Subiecte

Abstract

Plasticitatea celulară este esențială pentru celulele embrionare timpurii. Spre deosebire de celulele pluripotente, care formează țesuturi embrionare, celulele totipotente pot genera un organism complet incluzând țesuturi embrionare și extraembrionare. Celulele asemănătoare embrionilor cu două etape celulare (celule asemănătoare 2C) apar la o frecvență foarte mică în culturile de celule stem embrionare (ES). Deși reprogramarea indusă la pluripotență este bine stabilită, celulele totipotente rămân slab caracterizate și nu este cunoscută dacă este posibilă reprogramarea la totipotență. Arătăm că pot fi induse celule asemănătoare mouse-ului 2C in vitro prin reglarea descendentă a activității de asamblare a cromatinei CAF-1. Retrovirusurile endogene și genele specifice embrionilor cu 2 celule sunt genele cu cea mai înaltă reglare la eliminarea CAF-1. Celulele emergente asemănătoare 2C prezintă caracteristici moleculare ale embrionilor cu 2 celule și o reprogramabilitate mai mare decât celulele ES la transferul nuclear. Rezultatele noastre sugerează că celulele embrionare timpurii pot fi induse prin modularea ansamblului cromatinei și că depunerea atipică de histone poate declanșa apariția celulelor totipotente.

celulele

Opțiuni de acces

Abonați-vă la Jurnal

Obțineți acces complet la jurnal timp de 1 an

doar 4,60 EUR pe număr

Toate prețurile sunt prețuri NET.
TVA va fi adăugat mai târziu în casă.

Închiriați sau cumpărați articol

Obțineți acces limitat la timp sau la articol complet pe ReadCube.

Toate prețurile sunt prețuri NET.

Coduri de aderare

Aderări primare

ArrayExpress

Referințe

Macfarlan, T.S. și colab. Potența celulelor stem embrionare fluctuează odată cu activitatea retrovirusului endogen. Natură 487, 57–63 (2012).

Takahashi, K. și Yamanaka, S. Inducerea celulelor stem pluripotente din culturile de fibroblaste embrionare și adulte de șoarece de factori definiți. Celulă 126, 663–676 (2006).

Tarkowski, A.K. Experimente privind dezvoltarea blastomerilor izolați de ouă de șoarece. Natură 184, 1286–1287 (1959).

Ishiuchi, T. și Torres-Padilla, M.E. Către o înțelegere a mecanismelor de reglementare ale totipotenței. Curr. Opin. Genet. Dev. 23, 512–518 (2013).

Cahan, P. și Daley, G.Q. Origini și implicații ale variabilității și eterogenității celulelor stem pluripotente. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 14, 357–368 (2013).

Probst, A.V., Santos, F., Reik, W., Almouzni, G. & Dean, W. Diferențele structurale în heterocromatina centromerică sunt reconciliate spațial la fertilizarea în zigotul șoarecelui. Cromozom 116, 403–415 (2007).

Probst, A.V. și colab. Este necesară o explozie specifică firului în transcrierea sateliților pericentrici pentru formarea cromocentrului și dezvoltarea timpurie a șoarecilor. Dev. Celulă 19, 625–638 (2010).

Puschendorf, M. și colab. PRC1 și Suv39h specifică asimetria parentală la heterocromatina constitutivă la embrionii timpurii ai șoarecilor. Nat. Genet. 40, 411–420 (2008).

Santenard, A. și colab. Formarea de heterocromatină la embrionul de șoarece necesită reziduuri critice ale variantei de histonă H3.3. Nat. Cell Biol. 12, 853–862 (2010).

Smith, S. & Stillman, B. Purificarea și caracterizarea CAF-I, un factor celular uman necesar pentru asamblarea cromatinei în timpul replicării ADN-ului in vitro. Celulă 58, 15-25 (1989).

Verreault, A., Kaufman, P.D., Kobayashi, R. & Stillman, B. Asamblarea nucleozomilor de către un complex de CAF-1 și histone acetilate H3/H4. Celulă 87, 95–104 (1996).

Houlard, M. și colab. CAF-1 este esențial pentru organizarea heterocromatinei în celulele embrionare pluripotente. PLoS Genet. 2, e181 (2006).

Huang, H. și colab. Drosophila CAF-1 reglează silențierea epigenetică mediată de HP1 și stabilitatea pericentrică a heterocromatinei. J. Cell Sci. 123, 2853–2861 (2010).

Peaston, A.E. și colab. Retrotranspozonii reglează genele gazdă din ovocitele șoarecilor și embrionilor preimplantatori. Dev. Celulă 7, 597–606 (2004).

Miyanari, Y., Ziegler-Birling, C. și Torres-Padilla, M.E. Vizualizare live a dinamicii cromatinei cu TALE fluorescente. Nat. Struct. Mol. Biol. 20, 1321–1324 (2013).

