β-catenin fluctuates in mouse ESCs and is essential for Nanog-mediated reprogramming of somatic cells to pluripotency

Abstract

Mouse embryonic stem (ES) cells derived from the inner cell mass of the blastocyst can be maintained in culture, under pluripotent conditions, using Serum+LIF medium. However, it has been published that the minimal combination of two compounds (GSK3 and MEK inhibitors) can sustain mouse ES cell self- renewal in absence of serum inhibiting ERK and Wnt/ β-catenin singaling pathways. Previous work of our laboratory has reported that periodic activation of the Wnt/β-catenin signalling pathway enhances reprogramming of somatic cells. Here we have demonstrated a dynamical interplay between β-catenin and Nanog in regulating both pluripotency and reprogramming. Specifically, fluctuations of Nanog affect β-catenin dynamics in serum+LIF, whereas, activation of the Wnt pathway, using Wnt3a or GSK3 inhibitors, causes β-catenin oscillations independent from Nanog. Moreover we have also proved that Nanog-mediate reprogramming depends on the indirect activation of the Wnt/β-catenin pathway. With our work we proposed a novel interaction between two parallel signalling pathways and provided a comprehensive mathematical model describing Nanog and β-catenin dynamics in mouse ES cells.

Las células madre embrionarias de ratón (ES) derivadas de la masa celular interna del blastocisto, se pueden mantener en estado de pluripotencia, utilizando condiciones de cultivo que contiene Suero + factor LIF. Sin embargo, se ha publicado que la combinación mínima de dos compuestos (inhibidores de GSK3 y MEK) pueden sostener la autorrenovación de las ES en ausencia de un suero represor de las vías de señalización ERK y Wnt/β-catenina. Anteriores trabajos de nuestro laboratorio han demostrado que la activación periódica de la vía de señalización Wnt/β-catenina mejora la reprogramación de células somáticas. Aquí hemos demostrado que hay una interacción dinámica entre la β-catenina y Nanog en la regulación tanto de la pluripotencia como la reprogramación. Concretamente, las fluctuaciones de Nanog afectan a la dinámica de β-catenina en el medio con Suero + LIF, mientras que, la activación de la vía de señalización utilizando Wnt3a o inhibidores de GSK3, provoca oscilaciones de β-catenina independientes de Nanog. Por otra parte, también hemos demostrado que la reprogramación mediada por Nanog es dependiente de la activación indirecta de la vía señalización de Wnt/β-catenina. Nuestro trabajo ha propuesto una nueva interacción entre dos vías de señalización paralelas, además ha proporcionado un modelo matemático amplio que describe la dinámica de Nanog y de β-catenina en células ES de ratón.