SUMMARY Totipotent cells have the ability of generating embryonic and extra-embryonic tissues 1,2 . Interestingly, a rare population of cells with totipotent-like potential was identified within ESC cultures 3 . These cells, known as 2 cell (2C)-like cells, arise from ESC and display similar features to those found in the totipotent 2 cell embryo 2-4 . However, the molecular determinants of 2C-like conversion have not been completely elucidated. Here, we show that CTCF is a barrier for 2C-like reprogramming. Indeed, forced conversion to a 2C-like state by DUX expression was associated with DNA damage at a subset of CTCF binding sites. Endogenous or DUX-induced 2C-like ESC showed decreased CTCF enrichment at known binding sites, suggesting that acquisition of a totipotent-like state is associated with a highly dynamic chromatin architecture. Accordingly, depletion of CTCF in ESC efficiently promoted spontaneous and asynchronous conversion to a totipotent-like state. This phenotypic reprogramming was reversible upon restoration of CTCF levels. Furthermore, we showed that transcriptional activation of the ZSCAN4 cluster was necessary for successful 2C-like reprogramming. In summary, we revealed the intimate relation between CTCF and totipotent-like reprogramming.

The naïve epiblast undergoes a transition to a pluripotent primed state during embryo implantation. Despite the relevance of the FGF pathway during this period, little is known about the downstream effectors regulating this signaling. Here, we examined the molecular mechanisms coordinating the naïve to primed transition by using inducible ESC to genetically eliminate all RAS proteins. We show that differentiated RAS KO ESC remain trapped in an intermediate state of pluripotency with naïve-associated features. Elimination of the transcription factor ERF overcomes the developmental blockage of RAS-deficient cells by naïve enhancer decommissioning. Mechanistically, ERF regulates NANOG expression and ensures naïve pluripotency by strengthening naïve transcription factor binding at ESC enhancers. Moreover, ERF negatively regulates the expression of the de novo methyltransferase DNMT3B, which participates in the extinction of the naïve transcriptional program. Collectively, we demonstrated an essential role for ERF controlling the exit from naïve pluripotency during the progression to primed pluripotency. Teaser ERF is the MAPK-dependent switch controlling the transition between naïve and primed pluripotency during embryonic development.

Abstract Small-cell lung cancer (SCLC) is the most fatal form of lung cancer. Intra-tumoral heterogeneity, marked by neuroendocrine (NE) and non-neuroendocrine (non-NE) cell states, defines SCLC, but the drivers of SCLC plasticity are poorly understood. To map the landscape of SCLC tumor microenvironment (TME), we applied spatially resolved transcriptomics and quantitative mass spectrometry-based proteomics to metastatic SCLC tumors obtained via rapid autopsy. The phenotype and overall composition of non-malignant cells in the tumor microenvironment (TME) exhibits substantial variability, closely mirroring the tumor phenotype, suggesting TME-driven reprogramming of NE cell states. We identify cancer-associated fibroblasts (CAF) as a crucial element of SCLC TME heterogeneity, contributing to immune exclusion, and predicting an exceptionally poor prognosis. Together, our work provides the first comprehensive map of SCLC tumor and TME ecosystems, emphasizing their pivotal role in SCLCs adaptable nature, opening possibilities for re-programming the intercellular communications that shape SCLC tumor states. Abstract Figure

ABSTRACT Promoter-proximal pausing regulates expression of many eukaryotic genes and serves as checkpoints for assembly of elongation/splicing machinery. Little is known how broadly the pausing is employed in transcriptional regulation in bacteria. We applied NET-seq combined with RNase I footprinting for genome-wide analysis of σ 70 -dependent transcription pauses in Escherichia coli . Many E. coli genes appear to contain clusters of strong backtracked pauses at 10-20-bp distance from the transcription start site caused by retention of σ 70 subunit in RNA polymerase. The pauses in 10-15-bp register of the promoter are dictated by binding of σ 70 to canonical −10 element, 6-7 nt spacer and “YR +1 Y” motif centered at transcription start site all characteristic for strong E. coli promoters. The promoters for the pauses in 16-20-bp register contain an additional −10-like sequence positioned on the same face of the DNA duplex as the original −10 element suggesting that σ 70 hopping was responsible for these pauses. Our in vitro analysis reveals that RNA polymerase backtracking and DNA scrunching are involved in these pauses that are relieved by Gre transcript cleavage factors. The genes coding for transcription factors are enriched in these pauses suggesting that σ 70 and Gre proteins regulate transcription in response to changing environmental cues.