Chromatin-linked and NF-kB independent IkBa function in embryonic stem cell pluripotency exit and differentation

Abstract

Pluripotent stem cells (PSCs) have the ability to self-renew and give rise to almost every somatic cell type. Because of their enormous potential as a tool for regenerative medicine, understanding molecular mechanisms that drive and maintain pluripotency identity is crucial not only to obtain somatic cell products but also to better know how pluripotency dysregulation can lead to diseases such as cancer. In this regard, NF-κB constitutes a key pathway which mediates immune response and inflammation, although its implication in pluripotency has not yet been elucidated. Specifically, the main inhibitor of NF-κB, IκBα, has been reported to have nuclear and alternative functions independent to NF-κB which are linked to developmental gene regulation in adult stem cells. In this doctoral thesis, I study the functional implication of nuclear IκBα in the context of pluripotency, and how it can regulate gene regulation upon differentiation of mouse embryonic stem cells. I demonstrated that IκBα is essential for pluripotency exit after mESCs differentiation in vitro and in vivo. Mechanistically, loss of IκBα in mESCs induces a global loss of DNA methylation which persists upon differentiation. Interestingly, identification of separation-of-function IκBα mutants has allowed to demonstrate for the first time that pluripotency blockade in IκBα-/- mESCs is.

Las células madre pluripotentes (por sus siglas en ingles PSCs) tienen la habilidad de mantenerse en cultivo de manera indiferenciada establemente y, activando diferentes programas de diferenciación, puedes originar casi todos los tipos de células diferenciadas. Debido al gran potencial que las PSCs tienen como herramienta en medicina regenerativa, entender los mecanismos moleculares que controlan la pluripotencia es crucial no sólo para obtener mejores productos celulares sino también para conocer mejor cómo la desregulación en la red de pluripotencia puede originar enfermedades como el cáncer. En este sentido, la vía de NF-κB es clave para mediar una respuesta inmune y regular la inflamación, aunque la implicación de esta vía en la pluripotencia no se conoce muy bien. Específicamente, el principal inhibidor de of NF-κB, IκBα, tiene una función nuclear y alternativa independiente a NF-κB que está ligada a regulación génica durante el desarrollo en células madre adultas. En esta tesis doctoral, estudio el papel funcional de este IκBα nuclear en el contexto de pluripotencia, y cómo IκBα puede regular genes durante la diferenciación de células madre embrionarias. Más en detalle, demuestro que IκBα es esencial para la salida de pluripotencia tras la diferenciación de PSCs de ratón in vivo e in vitro. A nivel mecanístico, la falta de IκBα en PSCs induce una perdida global de metilación en el DNA que persiste tras la diferenciación. Además, la identificación de mutantes de IκBα que pueden separar la función cromatínica de la función ligada a NF-κB ha permitido demostrar por primera vez que el bloqueo de pluripotencia en IκBα-/- PSCs es dependiente de la función de cromatina de IκBα, mientras que no depende de la vía de NF-κB.