Ploidy reduction determines the fate of reprogrammed cell fusion hybrids

Abstract

Fenómenos de fusión celular heterotípica están asociados con regeneración de tejidos en mamíferos. La reprogramación de células somáticas a estadios de células madre progenitoras o pluripotentes, a través de fusión, tiene posibles aplicaciones en la medicina regenerativa. Sin embargo, originar células tetraploides por fusión lleva a consecuencias que deben ser caracterizadas antes de que esta estrategia sea aplicada in vivo. En este trabajo, hemos estudiado híbridos reprogramados formados por fusión in vitro entre células madre embrionarias y progenitores neuronales de ratón. Demostramos que después de la fusión, híbridos tetraploides reprogramados han podido reducir su ploidía a través de una mitosis tripolar reductiva. Este proceso resulta en dos células diploides y una tetraploide. Los análisis de cariotipo y de microscopia indican que la mitosis tripolar ocurre sin perdida de cromosomas y sin muerte de las células hijas. Además, los polimorfismos de un solo nucleótido y la marcación de cromosomas han mostrado que la segregación de cada cromosoma durante la mitosis tripolar depende de su célula de origen. Así, proponemos que la segregación de cromosomas puede no ser aleatoria y así producir células “hijas” diploides con un contenido cromosómico euploide. Esta observación puede llevar a nuevas aplicaciones de la reprogramación por fusión celular en la reparación de tejidos y a un mejor entendimiento de cómo la mitosis de células tetraploides es regulada.

Heterotypic cell fusion has been implicated in tissue regeneration in mammals. Reprogramming of somatic cells to progenitor or pluripotent stem cell states by cell fusion has possible applications in regenerative medicine. However, the consequences of generating tetraploid cells need to be carefully addressed before further applying this approach in vivo. Here, we studied the fate of reprogrammed hybrids formed after fusion of mouse embryonic stem cells and neuronal progenitor cells in vitro. We showed that, after fusion, reprogrammed tetraploid hybrids could reduce their ploidy through reductive tripolar mitosis. This originated two diploid cells and one tetraploid cell. Single cell karyotype analysis and time-­‐lapse live microscopy revealed that tripolar mitosis occurred with no apparent chromosome loss or subsequent daughter cell death. Furthermore, single nucleotide polymorphism genotyping and chromosome targeting revealed that chromosomes segregated in a cell-­‐of-­‐origin-­‐dependent fashion during tripolar mitosis. We therefore propose that chromosome segregation can be non-­‐random and thus produces diploid daughter cells with a defined euploid chromosomic content. Overall, this novel observation may contribute to the application of cell fusion-­‐mediated reprogramming in tissue repair and leads to a better understanding of how mitosis is regulated in tetraploid cells.