Onset of cell differentiation and first lineage decisions in the mouse embryo through the notch pathway

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Bioquímica. Fecha de lectura: 25-01-2019Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 25-07-2020A central question in developmental biology is how a single cell, the zygote, divides and differentiates to generate all the specialised cells that will build a whole organism. The zygote has totipotent capacity, which means that it is able to give rise to any necessary cell type (embryonic or extraembryonic) to form an adult individual. This capacity is gradually reduced during embryonic development, as cells make fate decisions that increase their specialisation at the expense of restricting their developmental potential. The first lineage choice of the mammalian embryo occurs before its implantation in the maternal uterus (so-called preimplantation development) at the blastocyst stage, and leads to the appearance of the first morphologically distinct cell populations: the trophectoderm and the inner cell mass. The trophectoderm is characteristic of mammals and will give rise to extraembryonic tissues such as the placenta, while the inner cell mass will form the embryo proper. Cdx2 is the key gene required for the specification of the trophectoderm and is regulated by the cooperation of two signalling pathways: Hippo and Notch. The Hippo pathway functions as a readout of intracellular polarity cues starting at the morula stage, but little is known about the role of Notch in preimplantation before the blastocyst stage. By using genetic and pharmacological tools in vivo, together with image analysis of single embryos, we have found an early requirement for Notch, which is active from the 4-cell stage, and precedes that of Hippo in the regulation of Cdx2. Moreover, transcriptomic analysis identified novel Notch targets at these stages including early naïve pluripotency markers or transcriptional repressors such as Tle4. Our results unveil a role for Notch in driving the transition towards a more committed state during the gradual loss of potency that takes place in the early mouse embryo prior to the first lineage decisions.Una pregunta central en el campo de la biología del desarrollo es cómo una única célula, el zigoto, se divide y se diferencia para generar todas las células especializadas que forman un organismo. El zigoto tiene una capacidad totipotente, es decir, es capaz de dar lugar a cualquier tipo celular (embrionario o extraembrionario) necesario para la formación de un individuo adulto. Esta capacidad se reduce gradualmente durante el desarrollo embrionario dado que las células toman decisiones de linaje que suponen un aumento de su especialización a expensas de un potencial más restringido. La primera decisión de linaje del embrión de mamíferos ocurre antes de su implantación en el útero materno (a lo que se llama desarrollo preimplantacional) en el estadio de blastocisto, y supone la aparición de las primeras poblaciones celulares morfológicamente distintas: el trofoectodermo y la masa celular interna. El trofoectodermo es característico de los mamíferos y dará lugar a estructuras extraembrionarias como la placenta, mientras que la masa celular interna formará el embrión. Cdx2 es un gen clave necesario para la especificación del trofoectodermo, y se regula gracias a la cooperación de dos vías de señalización: Hippo y Notch. La vía de Hippo traduce las señales que recibe de polaridad intracelular desde el estadio de mórula, pero el papel de la vía de Notch en estadios preimplantacionales es poco conocido. Mediante el empleo de herramientas genéticas y farmacológicas in vivo, junto con análisis de imagen de embriones individuales, hemos descubierto un requerimiento temprano de la vía de Notch, que está activa desde el estadio de 4 células, precediendo así al de la vía de Hippo en la regulación de Cdx2. Además, análisis transcriptómicos nos han llevado a identificar nuevas dianas de Notch en estos estadios, entre los que se incluyen marcadores de pluripotencia naíf o represores transcripcionales como Tle4. Nuestros resultados revelan, por tanto, que Notch tiene un papel dirigiendo la transición hacia estados más comprometidos celularmente durante la pérdida gradual de potencial que tiene lugar en el embrión temprano de ratón, antes de la primera decisión de linaje