Tesis doctoral de Beatriz Fernandez-tresguerres Torrecillas
Pluripotency in the early mouse is established and maintained by a gene regulatory network under the control of a core set of transcription factors that includes oct4, sox2 and nanog. This network is shared by the embryonic stem cells which can give rise to any adult cell type thanks in part to this network, which shuts down the cells¿ differentiation programs and keeps them in an undifferentiated state. While the network is largely conserved in eutherian mammals, very little information is available regarding its evolutionary conservation in other vertebrates. We have compared the embryonic pluripotency networks in mouse and chick by means of expression analysis in the pre-gastrulation chick embryo, genomic comparisons, functional assays of pluripotency-related regulatory elements in es cells and blastocysts, and in vivo overexpression assays. We find that multiple components of the network are either novel to mammals or have acquired novel expression domains in early developmental stages of the mouse. We also find that the downstream action of the mouse core pluripotency factors is largely mediated by genomic sequence elements that are not conserved with chick. In the case of sox2 and fgf4, we find that elements driving expression in embryonic pluripotent cells have evolved through a small number of nucleotide changes that created novel binding sites for core factors. these findings suggest that the ep-grn arose not only through the appearance of novel pluripotency genes but also by co-opting and duplicating existing genes and establishing new regulatory interactions between them. The de novo appearance of some of these interactions in mammals was confirmed by overexpressing nanog in chick and mouse embryos. Furthermore, expression analysis of these embryos suggests additional conserved roles for nanog as a repressor of neural and haematopoietic differentiation at gastrulation stages. our results show that the network in charge of embryonic pluripotency is an evolutionary novelty of mammals that may have evolved owing to the comparatively extended period during which mammalian embryonic cells need to be maintained in an undetermined state prior to differentiation. Further knowledge of how this embryonic pluripotency changed during evolution will provide a deeper understanding of its control and it will extend our ability to exploit the potential of stem cells. la pluripotencia en el embrión temprano de ratón la establece y mantiene una red génica regulatoria bajo el control de un grupo central de factores de transcripción que incluye oct4, sox2 y nanog. Esta red la comparten las células madre embrionarias que pueden dar lugar a cualquier tipo de célula adulta gracias en parte a que esta red actúa bloqueando los programas celulares de diferenciación mientras mantiene a las células en un estado indiferenciado. Esta red está ampliamente conservada en mamíferos euterios pero poco se sabe de su conservación evolutiva en otros vertebrados. Hemos comparado las redes de pluripotencia embrionaria de ratón y pollo por medio de análisis de expresión del embrión de pollo pre-gastrulatorio, comparaciones genómicas, ensayos funcionales con los elementos reguladores relacionados con la pluripotencia en células madre y blastocistos, así como por ensayos de sobreexpresión in vivo. Hemos encontrado que múltiples componentes de la red son nuevos en mamíferos o han adquirido nuevos dominios de expresión en los estadios tempranos del desarrollo del ratón. También que la acción downstream de los factores centrales de pluripotencia en ratón, esta mediada por elementos de secuencia genómica que no están conservados en pollo. En el caso de sox2 y fgf4 encontramos que elementos que dirigen la expresión en las células embrionarias pluripotentes evolucionaron por un pequeño número de cambios en los nucleótidos que crearon nuevos sitios de unión para los factores centrales. Estos resultados sugieren que la red regulatoria génica de la pluripotencia embrionaria surgió no solo por la aparición de nuevos genes sino también por cooptación y duplicación de genes ya existentes y por la aparición de nuevas interacciones entre ellos. De hecho sobreexpresando nanog en embriones de pollo y ratón confirmamos que algunas interacciones son nuevas en este último. Por otra parte, el análisis de expresión de estos embriones sugiere que nanog tiene un papel adicional y conservado como represor de diferenciación neural y hematopoyética en estadíos gastrulatorios. Los resultados muestran que la red encargada de la pluripotencia embrionaria es una novedad evolutiva de mamíferos que surgió quizá porque éstos necesitaban de un mantenimiento del estado indeterminado de las células embrionarias mucho más prolongado que otros vertebrados. Un mayor conocimiento de cómo la pluripotencia embrionaria ha evolucionado nos ayudará a comprender en profundidad su control y a entender y usar todo el potencial de las células madre.
Datos académicos de la tesis doctoral ««evolution of embryonic pluripotency»«
- Título de la tesis: «evolution of embryonic pluripotency»
- Autor: Beatriz Fernandez-tresguerres Torrecillas
- Universidad: Autónoma de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 11/02/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Miguel Manzanares Fourcade
- Tribunal
- Presidente del tribunal: fernando Giráldez orgaz
- Manuel Serrano marugán (vocal)
- tristán Rodriguéz farningham (vocal)
- angel Raya chamorro (vocal)