SUMMARY Cellular identity during development is under the control of transcription factors that form gene regulatory networks. However, the transcription factors and gene regulatory networks underlying cellular identity in the human adult pancreas remain largely unexplored. Here, we integrate multiple single-cell RNA-sequencing datasets of the human adult pancreas, totaling 7393 cells, and comprehensively reconstruct gene regulatory networks. We show that a network of 142 transcription factors forms distinct regulatory modules that characterize pancreatic cell types. We present evidence that our approach identifies regulators of cell identity in the human adult pancreas. We predict that HEYL, BHLHE41 and JUND are active in acinar, beta and alpha cells, respectively, and show that these proteins are present in the human adult pancreas as well as in human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived islet cells. Using single-cell transcriptomics, we found that JUND represses beta cell genes in hiPSC-alpha cells. Both BHLHE41 and JUND depletion seemed to increase the number of sc-enterochromaffin cells in hiPSC-derived islets. The comprehensive gene regulatory network atlas can be explored interactively online. We anticipate our analysis to be the starting point for a more sophisticated dissection of how transcription factors regulate cell identity in the human adult pancreas. Furthermore, given that transcription factors are major regulators of embryo development and are often perturbed in diseases, a comprehensive understanding of how transcription factors work will be relevant in development and disease. HIGHLIGHTS Reconstruction of gene regulatory networks for human adult pancreatic cell types An interactive resource to explore and visualize gene expression and regulatory states Prediction of putative transcription factors that drive pancreatic cell identity BHLHE41 depletion in primary islets induces apoptosis

Abstract Early during preimplantation development and in heterogeneous mouse embryonic stem cells (mESC) culture, pluripotent cells are specified towards either the primed epiblast or the primitive endoderm (PE) lineage. Canonical Wnt signaling is crucial for safeguarding naive pluripotency and embryo implantation, yet the role and relevance of canonical Wnt inhibition during early mammalian development remains unknown. Here, we demonstrate that transcriptional repression exerted by Wnt/TCF7L1 promotes PE differentiation of mESCs and in preimplantation inner cell mass. Time-series RNA sequencing and promoter occupancy data reveal that TCF7L1 binds and represses genes encoding essential naive pluripotency factors and indispensable regulators of the formative pluripotency program, including Otx2 and Lef1 . Consequently, TCF7L1 promotes pluripotency exit and suppresses epiblast lineage formation, thereby driving cells into PE specification. Conversely, deletion of Tcf7l1 abrogates PE differentiation without restraining epiblast priming. Taken together, our study underscores the importance of transcriptional Wnt inhibition in regulating lineage segregation in ESCs and preimplantation embryo development as well as identifies TCF7L1 as key regulator of this process.

Abstract Defective fibroblast migration causes delayed wound healing (WH) and chronic skin lesions. Autologous micrograft (AMG) therapies have recently emerged as a new effective treatment able to improve wound healing capacity. However, the molecular mechanisms connecting their beneficial outcomes with the wound healing process are still unrevealed. Here, we show that AMG modulates primary fibroblast migration and accelerates skin re-epithelialization without affecting cell proliferation. We demonstrate that AMG is enriched in a pool of WH-associated growth factors that may provide the initiation signal for a faster endogenous wound healing response. This, in turn leads to increased cell migration rate by elevating activity of extracellular signal-regulated kinase (ERK) pathway and subsequent activation of matrix metalloproteinase expression and their extracellular enzymatic activity. Moreover, AMG-treated wounds showed increased granulation tissue formation and organized collagen content. Overall, we shed light on AMG molecular mechanism supporting its potential to trigger a highly improved wound healing process.

Background: Induction and reversal of chromatin silencing is critical for successful development, tissue homeostasis and the derivation of induced pluripotent stem cells (iPSCs). X-chromosome inactivation (XCI) and reactivation (XCR) in female cells represent chromosome-wide transitions between active and inactive chromatin states. While XCI has long been studied and provided important insights into gene regulation, the dynamics and mechanisms underlying the reversal of stable chromatin silencing of X-linked genes are much less understood. Here, we use allele-specific transcriptomic approaches to study XCR during mouse iPSC reprogramming in order to elucidate the timing and mechanisms of chromosome-wide reversal of gene silencing. Results: We show that XCR is hierarchical, with subsets of genes reactivating early, late and very late. Early genes are activated before the onset of late pluripotency genes activation and the complete silencing of the long non-coding RNA (lncRNA) Xist. These genes are located genomically closer to genes that escape XCI, unlike those reactivating late. Interestingly, early genes also show increased pluripotency transcription factor (TF) binding. We also reveal that histone deacetylases (HDACs) restrict XCR in reprogramming intermediates and that the severe hypoacetylation state of the Xi persists until late reprogramming stages. Conclusions: Altogether, these results reveal the timing of transcriptional activation of mono-allelically repressed genes during iPSC reprogramming, and suggest that allelic activation involves the combined action of chromatin topology, pluripotency transcription factors and chromatin regulators. These findings are important for our understanding of gene silencing, maintenance of cell identity, reprogramming and disease.

The generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) involves activation of the endogenous pluripotency circuitry and global DNA demethylation late in reprogramming, but temporal resolution of these events using existing markers is insufficient. Here, we generated murine transgenic lines harboring dual fluorescent reporters reflecting cell-state specific expression of the master pluripotency factor Oct4 and the 5-methylcytosine dioxygenase Tet1. By assessing reprogramming intermediates based on dual reporter patterns, we identified a sequential order of Tet1 and Oct4 gene activation at proximal and distal regulatory elements following pluripotency entry. Full induction of Tet1 marks a pivotal late intermediate stage occurring after a phase of global gene repression, and preceding full activation of Oct4 along with late naive pluripotency and germline-specific genes. Sequential activation of Tet1 further distinguishes two waves of global DNA demethylation, targeting distinct genomic features and largely uncoupled from transcriptional changes, with dynamics unique to iPSC reprogramming. Moreover, we demonstrate that loss of Tet1 is compatible with reprogramming towards full Oct4 gene activation, but generates iPSCs with aberrant DNA methylation, chromosomal instability during lineage priming and defective differentiation potential. Therefore, the transcriptional logic of Tet1 expression signals a deterministic epigenetic roadmap towards generation of high quality iPSCs.

Sex is an increasingly important feature of mouse naive pluripotent stem cells (PSCs), but the regulatory processes involved remain enigmatic. Here, we addressed how sex modulates pluripotency by characterizing the transcriptional state, differentiation dynamics, growth and DNA methylation in female ESCs with heterozygous deletions of Dusp9. Our results show that sex-specific regulation of DNA methylation by Dusp9 can be molecularly uncoupled from the regulation of sex-specific differences in growth, transcription and pluripotency exit. We also addressed how sex modulates pluripotency by characterizing, in male and female cells, the transcriptional state and differentiation dynamics of iPSCs. We found that iPSCs adopt distinct sex-specific transcriptional states, pluripotency exit kinetics and growth properties, which correlate with the presence of two active X chromosomes. Differences in growth and pluripotency exit are not explained by X-linked pluripotency genes. We also examined the open chromatin landscape of embryonic stem cells (ESCs). Epigenomic profiling revealed sex-specific open chromatin landscapes associated with pluripotency and development that underlie key pluripotency and signaling transcription factor binding sites. The differential enrichment of binding sites in sex-specific open chromatin regions provides a molecular link between transcriptional regulators, maintenance of and exit from pluripotency. Our results uncover that different pathways regulate distinct sex-specific differences in PSCs and reveal new molecular insights on sex-specific cellular states.