Abstract Coordinated regulation of stemness gene activity by transcriptional and translational mechanisms poise stem cells for a timely cell-state transition during differentiation. Although important for all stemness-to-differentiation transitions, mechanistic understanding of the fine-tuning of stemness gene transcription is lacking due to the compensatory effect of translational control. We used intermediate neural progenitor (INP) identity commitment to define the mechanisms that fine-tune stemness gene transcription in fly neural stem cells (neuroblasts). We demonstrate that the transcription factor Fruitless C (Fru C ) binds cis -regulatory elements of most genes uniquely transcribed in neuroblasts. Loss of fru C function alone has no effect on INP commitment but drives INP dedifferentiation when translational control is reduced. Fru C negatively regulates gene expression by promoting low-level enrichment of the repressive histone mark H3K27me3 in gene cis -regulatory regions. Identical to fru C loss-of-function, reducing Polycomb Repressive Complex 2 activity increases stemness gene activity. We propose low-level H3K27me3 enrichment fine-tunes stemness gene transcription in stem cells, a mechanism likely conserved from flies to humans.

Summary Asymmetric segregation of Numb is a conserved mechanism for regulating Notch-mediated binary cell fate decisions; however, the mechanisms controlling Numb segregation remain unclear. Previous studies have proposed an “exclusion” model, suggesting that atypical protein kinase C (aPKC) negatively regulates Numb cortical localization. Here, we report that aPKC kinase activity positively promotes basal cortical Numb localization during asymmetric division of Drosophila neural stem cells (neuroblasts) and that Cullin 3 (Cul3) is required for aPKC-directed basal Numb localization. In numb- or cul3 -mutant brains, decreased levels of Numb segregated into neuroblast progeny failed to downregulate Notch, leading to supernumerary neuroblast formation. Increased aPKC kinase activity suppressed supernumerary neuroblast formation by concentrating residual Numb protein at the basal cortex and in neuroblast progeny, whereas decreased aPKC function enhanced the supernumerary neuroblast phenotype by reducing basal Numb levels. We propose that aPKC and Cul3 promote basal Numb localization, which is required to downregulate Notch signaling and promote differentiation in neuroblast progeny.