Epithelial to mesenchymal transition (EMT) is a critical cellular process that has been well characterized during embryonic development and cancer metastasis and it also is implicated in several physiological and pathological events including embryonic stem cell differentiation. During early stages of differentiation, human embryonic stem cells pass through EMT where deeper morphological, molecular and biochemical changes occur. Though initially considered as a decision between two states, EMT process is now regarded as a fluid transition where cells exist on a spectrum of intermediate states. In this work, using a CRISPR interference system in human embryonic stem cells, we describe a molecular characterization of the effects of downregulation of E-cadherin, one of the main initiation events of EMT, as a unique start signal. Our results suggest that the decrease and delocalization of E-cadherin causes an incomplete EMT where cells retain their undifferentiated state while expressing several characteristics of a mesenchymal-like pheno-type. Namely, we found that E-cadherin downregulation induces SNAI1 and SNAI2 upregulation, promotes MALAT1 and LINC-ROR downregulation, modulates the expression of tight junction occludin 1 and gap junction connexin 43, increases human embryonic stem cells migratory capacity and delocalize b-catenin. Altogether, we believe our results provide a useful tool to model the molecular events of an unstable intermediate state and further identify multiple layers of molecular changes that occur during partial EMT.

ABSTRACT Microfluidic tools have recently made possible many advances in biological and biomedical research. Research fields such as Physics, Engineering, Chemistry and Biology have combined to produce innovation in Microfluidics which has positively impacted on areas as diverse as nucleotide sequence, functional genomics, single-cell studies, single molecules assays, and biomedical diagnostics. Among these areas regenerative medicine and stem cells have benefited from Microfluidics due to these tools have had a profound impact on their applications. In the study, we present a high-performance droplet-based system for transfecting individual human-induced pluripotent stem cells. We show that this system has great efficiency in single cells and captured droplets, similar to other microfluidic methods and lower cost. We demonstrate that this microfluidic approach can be associated with the PiggyBac transposase-based system to increase its transfection efficiency. Our results provide a starting point for subsequent applications in more complex transfection systems, single-cell differentiation interactions, cell subpopulations, cell therapy, among other potential applications.

Abstract Animal development relies on complex gene regulatory networks (GRNs) that govern the nearly irreversible changes that occur during cell differentiation. In this work we aimed to determine key transcription factors (TFs) associated with the dissolution of the naïve pluripotent state and the acquisition of a formative identity. We identified OCT6 as one of the earliest TFs induced during the onset of mouse embryonic stem cell (mESCs) differentiation. To investigate its role, we generated an Oct6 knockout mESC line, which failed to acquire the characteristic cell morphology associated with the formative state. Transcriptome analysis of differentiating cells revealed nearly 300 differentially expressed genes compared to wild-type cells, including pluripotency TFs Nanog, Klf2, Nr5a2, Prdm14, and Esrrb , that failed to correctly downregulate. Notably, premature expression of OCT6 in naïve cells triggered a rapid morphological transformation mirroring differentiation, accompanied by self-induction of Oct6 and expression of TFs such as Sox3, Zic2/3, Foxp1 , as well as the formative genes Dnmt3A and FGF5 . Strikingly, the majority of OCT6 expressing cells did not express NANOG. Gene expression and single molecule RNA-FISH analysis confirmed that this regulation was at the transcriptional level. Collectively, our results establish OCT6 as a key TF in the dissolution of the naïve pluripotent state and support a model where Oct6 and Nanog form a double negative feedback loop which could act as a toggle switch important for the transition to the formative state. Highlights Oct6 is rapidly induced as mESCs exit ground state pluripotency. Loss of OCT6 negatively affects the transition to formative pluripotency. Premature expression of OCT6 in mESCs is sufficient to induce a formative-like phenotype. OCT6 and NANOG repress each other forming a double negative feedback loop.

Background: Mesenchymal Stem Cells can be activated and respond to different bacterial toxins. Lipopolysaccharides (LPS) and Shiga Toxin (Stx) are the two main bacterial toxins present in Hemolytic Uremic Syndrome (HUS) that cause endothelial damage. In this work we aimed to study the response of iPSC-MSC to LPS and/or Stx and its effect on the restoration of injured endothelial cells. Methods: iPSC-MSC were used as a source of mesenchymal stem cells (MSC) and Human Microvascular Endothelial Cells-1 (HMEC-1) as a source of endothelial cells. iPSC-MSC were treated or not with LPS and or/Stx. For some experiments, Conditioned Media (CM) were collected from each plate and incubated with an anti-Stx antibody to block the direct effect of Stx, or Polymyxin to block the direct effect of LPS. In CM from both treatments, anti-Stx and Polymyxin were used. Results are expressed as mean ± S.E.M. Significant differences (p<0.05) were identified using one way analysis of variance (ANOVA) and Bonferroni's Multiple comparison test. Results: The results obtained showed that LPS induced a pro-inflammatory profile on iPSC-MSC, but not Stx, even though they expressed Gb3 receptor. Moreover, LPS induced on iPSC-MSC an increment in migration and adhesion to gelatin substrate. Also, the addition of CM of iPSC-MSC treated with LPS+Stx, decreased the capacity of HMEC-1 to close a wound, and did not favor the formation of new tubes. Proteomic analysis of iPSC-MSC treated with LPS and/or Stx revealed specific protein secretion patterns that support many of the functional results described here. Conclusions: In conclusion, these results suggest that iPSC-MSC activated by LPS acquired a pro-inflammatory profile that induces migration and adhesion to extracellular matrix proteins (ECM), but the combination LPS+Stx decreased the repair of endothelial damage. The importance of this work is that it provides knowledge to understand the context in which iPSC-MSC could benefit or not the restoration of tissue injury, taking into account that the inflammatory context in response to a particular bacterial toxin is relevant for iPSC-MSC immunomodulation.

Mesenchymal Stem Cells derived from induced Pluripotent Stem cells (iPSC-MSC) have become a promising alternative to classical Mesenchymal Stem Cells in regenerative medicine. Their properties -as immunomodulatory and regenerative capacities-are in part due to the secretion of Extracellular Vesicles (EVs). Small EVs (sEVs) with sizes that range from 50 to 120 nm contain proteins, lipids, and nucleic acids that exert a role in cellular communication. Their content will depend on the cell of origin and its physiological state, thus the message they convey might change in response to changes in cellular conditions. In particular, the DNA damage response (DDR) has been reported to modulate sEVs secretion. In this work, we analyze how UV-C radiation upon iPSC-MSC alter sEVs secretion, cargo and bystander effect. Here, we confirm that UV-C radiation causes DDR in a dose dependent manner. In addition, we found that UV-C induced stress did not modulate the expression of genes that participate in sEVs biogenesis pathway. Consequently, we found that the amount of sEVs secreted by radiated and non-irradiated cells remained stable. However, sEVs from radiated cells were unable to promote cell migration in their target cells. Moreover, a label-free proteomic analysis revealed that UV-C induced DDR produces sEVs with an altered cargo, rich in migration-inhibiting proteins, and resulting in a less stromal-oriented repertoire.