Rolef Ben-Shahar, T. și colab. Două peptide de interacțiune PCNA fundamental distincte contribuie la funcția factorului 1 de asamblare a cromatinei. Mol. Celulă. Biol. 29, 6353–6365 (2009).

Murzina, N., Verreault, A., Laue, E. și Stillman, B. Dinamica heterocromatinei în celulele șoarecelui: interacțiunea dintre factorul de asamblare a cromatinei 1 și proteinele HP1. Mol. Celulă 4, 529–540 (1999).

Kaufman, P.D., Kobayashi, R., Kessler, N. & Stillman, B. Subunitățile p150 și p60 ale factorului I de asamblare a cromatinei: o legătură moleculară între histonele nou sintetizate și replicarea ADN-ului. Celulă 81, 1105–1114 (1995).

Nabatiyan, A. și Krude, T. Tacerea factorului 1 de asamblare a cromatinei în celulele umane duce la moartea celulelor și la pierderea ansamblului cromatinei în timpul sintezei ADN. Mol. Celulă. Biol. 24, 2853–2862 (2004).

Евсиков, А.В. și colab. Biologia sistemelor embrionului de șoarece cu 2 celule. Citogenet. Genom Res. 105, 240-250 (2004).

Deng, Q., Ramskold, D., Reinius, B. și Sandberg, R. ARN-seq unicelular dezvăluie o expresie genetică monoalelică dinamică, aleatorie, în celulele mamiferelor. Ştiinţă 343, 193–196 (2014).

Boskovic, A. și colab. O mobilitate mai mare a cromatinei susține totipotența și precede pluripotența in vivo. Gene Dev. 28, 1042-1047 (2014).

McGrath, J. și Solter, D. Incapacitatea nucleilor de blastomeri de șoarece transferați la zigotii enuclerați pentru a sprijini dezvoltarea in vitro. Ştiinţă 226, 1317–1319 (1984).

Matoba, S. și colab. Dezvoltarea embrionară în urma transferului nuclear al celulei somatice împiedicată de metilarea persistentă a histonelor. Celulă 159, 884–895 (2014).

Smith, S. & Stillman, B. Asamblarea etapizată a cromatinei în timpul replicării ADN in vitro. EMBO J. 10, 971–980 (1991).

Takami, Y., Ono, T., Fukagawa, T., Shibahara, K. și Nakayama, T. Rol esențial al asamblării nucleozomului rapid mediat de factorul 1 de cromatină pentru replicarea ADN și diviziunea celulară în celulele vertebrate. Mol. Biol. Celulă 18, 129-141 (2007).

Beddington, R.S. & Robertson, E.J. O evaluare a potențialului de dezvoltare a celulelor stem embrionare la embrionul de șoarece de midgestie. Dezvoltare 105, 733–737 (1989).

Morgani, S.M. și colab. Celulele stem embrionare totipotente apar în condiții de cultură în stare de bază. Rapoarte de celule 3, 1945–1957 (2013).

Lemn, S.A. și colab. Producția simplă și eficientă de himere de celule stem embrionare-embrioni de către cocultură. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 90, 4582–4585 (1993).

Abad, M. și colab. Reprogramare in vivo produce teratoame și celule iPS cu caracteristici de totipotență. Natură 502, 340-345 (2013).

Hiiragi, T. & Solter, D. Reprogramarea este esențială în transferul nuclear. Mol. Reprod. Dev. 70, 417–421 (2005).

Howlett, S.K., Barton, S.C. & Surani, M.A. Interacțiuni citoplasmatice nucleare în urma transplantului nuclear la embrioni de șoarece. Dezvoltare 101, 915–923 (1987).

Casanova, M. și colab. Reorganizarea heterocromatinei în timpul dezvoltării timpurii a șoarecelui necesită un transcript necodificat monocatenar. Rapoarte de celule 4, 1156–1167 (2013).

Miyanari, Y. și Torres-Padilla, M.E. Controlul pluripotenței stării fundamentale prin reglarea alelică a Nanog. Natură 483, 470–473 (2012).

Quivy, J.P., Gerard, A., Cook, A.J., Roche, D. & Almouzni, G. Interacțiunea HP1-p150/CAF-1 este necesară pentru replicarea pericentrică a heterocromatinei și progresia fazei S în celulele de șoarece. Nat. Struct. Mol. Biol. 15, 972–979 (2008).

Quivy, J.P. și colab. Un grup de HP1 dependent de CAF-1 în timpul duplicării heterocromatinei. EMBO J. 23, 3516–3526 (2004).

