YAP/TAZ in the regulation of epidermal stem cell fate and glioblastoma cell behavior

Cells within a tissue respond to mechanical forces and changes in the physical properties of the external microenvironment; the two transcriptional regulators YAP and TAZ transduce these physical inputs into biological responses. In this scenario the epidermis is a point in case as it represents a real mechanosensitive tissue for its structure and functions. In the first part of this thesis, we showed that YAP/TAZ regulation by cell shape and rigidity of the extracellular matrix (ECM) controls the balance between proliferation and differentiation in epidermal SCs. Furthermore, we established a new functional link between YAP and Notch both in vitro and in vivo. Indeed, YAP/TAZ are active in a high tension microenvironment where they promote epidermal stemness through the inhibition of Notch signaling, a key factor for epidermal differentiation. On contrary, YAP/TAZ inhibition by low mechanical forces induces Notch signaling activation, loss of SC traits and differentiation. Molecularly, we found that YAP/TAZ, by regulating the expression of Notch Delta-like ligands through distant enhancers, sustain Notch ‘cis-inhibition’ and preserve stemness of epidermal progenitor cells. Moreover, YAP/TAZ positively regulate the expression of the ubiquitinligase NEDD4L that fosters Notch receptor degradation and inhibits ligand-independent activation of the signaling. Thus YAP/TAZ integrates mechanical inputs with cell–cell communication signals to regulate epidermal SC fate. In the second part, we described the role of YAP and TAZ in cancer, in particular by investigating their function in Glioblastoma Multiforme (GBM), the most frequent brain malignancy and the one with the poorest prognosis. The preliminary results shown here, demonstrated that YAP/TAZ are necessary to promote mouse astrocyte de-differentiation and gliomaspheres formation. Moreover, YAP/TAZ are required to sustain glioma sphere selfrenewal and stability. The highly malignant properties of GBM likely rely on their intrinsic plasticity, the ability to revert spontaneously to a cancer stem cell state after differentiation. YAP/TAZ play a fundamental role also in this aspect of GBM biology, as we found that GBM cell de-differentiation is impaired in the absence of these two transcriptional coactivators.

Le cellule all'interno di un tessuto rispondono alle forze meccaniche e alle variazioni delle proprietà fisiche dell'ambiente extracellulare; i due regolatori trascrizionali YAP e TAZ traducono questi input fisici in risposte biologiche. In questo contesto, la pelle rappresenta un caso esemplare di tessuto che per la sua struttura e le sue funzioni viene definito come meccano-responsivo. Nella prima parte di questa tesi mostriamo che la regolazione di YAP e TAZ mediata dalla forma della cellula e dalla rigidità della matrice extracellulare (ECM) controlla l'equilibrio tra proliferazione e differenziamento nelle cellule staminali dell’epidermide. Con questo lavoro abbiamo dunque stabilito un nuovo collegamento funzionale tra YAP e Notch sia in vitro che in vivo. YAP e TAZ sono trascrizionalmente attivi quando le cellule sono sottoposte ad alta tensione meccanica e, attraverso l'inibizione della via di segnale Notch, mantengono le caratteristiche staminali di queste cellule. Al contrario, l'inibizione di YAP e TAZ condizionata da forze che inducono bassa tensione meccanica nelle cellule, induce l'attivazione del segnale di Notch, fattore chiave per il differenziamento dell’epidermide, la perdita di proprietà staminali e il differenziamento. Abbiamo infatti scoperto che YAP e TAZ si legano a enhancers che attivano l'espressione dei ligandi di Notch i quali vanno ad agire come inibitori "in cis" e quindi preservano le caratteristiche staminali delle cellule progenitrici. Inoltre, YAP e TAZ regolano positivamente l'espressione della ubiquitina-ligasi NEDD4L, la quale promuove la degradazione del recettore Notch e inibisce l'attivazione del segnale. Così YAP e TAZ integrano gli inputs meccanici con le vie di comunicazione delle cellule per regolare il comportamento delle cellule staminali dell’epidermide. Nella seconda parte di questo lavoro, abbiamo descritto il ruolo di YAP e TAZ nel cancro, in particolare studiando la loro funzione nel Glioblastoma Multiforme (GBM), uno dei più frequenti tumori cerebrali e con la prognosi più infausta. I risultati preliminari mostrati qui dimostrarono che YAP e TAZ sono necessari per promuovere la conversione degli astrociti in cellule con comportamento staminale e la formazione di glioma sfere. Inoltre, YAP e TAZ sono necessari per sostenere l’auto rinnovamento e la stabilità di queste sfere. Le proprietà altamente maligne del glioblastoma sono probabilmente causate dalla sua intrinseca plasticità, la capacità di ritornare spontaneamente a uno stato di cellule staminali del cancro dopo il differenziamento. YAP e TAZ svolgono un ruolo fondamentale in quest’aspetto della biologia del tumore, in quanto il de-differenziamento delle cellule di glioblastoma è severamente compromesso in assenza di questi due co-attivatori trascrizionali.