Abstract Cell competition is emerging as a quality control mechanism that eliminates unfit cells in a wide range of settings from development to the adult. However, the nature of the cells normally eliminated by cell competition and what triggers their elimination remains poorly understood. In mouse, prior to gastrulation 35% of epiblast cells are eliminated. Here we have performed single cell transcriptional profiling of these cells and find that they show the hallmarks of cell competition and have mitochondrial defects. We demonstrate that mitochondrial defects are common to a range of different loser cell types and that manipulating mitochondrial function is sufficient to trigger competition. Importantly, we show that in the embryo cell competition eliminates cells with mitochondrial DNA mutations and that even non-pathological changes in mitochondrial DNA sequence can induce cell competition. Our results therefore suggest that cell competition is a purifying selection that optimises mitochondrial performance prior to gastrulation.

ABSTRACT During development, the rate of tissue growth is determined by the relative balance of cell division and cell death. Cell competition is a fitness quality control mechanism that contributes to this balance by eliminating viable cells that are less-fit than their neighbours. What mutations confer cells with a competitive advantage or the dynamics of the interactions between winner and loser cells are not well understood. Here, we show that embryonic cells lacking the tumour suppressor p53 are super-competitors that eliminate their wild-type neighbours through the direct induction of apoptosis. This elimination is context dependant, as does not occur when cells are pluripotent and is triggered by the onset of differentiation. Furthermore, by combining mathematical modelling and cell-based assays we show that the elimination of wild-type cells is not through a competition for space or nutrients, but instead is mediated by short range interactions that are dependent on the local cell neighbourhood. This highlights the importance of the local cell neighbourhood and the competitive interactions within this neighbourhood for the regulation of proliferation during early embryonic development.