The ectopic expression of the transcription factors OCT4, SOX2, KLF4 and MYC (OSKM) enables reprogramming of differentiated cells into pluripotent embryonic stem cells. Methods based on partial and reversible in vivo reprogramming are a promising strategy for tissue regeneration and rejuvenation. However, little is known about the barriers that impair reprogramming in an in vivo context. We report that natural killer (NK) cells significantly limit reprogramming, both in vitro and in vivo. Cells and tissues in the intermediate states of reprogramming upregulate the expression of NK-activating ligands, such as MULT1 and ICAM1. NK cells recognize and kill partially reprogrammed cells in a degranulation-dependent manner. Importantly, in vivo partial reprogramming is strongly reduced by adoptive transfer of NK cells, whereas it is significantly increased by their depletion. Notably, in the absence of NK cells, the pancreatic organoids derived from OSKM-expressing mice are remarkably large, suggesting that ablating NK surveillance favours the acquisition of progenitor-like properties. We conclude that NK cells pose an important barrier for in vivo reprogramming, and speculate that this concept may apply to other contexts of transient cellular plasticity.

The inclusion of microexons by alternative splicing is frequent in neuronal proteins. The roles of these sequences are in most cases unknown, but changes in their degree of inclusion are associated with neurodevelopmental diseases. We recently found that the decreased inclusion of a 24-nucleotide neuron-specific microexon in CPEB4, an RNA-binding protein that regulates translation through cytoplasmic changes in poly(A) tail length, is linked to idiopathic autism spectrum disorder (ASD). Why this microexon is required and how small changes in its degree of inclusion generate a dominant-negative effect on the expression of ASD-linked genes is not clear. Here we show that neuronal CPEB4 forms condensates that dissolve upon depolarization, a phase transition associated with a switch from translational repression to activation. Heterotypic intermolecular interactions between the microexon and a cluster of histidine residues kinetically stabilize the condensates by competing with homotypic interactions between clusters, that otherwise lead to the irreversible aggregation of CPEB4. We conclude that microexon 4 in neuronal CPEB4 is required to preserve the reversible regulation of CPEB4-mediated gene expression in response to neuronal stimulation.

The inclusion of microexons by alternative splicing occurs frequently in neuronal proteins. The roles of these sequences are largely unknown, and changes in their degree of inclusion are associated with neurodevelopmental disorders1. We have previously shown that decreased inclusion of a 24-nucleotide neuron-specific microexon in CPEB4, a RNA-binding protein that regulates translation through cytoplasmic changes in poly(A) tail length, is linked to idiopathic autism spectrum disorder (ASD)2. Why this microexon is required and how small changes in its degree of inclusion have a dominant-negative effect on the expression of ASD-linked genes is unclear. Here we show that neuronal CPEB4 forms condensates that dissolve after depolarization, a transition associated with a switch from translational repression to activation. Heterotypic interactions between the microexon and a cluster of histidine residues prevent the irreversible aggregation of CPEB4 by competing with homotypic interactions between histidine clusters. We conclude that the microexon is required in neuronal CPEB4 to preserve the reversible regulation of CPEB4-mediated gene expression in response to neuronal stimulation. The molecular mechanisms of how small changes in the degree of inclusion of a neuron-specific microexon in CPEB4 lead to dominant-negative effects in the expression of genes associated with autism spectrum disorder are identified.