Combinatorial BMP4 and activin direct the choice between alternate routes to endoderm in a stem cell model of human gastrulation

中胚层 原肠化 内胚层 生物 细胞命运测定 细胞生物学 节点信号 胚胎干细胞 胚芽层 命运图 干细胞 祖细胞 胚胎 遗传学 转录因子 胚胎发生 基因 诱导多能干细胞
作者
Oliver C K Inge,Elias Copin,Jake Cornwall-Scoones,Borzo Gharibi,Irene Rodríguez‐Hernández,Pablo Soro-Barrio,Molly Strom,Probir Chakravarty,James Briscoe,Silvia Santos
出处
期刊:Developmental Cell [Elsevier BV]
标识
DOI:10.1016/j.devcel.2025.08.009
摘要

Lineage specification requires accurate interpretation of multiple signaling cues. However, how combinatorial signaling histories influence fate outcomes remains unclear. We combined single-cell transcriptomics, live-cell imaging, and mathematical modeling to explore how activin and bone morphogenetic protein 4 (BMP4) guide fate specification during human gastrulation. We see that these signals interact both synergistically and antagonistically to drive fate decisions. We find that definitive endoderm arises from lineage convergence: a direct route from pluripotency and an indirect route via a mesoderm progenitor state. Cells pass through temporal windows of signaling competency, and the relative concentration of activin and BMP4 dictates the trajectory choice. The efficiency between routes is underpinned by a dual role of BMP4 in inducing mesoderm genes while promoting pluripotency exit. This work underscores that the combination of signals a cell is exposed to not only directs its final fate but also the developmental route taken, suggesting lineage convergence enhances robustness in fate specification.
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