Zeb2 repression during cellular reprogramming promotes metabolic transition and entry of pluripotency

Abstract

Metabolic transition to glycolysis that occurs in the cellular reprogramming has been demonstrated to be a prerequisite event for acquisition of pluripotency by determination of overall efficiency after genetic perturbations. Here, with ATP-Red1, a specific fluorescent probe for mitochondrial ATP and mouse embryonic fibroblasts (MEFs) harboring inducible reprogramming factors (i4F-MEF), we enabled to lively isolate the population with metabolic transition induced by reprogramming and performed the characterization. Consistently, ATP-Red1 low population (ATP-low), representing the metabolic transition to glycolysis, lively isolated in the middle of reprogramming, revealed the higher reprogramming capacity than ATP-Red1 high (ATP-high) population. Through transcriptome profile analysis between ATP-high and ATP-low, we also demonstrated that transcriptome from ATP-low was negatively correlated to epithelial mesenchymal transition (EMT) with clear repression of Zeb2, a master regulator of EMT. Of note, depletion of Zeb2 was solely sufficient to subside the level of mitochondrial ATP and improve the overall reprogramming efficiency. These results imply that elevation of epithelial trait from i4F-MEF via Zeb2 suppression, would lead to metabolic transition for facilitating cellular reprogramming.

세포 역분화(cellular reprogramming) 시 일어나는 해당과정으로의 대사 전환 (metabolic transition)은 유전자 저해(Gene perturbation) 후 효율을 확인함으 로써 다능성(Pluripotency)을 획득하기 위한 전제 조건인 것으로 입증되었다. 이 연구에서 본인은 미토콘드리아 ATP 특이적 형광 프로브인 ATP-Red 1과 유도성 역분화 인자를 포함하는 생쥐 배아 섬유아세포(mouse embryonic fibroblast) [i4F-MEF]를 사용하여 역분화로 유도된 대사 전환 집단을 실시간 으로 얻어 특성 분석을 수행하였다. 역분화 중간 과정에서 실시간으로 얻은 해 당 과정으로의 대사 전환을 나타내는 ATP-Red 1 low (ATP-low) 집단은 ATP-Red 1 high (ATP-high) 집단보다 일관되게 더 높은 역분화 능력을 나타 냈다. ATP-low 집단과 ATP-high 집단 사이의 전사체 프로파일 분석 (Transcriptome profile analysis)을 통해 우리는 ATP-low 집단의 전사체가 상 피-간엽이행(epithelial-mesenchymal transition, EMT)의 핵심 조절자인 Zeb2(Zinc finger E-box-binding homeobox 2)의 명확한 억제 양상을 보이며 EMT와 음의 상관 관계가 있음을 입증했다. 흥미롭게도, Zeb2의 녹다운 (Knock-down)은 미토콘드리아의 ATP 수준을 낮추었으며, 역분화 효율을 향 상시키는 데 충분하였다. 이러한 결과는 Zeb2 억제를 통한 i4F-MEF의 상피 (epithelial) 특성 상승이 세포 역분화를 촉진하기 위한 대사 전환으로 이어질 것임을 암시한다.