Wnt and Notchシグナルは、腸系統への胚性幹細胞の分化をガイドします

マウスまたはヒト胚性幹細胞（HESC）の特定の細胞タイプの腸細胞への分化の研究は、腸の発達の理解に対する洞察を提供し、将来の再生医療で使用するために最終的に細胞を生成します。ここでは、多能性幹細胞のin vitro分化手順を決定的な内胚葉（DE）に使用して、誘導性シグナル経路が腸細胞への誘導分化を調査しました。グリコーゲン合成酵素キナーゼ-3β阻害剤である6-ブロモインディルビン-3'-オキシム（BIO）の同時適用により、Wnt/β-カテニンの活性化とNotchシグナル伝達経路の阻害が発見されました。（DAPT）、既知のγ-セクレターゼ阻害剤、フィーダー細胞で培養されたESCの腸の分化を効率的に誘導しました。バイオとダップは、段階的な濃度でDEを模しました。フィーダー細胞に長期にわたる培養で、4つの腸の分化した細胞型すべて、吸収性腸細胞と3種類の分泌細胞（ゴブレット細胞、腸内分泌細胞、およびパネス細胞）は、マウスおよびHESC由来の腸上皮細胞から効率的に分化しました。さらなる調査により、マウスESCでは、線維芽細胞成長因子（FGF）および骨形態形成タンパク質（BMP）シグナル伝達法が生体とDAPTと相乗的に相乗的に腸上皮に分化を増強することが明らかになりました。しかし、HESCでは、FGFシグナル伝達は阻害され、BMPシグナル伝達は腸上皮への分化に影響しませんでした。WntおよびNotchシグナル伝達は、DEの前後軸と腸の腸の分化を制御することをパターン化すると結論付けました。

The studies of differentiation of mouse or human embryonic stem cells (hESCs) into specific cell types of the intestinal cells would provide insights to the understanding of intestinal development and ultimately yield cells for the use in future regenerative medicine. Here, using an in vitro differentiation procedure of pluripotent stem cells into definitive endoderm (DE), inductive signal pathways' guiding differentiation into intestinal cells was investigated. We found that activation of Wnt/β-catenin and inhibition of Notch signaling pathways, by simultaneous application of 6-bromoindirubin-3'-oxime (BIO), a glycogen synthase kinase-3β inhibitor, and N-[(3,5-Difluorophenyl)acetyl]-L-alanyl-2-phenylglycine-1,1-dimethylethyl ester (DAPT), a known γ-secretase inhibitor, efficiently induced intestinal differentiation of ESCs cultured on feeder cell. BIO and DAPT patterned the DE at graded concentrations. Upon prolonged culture on feeder cells, all four intestinal differentiated cell types, the absorptive enterocytes and three types of secretory cells (goblet cells, enteroendocrine cells, and Paneth cells), were efficiently differentiated from mouse and hESC-derived intestinal epithelium cells. Further investigation revealed that in the mouse ESCs, fibroblast growth factor (FGF) and bone morphogenetic protein (BMP) signaling act synergistically with BIO and DAPT to potentiate differentiation into the intestinal epithelium. However, in hESCs, FGF signaling inhibited, and BMP signaling did not affect differentiation into the intestinal epithelium. We concluded that Wnt and Notch signaling function to pattern the anterior-posterior axis of the DE and control intestinal differentiation.