduit à la création d’un animal cloné. C’est l’exemple type du processus de reprogrammation nucléaire, par lequel le noyau d’une cellule spécialisée est ramené vers un état embryonnaire, capable de générer toutes les cellules d’un organisme. En utilisant l’ovocyte, précurseur de l’œuf, il est également possible de reprogrammer le noyau d’une cellule somatique. L’intérêt de cette approche est la reprogrammation directe de l’expression génique en l’absence de division cellulaire. Grâce à cette stratégie, il est possible d’analyser le mécanisme de la reprogrammation transcriptionnelle des noyaux somatiques. En combinant le suivi en temps réel du flux des protéines entrant et sortant du noyau et l’analyse de l’expression génique, nous avons observé que la perte de l’histone somatique linker H1 et l’incorporation simultanée de l’histone ovocyte-spécifique linker B4 précèdent la reprogrammation transcriptionnelle. Cependant même si H1 persiste, la reprogrammation peut avoir lieu. Nous avons démontré, d’une part par des expériences d’injection d’anticorps, d’autre part par interférence dominante négative, que l’incorporation d’histone linker B4 est requise pour la réactivation des gènes de pluripotence. Nous suggérons que la liaison de l’histone B4 à la chromatine est un événement primaire, clé de la reprogrammation des noyaux somatiques transplantés dans l’ovocyte d’amphibien.