Bulk cell density and Wnt/TGFbeta signalling regulate mesendodermal patterning of human pluripotent stem cells.
Bulk cell density and Wnt/TGFbeta signalling regulate mesendodermal patterning of human pluripotent stem cells.
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散装细胞密度和Wnt/TGFBETA信号传导调节人多能干细胞的肠模构。
DOI：
10.1038/ncomms13602
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发表时间：
2016-12-09
影响因子：
16.6
通讯作者：
Zweigerdt, Robert
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kempf, Henning;Olmer, Ruth;Haase, Alexandra;Franke, Annika;Bolesani, Emiliano;Schwanke, Kristin;Robles-Diaz, Diana;Coffee, Michelle;Goehring, Gudrun;Draeger, Gerald;Poetz, Oliver;Joos, Thomas;Martinez-Hackert, Erik;Haverich, Axel;Buettner, Falk F. R.;Martin, Ulrich;Zweigerdt, Robert
人类多能干细胞 (hPSC) 的体外分化概括了人类胚胎发生的早期阶段，但人们对其基本过程知之甚少，也对其控制知之甚少。在这里，我们表明，调节体积细胞密度（BCD：每个培养体积的细胞数）可以确定性地改变原条（PS）样启动的前后模式。 BCD 与化学 WNT 通路激活剂 CHIR99021 结合产生独特的旁分泌微环境，在分化的前 24 小时内分别将 hPSC 编码为定形内胚层、心前质或体前中胚层。整体基因表达和分泌组分析表明，TGFβ 超家族成员（Nodal 信号传导 LEFTY1 和 CER1 的拮抗剂）是限制 PS 进展的旁分泌决定因素。这些数据产生了一个有形的模型，揭示了 hPSC 释放的因子如何随着时间的推移改变 CHIR99021 诱导的谱系承诺。通过证明 BCD 的决定性功能作用，我们展示了其作为控制谱系特异性分化的方法的实用性。此外，这些发现对于实验间的可比性、再现性、生物过程优化和规模化具有深远的影响。 人类多能干细胞 (hPSC) 的分化模拟了体外胚胎发育的各个方面，但人们对其知之甚少。在这里，作者将体积细胞密度确定为通过分泌的 LEFTY/CERBERUS 指导 hPSC 从多能性向原始条纹样引发转变的关键参数。
In vitro differentiation of human pluripotent stem cells (hPSCs) recapitulates early aspects of human embryogenesis, but the underlying processes are poorly understood and controlled. Here we show that modulating the bulk cell density (BCD: cell number per culture volume) deterministically alters anteroposterior patterning of primitive streak (PS)-like priming. The BCD in conjunction with the chemical WNT pathway activator CHIR99021 results in distinct paracrine microenvironments codifying hPSCs towards definitive endoderm, precardiac or presomitic mesoderm within the first 24 h of differentiation, respectively. Global gene expression and secretome analysis reveals that TGFß superfamily members, antagonist of Nodal signalling LEFTY1 and CER1, are paracrine determinants restricting PS progression. These data result in a tangible model disclosing how hPSC-released factors deflect CHIR99021-induced lineage commitment over time. By demonstrating a decisive, functional role of the BCD, we show its utility as a method to control lineage-specific differentiation. Furthermore, these findings have profound consequences for inter-experimental comparability, reproducibility, bioprocess optimization and scale-up. Differentiation of human pluripotent stem cells (hPSC) mimics aspects of embryonic development in vitro but is poorly understood. Here, the authors identify bulk cell density as a key parameter directing transition from pluripotency to primitive streak-like priming in hPSCs via secreted LEFTY/CERBERUS.
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通讯作者：
Zweigerdt R