NEGATIVE CONTROL OF SMAD ACTIVITY PATTERNS THE MAMMALIAN EMBRYO

The definition of embryonic potency and induction of specific cell fates are intimately linked to the tight control over TGFβ signaling. Although extracellular regulation of ligand availability has received considerable attention in recent years, surprisingly little is known on the intracellular factors that negatively control Smad activity in mammalian tissues. By means of genetic ablation, here we show that the Smad4 inhibitor Ectodermin (Ecto, also known as TRIM33 or Tif1γ) is required to allow Nodal morphogenetic properties in early mouse embryo. Loss of Ecto invariably drives Nodal responsiveness to the highest, Smad4-dependent threshold of activity; new phenotypes, linked to excessive Nodal activity, emerge from such a modified landscape of Smad responsiveness in both embryonic and extraembryonic territories. In extraembryonic endoderm, Ecto is required to confine expression of Nodal antagonists to the Anterior Visceral Endoderm. In trophoblast cells, Ecto precisely doses Nodal activity, balancing stem cell self-renewal and differentiation. Epiblast-specific Ecto deficiency shifts mesoderm fates toward Node/Organizer fates, revealing the requirement of Smad4 inhibition for the precise allocation of cells along the primitive streak. This study unveils that intracellular control of Smad function by Ecto/Tif1γ is an integral component of how cells read TGFβ signals.

La regolazione della pluripotenza e l'induzione di specifici percorsi di differenziamento cellulare sono intimamente connessi a uno stretto controllo della via di segnalazione del TGFβ. La regolazione della parte extracellulare di questa via, cioè quella che concerne la biodisponibilità del ligando, è stata oggetto di numerosi studi in anni recenti. Per quanto riguarda invece la parte intracellulare, pochissimo è noto sull’importanza di fattori che controllino in modo negativo l’attività delle Smad nelle cellule dei tessuti di mammifero. Tramite ablazione genetica, con questo studio dimostriamo come l’inibizione di Smad4 da parte di Ectodermin/Tif1γ/TRIM33 (Ecto) sia richiesta per permettere a Nodal (il ligando TGFβ per eccellenza durante lo sviluppo embrionale mammifero) di svolgere le sue funzioni morfogenetiche durante l’embriogenesi murina. La delezione di Ecto sposta le risposte a Nodal sulla finestra di responsività massima, Smad4 dipendente. In questa situazione di ipereccitata responsività alla segnalazione da parte di Smad, emergono fenotipi nuovi sia in tessuti embrionali che extraembrionali, che sono legati ad un’eccessiva attività di Nodal. Nell’endoderma extraembrionale, Ecto serve per confinare l’espressione degli antagonisti di Nodal nell’endoderma viscerale anteriore. Nelle cellule del trofoblasto, Ecto dosa in modo preciso l’attività di Nodal, permettendo l’instaurarsi del delicato equilibrio tra crescita staminale e differenziamento. La delezione di Ecto specificamente nell’epiblasto incanala il differenziamento del mesoderma verso destini di nodo/tessuto organizzatore, mostrando come sia necessaria un’inibizione di Smad4 per permettere l’allocazione ordinata di cellule ai vari destini lungo la stria primitiva. Questo lavoro dimostra come il controllo negativo sulle funzioni delle Smad da parte di Ecto sia una componente fondamentale del meccanismo di lettura da parte delle cellule dei segnali TGFβ.