The discovery that non-germline adult cells can be reprogrammed to become pluripotent, able to differentiate into any cell type, opened up exciting possibilities. Reprogrammed cells — called induced pluripotent stem (iPS) cells — should have great potential in regenerative medicine, but most current methods of producing them involve viral gene delivery that could cause abnormalities in the induced cells. Two groups in this issue report on a collaboration that has succeeded in producing pluripotency in human cells without using viral vectors. Stable iPS cells were produced in both human and mouse fibroblasts using virus-derived 2A peptide sequences to create a multicistronic vector incorporating the reprogramming factors, delivered to the cell by the piggyBac transposon vector. The 2A-linked reprogramming factors, not required in the established iPS cell lines, were then removed. This paper uses the piggyBac transposon to generate stable iPS cells from human and mouse fibroblasts; the individual piggyBac insertions can then be removed from established iPS cell lines. The study also demonstrates removal of reprogramming factors joined with 2A sequences (described in an accompanying paper; doi:10.1038/nature07864) delivered by a single transposon from murine iPS lines. Transgenic expression of just four defined transcription factors (c-Myc, Klf4, Oct4 and Sox2) is sufficient to reprogram somatic cells to a pluripotent state1,2,3,4. The resulting induced pluripotent stem (iPS) cells resemble embryonic stem cells in their properties and potential to differentiate into a spectrum of adult cell types. Current reprogramming strategies involve retroviral1, lentiviral5, adenoviral6 and plasmid7 transfection to deliver reprogramming factor transgenes. Although the latter two methods are transient and minimize the potential for insertion mutagenesis, they are currently limited by diminished reprogramming efficiencies. piggyBac (PB) transposition is host-factor independent, and has recently been demonstrated to be functional in various human and mouse cell lines8,9,10,11. The PB transposon/transposase system requires only the inverted terminal repeats flanking a transgene and transient expression of the transposase enzyme to catalyse insertion or excision events12. Here we demonstrate successful and efficient reprogramming of murine and human embryonic fibroblasts using doxycycline-inducible transcription factors delivered by PB transposition13. Stable iPS cells thus generated express characteristic pluripotency markers and succeed in a series of rigorous differentiation assays. By taking advantage of the natural propensity of the PB system for seamless excision12, we show that the individual PB insertions can be removed from established iPS cell lines, providing an invaluable tool for discovery. In addition, we have demonstrated the traceless removal of reprogramming factors joined with viral 2A sequences14 delivered by a single transposon from murine iPS lines. We anticipate that the unique properties of this virus-independent simplification of iPS cell production will accelerate this field further towards full exploration of the reprogramming process and future cell-based therapies.

Genome-wide association studies (GWAS) have reproducibly associated variants within introns of FTO with increased risk for obesity and type 2 diabetes (T2D). Although the molecular mechanisms linking these noncoding variants with obesity are not immediately obvious, subsequent studies in mice demonstrated that FTO expression levels influence body mass and composition phenotypes. However, no direct connection between the obesity-associated variants and FTO expression or function has been made. Here we show that the obesity-associated noncoding sequences within FTO are functionally connected, at megabase distances, with the homeobox gene IRX3. The obesity-associated FTO region directly interacts with the promoters of IRX3 as well as FTO in the human, mouse and zebrafish genomes. Furthermore, long-range enhancers within this region recapitulate aspects of IRX3 expression, suggesting that the obesity-associated interval belongs to the regulatory landscape of IRX3. Consistent with this, obesity-associated single nucleotide polymorphisms are associated with expression of IRX3, but not FTO, in human brains. A direct link between IRX3 expression and regulation of body mass and composition is demonstrated by a reduction in body weight of 25 to 30% in Irx3-deficient mice, primarily through the loss of fat mass and increase in basal metabolic rate with browning of white adipose tissue. Finally, hypothalamic expression of a dominant-negative form of Irx3 reproduces the metabolic phenotypes of Irx3-deficient mice. Our data suggest that IRX3 is a functional long-range target of obesity-associated variants within FTO and represents a novel determinant of body mass and composition.

Somatic cells can be reprogrammed to induced pluripotent stem cells (iPSCs) by expression of defined embryonic factors. However, little is known of the molecular mechanisms underlying the reprogramming process. Here we explore somatic cell reprogramming by exploiting a secondary mouse embryonic fibroblast model that forms iPSCs with high efficiency upon inducible expression of Oct4, Klf4, c-Myc, and Sox2. Temporal analysis of gene expression revealed that reprogramming is a multistep process that is characterized by initiation, maturation, and stabilization phases. Functional analysis by systematic RNAi screening further uncovered a key role for BMP signaling and the induction of mesenchymal-to-epithelial transition (MET) during the initiation phase. We show that this is linked to BMP-dependent induction of miR-205 and the miR-200 family of microRNAs that are key regulators of MET. These studies thus define a multistep mechanism that incorporates a BMP-miRNA-MET axis during somatic cell reprogramming.PaperClip/cms/asset/b7d91c75-1072-4889-a6bc-59bc8698d7ac/mmc5.mp3Loading ...(mp3, 3.51 MB) Download audio

