Investigating the role of transcription factor Nkx1-2 in mouse embryonic stem cell pluripotency, self-renewal and differentiation

Abstract

Mouse embryonic stem cells (ESCs) require extracellular signals to induce the expression of intrinsic core pluripotency factors: Oct4, Sox2 and Nanog, known as the OSN triad. Notably, the Wnt/β-catenin pathway has been shown to be important for controlling the expression of transcription factors that orchestrate the characteristic ESC gene expression programme. It remains unclear, however, the exact mechanisms by which the Wnt pathway (via tcf3) contributes to enhance the maintenance of ESCs in a naïve state. Furthermore, little is known of the identity of

Wnt-dependent downstream targets that elegantly regulate this ESC state. To identify these Wnt- dependent important transcription factors (TFs) or master regulators (MRs), we used a reverse

engineering approach that allowed us to identify several TFs with unknown function in ESCs. The work in this thesis is focused on investigating the function of Nkx1-2 in controlling naïve pluripotency, and we propose it as a novel TF as it had never been described before. Here, we discovered that Nkx1-2 has dual functions in ESC biology. In fact, Nkx1-2 can delay ESC differentiation upon LIF withdrawal and its deletion leads to abnormal pluripotency-specific protein expression. Also, Nkx1-2 is important for ESC differentiation and cell-fate specification in the early mouse embryo development. Overall, this work reveals a novel role for Nkx1-2 in ESC pluripotency and differentiation.

Las células embrionarias de ratón (ESCs), requieren de señales extracelulares para inducir la expresión de factores intrínsecos de pluripotencia: Oct4, Sox2 y Nanog, conocidos como la tríada OSN. Notablemente la vía de señalización Wnt/beta catenina, ha demostrado ser crucial en el control de la expresión génica de factores de transcripción en ESCs. Hasta ahora los mecanismos mediante los cuales, la vía de señalización Wnt (via Tcf3) contribuyen a potencializar el mantenimiento de las ESCs en su estado característico, no han sido esclarecidos. Además, muy poco se sabe sobre la identidad de los genes diana dependientes de Wnt y cómo regulan el estado pluripotente de las ESCs. Para identificar estos factores de transcripción (FT) reguladores dependientes de Wnt, hemos usado una estrategia inversa que nos ha ayudado a identificar FTs, cuya función en las ESCs es desconocida. El trabajo presentado en esta tesis se enfoca en investigar la función del gen no descrito hasta la fecha Nkx1-2, en el control de la pluripotencia de las ESCs. Hemos descubierto que Nkx1-2 tiene funciones duales en las células embrionarias de ratón. De hecho, Nkx1-2 puede retrasar la diferenciación de las células en ausencia de LIF, y su deleción causa una expresión aberrante de los factores importantes en mantener la pluripotencia. Además, Nkx1-2 es importante para la diferenciación apropiada de las células madre y también lo es en la especificación celular durante el desarrollo embrionario. En general, el trabajo en esta tesis revela una nueva función para Nkx1-2 en la pluripotencia y diferenciación de las células madre embrionarias de ratón.