Nuclear transfer (NT) remains the most effective method to reprogram somatic cells to totipotency. Somatic cell nuclear transfer (SCNT) efficiency however remains low, but recurrent problems occurring in partially reprogrammed cloned embryos have recently been identified and some remedied. In particular, the trophectoderm has been identified as a lineage whose reprogramming success has a large influence on SCNT embryo development. Several interspecific hybrid and cybrid reprogramming systems have been developed as they offer various technical advantages and potential applications, and together with SCNT, they have led to the identification of a series of reprogramming events and responsible reprogramming factors. Interspecific incompatibilities hinder full exploitation of cross-species reprogramming systems, yet recent findings suggest that these may not constitute insurmountable obstacles.

Abstract Noncoding RNAs (ncRNAs) are increasingly recognized as bioactive. Here we report the development of TY1, a synthetic ncRNA bioinspired by a naturally-occurring human small Y RNA with immunomodulatory properties. TY1 upregulates TREX1, an exonuclease that rapidly degrades cytosolic DNA. In preclinical models of myocardial infarction (MI) induced by ischemia/reperfusion, TY1 reduced scar size. The cardioprotective effect of TY1 was abrogated by prior depletion of macrophages and mimicked by adoptive transfer of macrophages exposed either to TY1 or TREX1. Inhibition of TREX1 in macrophages blocked TY1 cardioprotection. Consistent with a central role for TREX1, TY1 attenuated DNA damage in the post-MI heart. This novel mechanism—pharmacologic upregulation of TREX1 in macrophages—establishes TY1 as the prototype for a new class of ncRNA drugs with disease-modifying bioactivity. One Sentence Summary Upregulation of three prime exonuclease, TREX1, in macrophages enhances tissue repair post myocardial infarction.

SUMMARY Differentiated cell nuclei can be reprogrammed after nuclear transfer (NT) to oocytes and the produced NT embryos can give rise to cloned animals. However, development of NT embryos is often hampered by recurrent reprogramming failures, including the incomplete activation of developmental genes, yet specific genes responsible for the arrest of NT embryos are not well understood. Here, we searched for developmentally important genes among the reprogramming-resistant H3K9me3-repressed genes, and identified Alyref and Gabpb1 by siRNA screening. Gene knockout of Alyref and Gabpb1 by the CRISPR/Cas9 system resulted in early developmental arrest in mice. Single embryo RNA-seq revealed that Alyref is needed for the formation of inner cell mass. The supplement of Alyref and Gabpb1 by mRNA injection supported efficient preimplantation development of cloned embryos. Thus, our study shows that the H3K9me3-repressed genes contain developmentally required genes and the incomplete activation of such genes results in preimplantation arrest of cloned embryos.

Abstract Upon fertilization, germ cells are reprogrammed to acquire the ability to develop into an entire organism. Whereas extensive studies have focused on epigenetic reprogramming of chromatin states during development, changes of the nucleus that surrounds chromatin are ill-defined. Here, we show that nuclei become structurally and mechanically vulnerable at the 2-cell stage during mouse embryonic development. The 2-cell stage nuclei are extraordinarily plastic and deformable in contrast to those of 1-cell and 4-cell stages. The mechanically vulnerable nuclear state is attained by autophagy-mediated loss of lamin B1 from the nuclear membrane. This developmentally programmed lamin B1 dynamics is required for chromatin organization and major zygotic genome activation. We thus demonstrate that structural reprogramming of nuclei is a major determinant of embryonic gene expression and acquisition of totipotency.