Genome-scale screens identify JNK–JUN signaling as a barrier for pluripotency exit and endoderm differentiation

生物 诱导多能干细胞 内胚层 同源盒蛋白纳米 增强子 胚胎干细胞 细胞生物学 细胞分化 干细胞 重编程 遗传学 细胞 转录因子 基因
作者
Qing V. Li,Gary Dixon,Nipun Verma,Bess P. Rosen,Miriam Gordillo,Renhe Luo,Chunlong Xu,Qiong Wang,Chew-Li Soh,Dapeng Yang,Miguel Crespo,Abhijit Shukla,Qing Xiang,Friederike Dündar,Paul Zumbo,Matthew D. Witkin,Richard P. Koche,Doron Betel,Shuibing Chen,Joan Massagué,Ralph Garippa,Todd Evans,M Beer,Danwei Huangfu
出处
期刊:Nature Genetics [Nature Portfolio]
卷期号:51 (6): 999-1010 被引量:108
标识
DOI:10.1038/s41588-019-0408-9
摘要

Human embryonic stem cells (ESCs) and human induced pluripotent stem cells hold great promise for cell-based therapies and drug discovery. However, homogeneous differentiation remains a major challenge, highlighting the need for understanding developmental mechanisms. We performed genome-scale CRISPR screens to uncover regulators of definitive endoderm (DE) differentiation, which unexpectedly uncovered five Jun N-terminal kinase (JNK)–JUN family genes as key barriers of DE differentiation. The JNK–JUN pathway does not act through directly inhibiting the DE enhancers. Instead, JUN co-occupies ESC enhancers with OCT4, NANOG, SMAD2 and SMAD3, and specifically inhibits the exit from the pluripotent state by impeding the decommissioning of ESC enhancers and inhibiting the reconfiguration of SMAD2 and SMAD3 chromatin binding from ESC to DE enhancers. Therefore, the JNK–JUN pathway safeguards pluripotency from precocious DE differentiation. Direct pharmacological inhibition of JNK significantly improves the efficiencies of generating DE and DE-derived pancreatic and lung progenitor cells, highlighting the potential of harnessing the knowledge from developmental studies for regenerative medicine. CRISPR screens identify JNK–JUN family genes as repressors of definitive endoderm differentiation in human pluripotent stem cells. JUN co-occupies stem cell enhancers with OCT4, NANOG, SMAD2 and SMAD3 and inhibits the exit from pluripotency.
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