Terranova, R., Sauer, S., Merkenschlager, M. & Fisher, A.G. Reorganizarea heterocromatinei constitutive în mușchiul diferențiator necesită activitate HDAC. Exp. Rez. Celulare. 310, 344–356 (2005).

Максакова, И.А. și colab. Proteinele care se leagă de H3K9me3 sunt dispensabile pentru amortizarea retrovirală dependentă de SETDB1/H3K9me3. Epigenetica Cromatina 4, 12 (2011).

Macfarlan, T.S. și colab. Retrovirusurile endogene și genele învecinate sunt reprimate în mod coordonat de LSD1/KDM1A. Gene Dev. 25, 594–607 (2011).

Inoue, A., Matoba, S. & Zhang, Y. Activarea transcripțională a elementelor transpozabile în zigotii de șoarece este independentă de oxidarea 5-metilcitozinei mediată de Tet3. Rez. Celulare. 22, 1640–1649 (2012).

Kim, D. și colab. TopHat2: alinierea exactă a transcriptomilor în prezența inserțiilor, ștergerilor și fuziunilor genetice. Genomul Biol. 14, R36 (2013).

Love, M.I., Huber, W. & Anders, S. Estimarea moderată a modificării și dispersiei pliurilor pentru datele RNA-Seq cu DESeq2. Genomul Biol. 15, 550 (2014).

Anders, S., Pyl, P.T. & Huber, W. HTSeq: un cadru Python pentru a lucra cu date de secvențiere de mare viteză. Bioinformatică 31, 166–169 (2015).

Mulțumiri

Informatia autorului

Afilieri

Institutul de Genetică și Biologie Moleculară și Celulară, CNRS UMR7104 și INSERM U964, Illkirch, Franța

Takashi Ishiuchi, Ana Boskovic, Celine Ziegler-Birling, Diego Rodriguez-Terrones și Maria-Elena Torres-Padilla

Institutul Max Planck pentru Biomedicină Moleculară, Münster, Germania

Rocio Enriquez-Gasca și Juan M Vaquerizas

Facultatea de Științe ale Vieții și Mediului, Universitatea Yamanashi, Yamanashi, Japonia

Eiji Mizutani și Teruhiko Wakayama

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Contribuții

T.I. a proiectat și realizat majoritatea experimentelor și a analizat datele. A.B. a executat FRAP și C.Z.-B. a efectuat Southern Blot. R.E.-G., D.R.-T. și J.M.V. efectuat analize computaționale. E.M. și T.W. efectuat transfer nuclear. M.-E.T.-P. și J.M.V. a analizat datele și a dirijat studiul. M.-E.T.-P. a scris manuscrisul cu intrarea de la T.I., R.E.-G. și J.M.V.

Declarații de etică

Interese concurente

Autorii declară că nu există interese financiare concurente.

Informații suplimentare integrate

Figura suplimentară 1 Acetilarea globală a histonei în celule asemănătoare 2C și ARN-FISH pentru MERVL endogen și sateliți majori după epuizarea p150.

A. Celulele 2C: EGFP ES au fost imunomarcate pentru GFP și H4, H4K16ac, H4K12ac, H4K5/12ac, H4K8/12ac sau H3K9ac pan-acetilate Anticorpul pentru H4 pan-acetilat recunoaște H4 acetilat K5, K8, K12 sau K16. Peste 50 de celule au fost analizate în 3 replici biologice. Bara de scală, 10 μm.b. ARN-FISH pentru MERVL și MajSat a fost efectuat în celule E14 ES tip sălbatic după transfecția siARN pentru control sau p150. Bara de scalare, 50 μm.

Figura 2 suplimentară Efectul p60 KD, activarea Zscan4 de către CAF-1 KD și utilizarea TALE-urilor vizate pentru activarea transcrierii majore prin satelit.

Figura suplimentară 6 Analize ARN-seq pe celule sortate FACS.

Figura suplimentară 7 Repetați analiza randomizată, accesibilitatea globală a cromatinei în celule asemănătoare 2C induse de p60 și date brute SCNT.

99% în celulele ES, diferența dintre aceste două grupuri se datorează efectului procedurii FACS în sine. Pentru c și d: PN, numărul de embrioni NT cu formațiune pronucleară; 1 & ab, numărul de embrioni NT arestați la 1 celulă sau care prezintă morfologie anormală; 2C, numărul de embrioni NT dezvoltat în stadiul de 2 celule; 4/8C, numărul de embrioni NT dezvoltat în stadiul de 4 sau 8 celule; M/B, numărul de embrioni NT dezvoltat până la morula sau blastocist. Procentul de dezvoltare la 2 celule (2 celule%), 4 sau 8 celule (4/8C%) și morula sau blastocist (M/B%) a fost calculat utilizând numărul de embrioni NT care au format pronuclei vizibili.