Published February 15, 2022 | Version v1
Publication Open

Intermittent ERK oscillations downstream of FGF in mouse embryonic stem cells

Creators

  • 1. Max Planck Institute of Molecular Physiology
  • 2. Biomedicine Research Institute of Buenos Aires - CONICET - Partner Institute of the Max Planck Society

Description

Signal transduction networks generate characteristic dynamic activities to process extracellular signals and guide cell fate decisions such as to divide or differentiate. The differentiation of pluripotent cells is controlled by FGF/ERK signaling. However, only a few studies have addressed the dynamic activity of the FGF/ERK signaling network in pluripotent cells at high time resolution. Here, we use live cell sensors in wild-type and Fgf4-mutant mouse embryonic stem cells to measure dynamic ERK activity in single cells, for defined ligand concentrations and differentiation states. These sensors reveal pulses of ERK activity. Pulsing patterns are heterogeneous between individual cells. Consecutive pulse sequences occur more frequently than expected from simple stochastic models. Sequences become more prevalent with higher ligand concentration, but are rarer in more differentiated cells. Our results suggest that FGF/ERK signaling operates in the vicinity of a transition point between oscillatory and non-oscillatory dynamics in embryonic stem cells. The resulting heterogeneous dynamic signaling activities add a new dimension to cellular heterogeneity that may be linked to divergent fate decisions in stem cell cultures.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تولد شبكات نقل الإشارة أنشطة ديناميكية مميزة لمعالجة الإشارات خارج الخلية وتوجيه قرارات مصير الخلية مثل الانقسام أو التمايز. يتم التحكم في تمايز الخلايا متعددة القدرات عن طريق إشارات FGF/ERK. ومع ذلك، تناولت دراسات قليلة فقط النشاط الديناميكي لشبكة إشارات FGF/ERK في الخلايا متعددة القدرات بدقة عالية في الوقت المناسب. هنا، نستخدم مستشعرات الخلايا الحية في الخلايا الجذعية الجنينية للفأر من النوع البري والمتحور Fgf4 لقياس نشاط ERK الديناميكي في الخلايا المفردة، لتركيزات الترابط المحددة وحالات التمايز. تكشف هذه المستشعرات عن نبضات نشاط ERK. أنماط النبض غير متجانسة بين الخلايا الفردية. تحدث تسلسلات النبضات المتتالية بشكل متكرر أكثر من المتوقع من النماذج العشوائية البسيطة. تصبح التسلسلات أكثر انتشارًا مع ارتفاع تركيز الربيطة، ولكنها أكثر ندرة في الخلايا الأكثر تمايزًا. تشير نتائجنا إلى أن إشارات FGF/ERK تعمل بالقرب من نقطة انتقال بين الديناميكيات التذبذبية وغير التذبذبية في الخلايا الجذعية الجنينية. تضيف أنشطة الإشارات الديناميكية غير المتجانسة الناتجة بعدًا جديدًا للتجانس الخلوي الذي قد يكون مرتبطًا بقرارات المصير المتباينة في مزارع الخلايا الجذعية.

Translated Description (French)

Les réseaux de transduction de signaux génèrent des activités dynamiques caractéristiques pour traiter les signaux extracellulaires et guider les décisions de devenir des cellules afin de diviser ou de différencier. La différenciation des cellules pluripotentes est contrôlée par la signalisation FGF/ERK. Cependant, seules quelques études ont abordé l'activité dynamique du réseau de signalisation FGF/ERK dans les cellules pluripotentes à haute résolution temporelle. Ici, nous utilisons des capteurs de cellules vivantes dans des cellules souches embryonnaires de souris de type sauvage et mutantes Fgf4 pour mesurer l'activité ERK dynamique dans des cellules uniques, pour des concentrations de ligands et des états de différenciation définis. Ces capteurs révèlent des impulsions d'activité ERK. Les schémas de pulsation sont hétérogènes entre les cellules individuelles. Les séquences d'impulsions consécutives se produisent plus fréquemment que prévu à partir de modèles stochastiques simples. Les séquences deviennent plus fréquentes avec une concentration plus élevée de ligands, mais sont plus rares dans les cellules plus différenciées. Nos résultats suggèrent que la signalisation FGF/ERK fonctionne au voisinage d'un point de transition entre la dynamique oscillatoire et non oscillatoire dans les cellules souches embryonnaires. Les activités de signalisation dynamique hétérogènes qui en résultent ajoutent une nouvelle dimension à l'hétérogénéité cellulaire qui peut être liée à des décisions de destin divergentes dans les cultures de cellules souches.

