MicroRNAs (miRNAs) are initially expressed as long transcripts that are processed in the nucleus to yield approximately 65-nucleotide (nt) RNA hairpin intermediates, termed pre-miRNAs, that are exported to the cytoplasm for additional processing to yield mature, approximately 22-nt miRNAs. Here, we demonstrate that human pre-miRNA nuclear export, and miRNA function, are dependent on Exportin-5. Exportin-5 can bind pre-miRNAs specifically in vitro, but only in the presence of the Ran-GTP cofactor. Short hairpin RNAs, artificial pre-miRNA analogs used to express small interfering RNAs, also depend on Exportin-5 for nuclear export. Together, these findings define an additional cellular cofactor required for miRNA biogenesis and function.

The stimulation of glucose uptake by insulin in muscle and adipose tissue requires translocation of the GLUT4 glucose transporter protein from intracellular storage sites to the cell surface1,2,3,4,5,6. Although the cellular dynamics of GLUT4 vesicle trafficking are well described, the signalling pathways that link the insulin receptor to GLUT4 translocation remain poorly understood. Activation of phosphatidylinositol-3-OH kinase (PI(3)K) is required for this trafficking event, but it is not sufficient to produce GLUT4 translocation7. We previously described a pathway involving the insulin-stimulated tyrosine phosphorylation of Cbl, which is recruited to the insulin receptor by the adapter protein CAP8,9. On phosphorylation, Cbl is translocated to lipid rafts. Blocking this step completely inhibits the stimulation of GLUT4 translocation by insulin10. Here we show that phosphorylated Cbl recruits the CrkII–C3G complex to lipid rafts, where C3G specifically activates the small GTP-binding protein TC10. This process is independent of PI(3)K, but requires the translocation of Cbl, Crk and C3G to the lipid raft. The activation of TC10 is essential for insulin-stimulated glucose uptake and GLUT4 translocation. The TC10 pathway functions in parallel with PI(3)K to stimulate fully GLUT4 translocation in response to insulin.

The C. elegans genes ced-2, ced-5, and ced-10, and their mammalian homologs crkII, dock180, and rac1, mediate cytoskeletal rearrangements during phagocytosis of apoptotic cells and cell motility. Here, we describe an additional member of this signaling pathway, ced-12, and its mammalian homologs, elmo1 and elmo2. In C. elegans, CED-12 is required for engulfment of dying cells and for cell migrations. In mammalian cells, ELMO1 functionally cooperates with CrkII and Dock180 to promote phagocytosis and cell shape changes. CED-12/ELMO-1 binds directly to CED-5/Dock180; this evolutionarily conserved complex stimulates a Rac-GEF, leading to Rac1 activation and cytoskeletal rearrangements. These studies identify CED-12/ELMO as an upstream regulator of Rac1 that affects engulfment and cell migration from C. elegans to mammals.

SUMMARY The organization and maintenance of complex tissues requires emergent properties driven by self-organizing and self-limiting cell-cell interactions. We examined these interactions in the murine mammary gland. Luminal and myoepithelial subpopulations of the postnatal mammary gland arise from unipotent progenitors, but the destiny of cap cells, which enclose terminal end buds (TEB) in pubertal mice, remains controversial. Using a transgenic strain (Tg11.5kb-GFP) that specifically marks cap cells, we found ~50% of these cells undergo divisions perpendicular to the TEB surface, suggesting they might contribute to the underlying luminal cell population. To address their stemness potential we developed a lineage tracing mouse driven from the s-SHIP (11.5 kb) promoter. Induction of tdTomato (tdTom) from this promoter in vivo demonstrated that all cap cell progeny are myoepithelial, with no conversion to luminal lineage. Organoid cultures also exhibited unipotency. However, isolated cap cells cultured as mammospheres generated mixed luminal/myoepithelial spheres. Moreover, ablation of luminal cells in vivo using diphtheria toxin triggered repopulation by progeny of tdTom+ cap cells. A signaling inhibitor screen identified the TGFβ pathway as a potential regulator of multipotency. TGFβR inhibitors or gene deletion blocked conversion to the luminal lineage, consistent with an autocrine loop in which cap cells secrete TGFβ to activate the receptor and promote luminal transdifferentiation. Ductal tree regeneration in vivo from isolated cap cells was much more efficient when they were pre-treated with inhibitor, consistent with more cells retaining cap cell potential prior to transplantation. Notably, in vitro transdifferentiation of cap cells was blocked by co-culture with luminal cells. Overall, these data reveal a self-limiting cell circuit through which mammary luminal cells suppress cap cell conversion to the luminal lineage.

Abstract Pluripotent stem cells can be driven by manipulation of Wnt signaling through a series of states similar to those that occur during early embryonic development, transitioning from an epithelial phenotype into the cardiogenic mesoderm lineage and ultimately into functional cardiomyocytes 1–4 . Strikingly, we observed that induced pluripotent stem cells (iPSCs) and embryonic stem cells (ESCs) undergo widespread apoptosis upon Wnt activation, followed by a synchronous epithelial-mesenchymal transition (EMT). The EMT requires induction of transcription factors SNAI1/SNAI2 downstream of MESP1 expression, and double knock-out of SNAI1/2 , or loss of MESP1 in iPSCs blocks EMT and prevents cardiac differentiation. Remarkably, blockade of early apoptosis chemically or by ablation of pro-apoptotic genes also completely prevents the EMT, suppressing even the earliest events in mesoderm conversion, including EOMES, TBX6 , and MESP1 induction. Conditioned medium from WNT-activated WT iPSCs overcomes the block to EMT by cells incapable of apoptosis (Apop-), suggesting the involvement of soluble factors from apoptotic cells in mesoderm conversion. Treatment with a purinergic P2Y receptor inhibitor or addition of apyrase demonstrated a requirement for nucleotide triphosphate signaling. ATP was sufficient to induce a partial EMT in Apop- cells treated with WNT activator. We conclude that nucleotides, in addition to acting as chemo-attractants for clearance of apoptotic cells can, unexpectedly, function as essential paracrine signals in mesoderm specification.