Dissecting the role of TGF-beta pathway in human Pluripotent Stem Cells

Human Embryonic Stem Cells (hESCs) and induced Pluripotent Stem cells (hiPSCs) are characterized by the ability to give rise all cell types found in the adult and to be expanded indefinitely in vitro. Understanding the molecular mechanisms controlling pluripotency is fundamental to differentiate human pluripotent cells into cells types useful for clinical applications. The signaling pathway of TGF-beta and FGF are known to maintain pluripotency in human cells. Only a handful of factors controlling pluripotency have previously been identified, such as the transcription factors OCT4, SOX2 and NANOG. Therefore, I used a systematic approach to identify novel components of the pluripotency network. Here I focused on the role of TGF-beta pathway, in order to find direct functional targets downstream of this pathway. Through comparative transcriptome analysis intersected with genome location data, I obtained a list of 21 putative transcription factors, out of which 8 were confirmed. Further functional assays led to the identification of four transcription factors that are able to maintain hESCs and hiPSCs undifferentiated in the absence of TGF-beta. Particularly, one of these four transcription factors has never been studied, so I focused on it. I then characterized the transcriptional program under the control of this factor in order to understand how it maintains the human pluripotency network. Interestingly, I found that this factor regulates both pluripotency and cell morphology. Finally, knockdown of this factor during the reprogramming strongly reduces the number of iPSCs obtained.

Le cellule staminali embrionali umane (hESCs) e le cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSCs) sono caratterizzate dalla capacità di dare origine tutti i tipi cellulari presenti nell’adulto e di poterle espandere indefinitamente in vitro. Comprendere i meccanismi molecolari che controllano la pluripotenza è fondamentale per differenziare cellule pluripotenti umane in tutti i tipi cellulari utili per applicazioni cliniche. Le vie di segnalazione che mantengono la pluripotenza nelle cellule staminali pluripotenti umane sono TGF-beta e FGF. Ad oggi, sono stati identificati solo pochi fattori di trascrizione che controllano la pluripotenza, come i fattori di trascrizione OCT4, SOX2 e NANOG. Pertanto, ho utilizzato un approccio sistematico per identificare nuovi componenti del network di pluripotenza. Mi sono focalizzata sul ruolo di TGF-beta al fine di trovare target funzionali diretti che a valle di questa via di segnalazione siano in grado di mantenere lo stato di pluripotenza. Intersecando un’analisi comparativa del trascrittoma con dati relativi alla posizione nel genoma, ho ottenuto una lista di 21 fattori di trascrizione, di cui poi 8 sono stati confermati. Ulteriori test funzionali hanno portato all’identificazione di quattro fattori di trascrizione che sono in grado di mantenere hESCs e hiPSCs pluripotenti indifferenziate in assenza di TGF-beta. In particolare, uno di questi quattro fattori di trascrizione non è mai stato studiato, quindi mi sono focalizzata su di esso. Ho successivamente caratterizzato il programma trascrizionale controllato da questo fattore per capire come sia in grado di mantenere la pluripotenza. È interessante notare che questo nuovo fattore regola sia la pluripotenza che la morfologia cellulare, ossia l’identità epiteliale. Infine, il knockdown di questo fattore durante la riprogrammazione somatica riduce fortemente il numero di colonie di iPSCs ottenute.