Modelización in vitro de la holoprosencefalia relacionada con ZIC2 en humanos revela genes diana sensibles a la dosis de ZIC2

Abstract

Durante el desarrollo, los factores de transcripción (TFs) juegan un papel clave en garantizar el establecimiento robusto de los programas de expresión génica y, por lo tanto, de las identidades celulares. En este trabajo, investigamos el papel del factor de transcripción ZIC2 durante la inducción de identidades neuronales anteriores. La relevancia del gen ZIC2 se destaca por su asociación con la holoprosencefalia (HPE), un trastorno congénito del prosencéfalo que afecta la correcta separación de los hemisferios cerebrales. A pesar de su importancia médica y en el desarrollo, se sabe poco sobre la red reguladora controlada por ZIC2 durante el desarrollo del prosencéfalo, especialmente en humanos. Por ello, aprovechamos el sistema de diferenciación de hiPSCs hacia células progenitoras neuronales anteriores (AntNPCs) para estudiar la red reguladora controlada por ZIC2 durante la inducción neural. Combinando métodos de edición genética con CRISPR-Cas9 y análisis genómicos, demostramos que la ausencia de ZIC2 provoca un aumento en la expresión de marcadores del telencéfalo rostral, una reducción en la señalización WNT y en los marcadores del cortical hem; además, ZIC2 se une y es necesario para activar potenciadores distales asociados a reguladores clave del patrón del prosencéfalo. También observamos haploinsuficiencia de ZIC2 en AntNPCs. En conjunto, este trabajo ofrece nuevas perspectivas sobre la red reguladora controlada por ZIC2 durante la organización del prosencéfalo humano, lo cual puede contribuir a entender la base molecular de la HPE.

During development, transcription factors (TFs) play a key role in ensuring the robust establishment of gene expression programs and, thus, of cellular identities. In this work, investigated the role of the TF ZIC2 during the induction of anterior neural identities. The relevance of the ZIC2 gene is highlighted by its association with holoprosencephaly (HPE), a forebrain congenital disorder affecting the proper separation of the cerebral hemispheres. Despite the medical and developmental relevance of ZIC2, little is known about the regulatory network controlled by this TF during forebrain development, particularly in humans. We therefore took advantage of hiPSCs and differentiated them into anterior neural progenitor cells (AntNPCs) with a forebrain-like identity to study the regulatory network controlled by ZIC2 upon neural induction. Combining CRISPR-Cas9 genome editing approaches and genomic methods, we showed that in the absence of ZIC2, AntNPCs showed increased expression of rostral telencephalon markers and reduced levels of WNT signaling and cortical hem markers; ZIC2 binds to and is required for the activation of distal enhancers associated with major forebrain patterning regulators and that AntNPC display ZIC2 haploinsufficiency. Altogether, this work provides novel insights into the regulatory network controlled by ZIC2 during human forebrain patterning, which in turn can help understanding the molecular basis of HPE.