Laminin switches terminal differentiation fate of human trophoblast stem cells under chemically defined culture conditions.
Laminin switches terminal differentiation fate of human trophoblast stem cells under chemically defined culture conditions.
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DOI：
10.1016/j.jbc.2023.104650
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发表时间：
2023-05
影响因子：
4.8
通讯作者：
Rao, Balaji M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Karakis, Victoria;Jabeen, Mahe;Britt, John W.;Cordiner, Abigail;Mischler, Adam;Li, Feng;Miguel, Adriana San;Rao, Balaji M.
人类滋养层干细胞 (hTSC) 已成为体外模拟早期胎盘发育的强大工具。与胎盘中的上皮细胞滋养层类似，hTSC 可以分化为绒毛外滋养层 (EVT) 谱系或多核合体滋养层 (STB) 细胞。在这里，我们提出了一种化学定义的培养系统，用于 hTSC 的 STB 和 EVT 分化。值得注意的是，与目前的方法相比，我们既不利用毛喉素来形成 STB，也不利用转化生长因子-β (TGFβ) 抑制剂或 EVT 分化的传代步骤。引人注目的是，在这些条件下，一个额外的细胞外线索——层粘连蛋白-111——的存在将 hTSC 的终末分化从 STB 谱系转变为 EVT 谱系。在缺乏层粘连蛋白-111的情况下，发生STB形成，细胞融合与毛喉素介导的分化获得的细胞融合相当；然而，在层粘连蛋白 111 存在的情况下，hTSC 分化为 EVT 谱系。在层粘连蛋白 111 暴露介导的 EVT 分化过程中，核缺氧诱导因子（HIF1α 和 HIF2α）的蛋白表达上调。无需传代步骤即可获得集落中 Notch1+ EVT 和 HLA-G+ 单细胞 EVT 的异质混合物，这让人想起体内的异质性。进一步分析表明，抑制 TGFβ 信号传导会影响层粘连蛋白 111 暴露介导的 STB 和 EVT 分化。 EVT 分化过程中抑制 TGFβ 导致 HLA-G 表达减少和 Notch1 表达增加。另一方面，抑制 TGFβ 可以阻止 STB 的形成。本文建立的用于 hTSC 分化的化学成分确定的培养系统有利于对 hTSC 分化过程中出现的异质性进行定量分析，并将能够进行体外机制研究。
Human trophoblast stem cells (hTSCs) have emerged as a powerful tool to model early placental development in vitro. Analogous to the epithelial cytotrophoblast in the placenta, hTSCs can differentiate into cells of the extravillous trophoblast (EVT) lineage or the multinucleate syncytiotrophoblast (STB). Here we present a chemically defined culture system for STB and EVT differentiation of hTSCs. Notably, in contrast to current approaches, we neither utilize forskolin for STB formation nor transforming growth factor-beta (TGFβ) inhibitors or a passage step for EVT differentiation. Strikingly, the presence of a single additional extracellular cue–laminin-111–switched the terminal differentiation of hTSCs from STB to the EVT lineage under these conditions. In the absence of laminin-111, STB formation occurred, with cell fusion comparable to that obtained with differentiation mediated by forskolin; however, in the presence of laminin-111, hTSCs differentiated to the EVT lineage. Protein expression of nuclear hypoxia-inducible factors (HIF1α and HIF2α) was upregulated during EVT differentiation mediated by laminin-111 exposure. A heterogeneous mixture of Notch1+ EVTs in colonies and HLA-G+ single-cell EVTs were obtained without a passage step, reminiscent of heterogeneity in vivo. Further analysis showed that inhibition of TGFβ signaling affected both STB and EVT differentiation mediated by laminin-111 exposure. TGFβ inhibition during EVT differentiation resulted in decreased HLA-G expression and increased Notch1 expression. On the other hand, TGFβ inhibition prevented STB formation. The chemically defined culture system for hTSC differentiation established herein facilitates quantitative analysis of heterogeneity that arises during hTSC differentiation and will enable mechanistic studies in vitro.
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