Summary Female reproductive capacity declines dramatically in the fourth decade of life as a result of an age‐related decrease in oocyte quality and quantity. The primary causes of reproductive aging and the molecular factors responsible for decreased oocyte quality remain elusive. Here, we show that aging of the female germ line is accompanied by mitochondrial dysfunction associated with decreased oxidative phosphorylation and reduced Adenosine tri‐phosphate ( ATP ) level. Diminished expression of the enzymes responsible for CoQ production, Pdss2 and Coq6, was observed in oocytes of older females in both mouse and human. The age‐related decline in oocyte quality and quantity could be reversed by the administration of CoQ10. Oocyte‐specific disruption of Pdss2 recapitulated many of the mitochondrial and reproductive phenotypes observed in the old females including reduced ATP production and increased meiotic spindle abnormalities, resulting in infertility. Ovarian reserve in the oocyte‐specific Pdss2 ‐deficient animals was diminished, leading to premature ovarian failure which could be prevented by maternal dietary administration of CoQ10. We conclude that impaired mitochondrial performance created by suboptimal CoQ10 availability can drive age‐associated oocyte deficits causing infertility.

Summary

 Alternative splicing (AS) is a key process underlying the expansion of proteomic diversity and the regulation of gene expression. Here, we identify an evolutionarily conserved embryonic stem cell (ESC)-specific AS event that changes the DNA-binding preference of the forkhead family transcription factor FOXP1. We show that the ESC-specific isoform of FOXP1 stimulates the expression of transcription factor genes required for pluripotency, including OCT4, NANOG, NR5A2, and GDF3, while concomitantly repressing genes required for ESC differentiation. This isoform also promotes the maintenance of ESC pluripotency and contributes to efficient reprogramming of somatic cells into induced pluripotent stem cells. These results reveal a pivotal role for an AS event in the regulation of pluripotency through the control of critical ESC-specific transcriptional programs.

The domesticated horse represents substantial value for the related sports and recreational fields, and holds enormous potential as a model for a range of medical conditions commonly found in humans. Most notable of these are injuries to muscles, tendons, ligaments and joints. Induced pluripotent stem (iPS) cells have sparked tremendous hopes for future regenerative therapies of conditions that today are not possible to cure. Equine iPS (EiPS) cells, in addition to bringing promises to the veterinary field, open up the opportunity to utilize horses for the validation of stem cell based therapies before moving into the human clinical setting. In this study, we report the generation of iPS cells from equine fibroblasts using a piggyBac (PB) transposon-based method to deliver transgenes containing the reprogramming factors Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc, expressed in a temporally regulated fashion. The established iPS cell lines express hallmark pluripotency markers, display a stable karyotype even during long-term culture, and readily form complex teratomas containing all three embryonic germ layer derived tissues upon in vivo grafting into immunocompromised mice. Our EiPS cell lines hold the promise to enable the development of a whole new range of stem cell-based regenerative therapies in veterinary medicine, as well as aid the development of preclinical models for human applications. EiPS cell could also potentially be used to revive recently extinct or currently threatened equine species.

Multiple alterations of cellular metabolism have been documented in experimental studies of autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) and are thought to contribute to its pathogenesis. To elucidate the molecular pathways and transcriptional regulators associated with the metabolic changes of renal cysts in ADPKD, we compared global gene expression data from human

Lower oxidative capacity in skeletal muscles (SKMs) is a prevailing cause of metabolic diseases. Exercise not only enhances the fatty acid oxidation (FAO) capacity of SKMs but also increases lactate levels. Given that lactate may contribute to tricarboxylic acid cycle (TCA) flux and impact monocarboxylate transporter 1 in the SKMs, we hypothesize that lactate can influence glucose and fatty acid (FA) metabolism. To test this hypothesis, we investigated the mechanism underlying lactate-driven FAO regulation in the SKM of mice with diet-induced obesity (DIO). Lactate was administered to DIO mice immediately after exercise over three weeks. We found that increased lactate levels enhanced energy expenditure mediated by fat metabolism during exercise recovery and decreased triglyceride levels in DIO mice SKMs. To determine the lactate-specific effects without exercise, we administered lactate to mice on a high-fat diet (HFD) for eight weeks. Similar to our exercise conditions, lactate increased FAO, TCA cycle activity, and mitochondrial respiration in the SKMs of HFD-fed mice. Additionally, under sufficient FA conditions, lactate increased uncoupling protein-3 abundance via the NADH/NAD + shuttle. Conversely ATP synthase abundance decreased in the SKMs of HFD mice. Taken together, our results suggest that lactate amplifies the adaptive increase in FAO capacity mediated by the TCA cycle and mitochondrial respiration in SKMs under sufficient FA abundance.