Translated Description (Spanish)

Las redes de transducción de señales generan actividades dinámicas características para procesar señales extracelulares y guiar las decisiones de destino celular, como dividirse o diferenciarse. La diferenciación de las células pluripotentes está controlada por la señalización de FGF/ERK. Sin embargo, solo unos pocos estudios han abordado la actividad dinámica de la red de señalización FGF/ERK en células pluripotentes a alta resolución temporal. Aquí, utilizamos sensores de células vivas en células madre embrionarias de ratón de tipo silvestre y mutantes de Fgf4 para medir la actividad dinámica de ERK en células individuales, para concentraciones de ligando y estados de diferenciación definidos. Estos sensores revelan pulsos de actividad de ERK. Los patrones de pulsos son heterogéneos entre células individuales. Las secuencias de pulsos consecutivos ocurren con más frecuencia de lo esperado a partir de modelos estocásticos simples. Las secuencias se vuelven más frecuentes con una mayor concentración de ligando, pero son más raras en células más diferenciadas. Nuestros resultados sugieren que la señalización de FGF/ERK opera en las proximidades de un punto de transición entre la dinámica oscilatoria y no oscilatoria en las células madre embrionarias. Las actividades de señalización dinámica heterogénea resultantes añaden una nueva dimensión a la heterogeneidad celular que puede estar vinculada a decisiones de destino divergentes en cultivos de células madre.

Files

dev199710.pdf.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5d3d20ebfa20ace09fac90e9c5ae07f4
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تذبذبات ERK المتقطعة أسفل مجرى FGF في الخلايا الجذعية الجنينية للفأر
Translated title (French)
Oscillations ERK intermittentes en aval du FGF dans les cellules souches embryonnaires de souris
Translated title (Spanish)
Oscilaciones intermitentes de ERK aguas abajo de FGF en células madre embrionarias de ratón

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4226160114
DOI
10.1242/dev.199710

Is supplement to
https://openalex.org/W4210553678 (Other)
https://openalex.org/W4205583335 (Other)
https://openalex.org/W2768952912 (Other)
https://openalex.org/W2392240462 (Other)
https://openalex.org/W2098049105 (Other)
https://openalex.org/W2047597126 (Other)
https://openalex.org/W2040331321 (Other)
https://openalex.org/W2009519731 (Other)
https://openalex.org/W2005072748 (Other)
https://openalex.org/W1997209262 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1828503213
  • https://openalex.org/W1966758700
  • https://openalex.org/W1999659624
  • https://openalex.org/W2001432314
  • https://openalex.org/W2018765068
  • https://openalex.org/W2023710119
  • https://openalex.org/W2030945597
  • https://openalex.org/W2032953221
  • https://openalex.org/W2034188706
  • https://openalex.org/W2053700159
  • https://openalex.org/W2055570171
  • https://openalex.org/W2072066100
  • https://openalex.org/W2072806829
  • https://openalex.org/W2075564676
  • https://openalex.org/W2100035239
  • https://openalex.org/W2105241566
  • https://openalex.org/W2107793443
  • https://openalex.org/W2109067263
  • https://openalex.org/W2113974479
  • https://openalex.org/W2123333705
  • https://openalex.org/W2125236548
  • https://openalex.org/W2137048952
  • https://openalex.org/W2142362541
  • https://openalex.org/W2142756489
  • https://openalex.org/W2146366125
  • https://openalex.org/W2146880086
  • https://openalex.org/W2166217750
  • https://openalex.org/W2168979150
  • https://openalex.org/W2291100649
  • https://openalex.org/W2293347166
  • https://openalex.org/W2318816553
  • https://openalex.org/W2465367340
  • https://openalex.org/W2529052661
  • https://openalex.org/W2580035316
  • https://openalex.org/W2582458430
  • https://openalex.org/W2589812846
  • https://openalex.org/W2618900678
  • https://openalex.org/W2619140115
  • https://openalex.org/W2748126741
  • https://openalex.org/W2768065449
  • https://openalex.org/W2810807384
  • https://openalex.org/W2894309931
  • https://openalex.org/W2897954926
  • https://openalex.org/W2943913586
  • https://openalex.org/W2950077617
  • https://openalex.org/W2951213089
  • https://openalex.org/W2953359837
  • https://openalex.org/W2953942915
  • https://openalex.org/W2987479280
  • https://openalex.org/W2990700472
  • https://openalex.org/W3005287223
  • https://openalex.org/W3012041042
  • https://openalex.org/W3094240904
  • https://openalex.org/W3094245483
  • https://openalex.org/W3099878876
  • https://openalex.org/W3103145119
  • https://openalex.org/W3207290808
  • https://openalex.org/W4226160114
  • https://openalex.org/W4243907138