Megakaryocytes (MK) are responsible for platelet biogenesis, which is thought to occur canonically in the adult bone marrow (BM) and in the fetal liver during development. However, emerging evidence highlights the lung as a previously underappreciated residence for MKs that may significantly contribute to circulating platelet mass. While a diversity of cells specific to the BM are known to promote the maturation and trafficking of MKs, little investigation into the impact of the lung niche on the development and function of MKs has been done. Here, we describe the application of single cell RNA sequencing (scRNA-Seq) coupled with histological, ploidy and flow cytometric analyses to profile primary MKs derived from syngeneic mouse lung and hematopoietic tissues. Transcriptional profiling demonstrated that lung MKs have a unique signature distinct from their hematopoietic counterparts with lung MKs displaying enrichment for maturation markers, potentially indicating a propensity for more efficient platelet production. Reciprocally, fetal lung MKs also showed the robust expression of cytokines and growth factors known to promote lung development. Lastly, lung MKs possess an enrichment profile skewed towards roles in immunity and inflammation. These findings highlight the existence of a lung-specific MK phenotype and support the notion that the lung plays an independent role in the development and functional maturation of MKs. In addition to MKs, the lung houses many resident hematopoietic cells, including hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs). The existence of lung HSPCs suggests that the differentiation and development of lung resident hematopoietic cells may occur in-situ. To investigate the potential role the lung has in instructing site specific hematopoiesis, we employed explant cultures of murine and human fetal lungs. This displayed adherent endothelial cells transitioning into floating hematopoietic cells, suggesting that the fetal lung is a source of hemogenic endothelial cells that have the functional capacity to undergo endothelial to hematopoietic transition (EHT) to produce HSPCs. Flow cytometric and functional assessment of fetal lung explants showed the production of HSPCs that expressed key EHT and pre-HSPC markers. Expression profiles revealed by scRNA-Seq and small molecule modulation demonstrated that fetal lung EHT is reliant on canonical EHT signaling pathways. These findings suggest that functional HECs are present in the fetal lung, thus establishing this location as a potential extramedullary site of de-novo hematopoiesis. Overall, these findings suggest that the lung may have a greater role in instructing tissue specific hematopoiesis and/or overall hematopoietic development.

A hematopoese tem sido bem descrita em modelos murinos nas últimas décadas, contudo, trabalhos demonstrando os mecanismos da hematopoese em humanos ainda são escassos. A derivação da primeira linhagem de células-tronco embrionárias humanas (CTEhs) em 1998, gerou novas perspectivas tanto para o estudo da hematopoese na tentativa de mimetizar o que ocorre naturalmente durante o desenvolvimento embrionário, quanto para a aplicação clínica das células hematopoéticas obtidas a partir da diferenciação dessas células. Contudo, apesar de inúmeros trabalhos terem demonstradoa obtenção de células hematopoéticas a partir de CTEhs, os protocolos têm gerado quantidades variáveis de células, com baixa eficiência e com propriedades funcionais de células primitivas. Desse modo, este trabalho procurou estabelecer um modelo próprio de diferenciação de CTEhs-H1 em células progenitoras hematopoéticas para que estas pudessem ser melhor caracterizadas e obtidas de forma mais eficiente. Para isto, foi desenvolvido um sistema de diferenciação baseado no co-cultivo da linhagem de CTEh-H1 com fibroblastos de embrião de camundongo (MEFs), em meio de diferenciação suplementado soro fetal bovino (SFB) e citocinas e fatores de crescimento hematopoéticos em baixas concentrações. Como resultado, o desenvolvimento do presente trabalho permitiu o estabelecimento de um método para geração de populações mistas de células enriquecidas em CPHs positivas para o marcador CD45, o qual mostrou ser coexpresso com outros marcadores hematopoéticos (CD31, CD43, CD71 e CD38), e células hematopoéticas maduras positivas para marcadores mielóide-específicos (235a, CD14, CD15, CD16) e com características morfológicas típicas. Foi demonstrado que as células obtidas expressavam genes relativos ao sistema hematopoético (CD45, CD31, runx1, tal1, lmo2, prom1, CD34 e notch1), e possuíam potencial clonogênico in vitro da ordem de 1/574 células plaqueadas. Em adição, corroboramos os achados de que as células hematopoéticas apresentam duas origens distintas: a partir do endotelio hemogênico e a partir de células com propriedades hemangioblásticas independentes do endotélio hemogênico. / Hematopoiesis has been well described in murine models in recent decades, however, studies demonstrating the mechanisms of hematopoiesis in humans are still scarce. The first human embryonic stem cells line (hESCs) derived in 1998, has generated new perspectives about the study of hematopoiesis as in attempting to mimic what naturally occurs during embryonic development, as for clinical application of hematopoietic cells obtained from the differentiation of these cells. However, although numerous studies have shown the production of hematopoietic cells derived from hESCs, the protocols have generated varying quantities of cells with low efficiency and functional properties of primitive stem cells. Thus, this study sought to establish our own model for hESC-H1 differentiation in hematopoietic progenitor cells so that they could be better characterized and obtained more efficiently. For this way, we developed a differentiation system based on co-culture of hESC-H1 line with inactivated mouse embryonic fibroblasts (MEFs) in differentiation medium supplemented with fetal calf serum (FCS) and cytokines and hematopoietic growth factors in low concentrations. As a result, the development of this study allowed the establishment of a method for generation of mixed population of cells enriched in hematopoietic progenitor cells positive for the marker CD45, which proved to be co-expressed with other hematopoietic markers (CD31, CD43, CD71 and CD38), and mature hematopoietic cells positive for myeloid-specific markers (235a, CD14, CD15, CD16) and morphological characteristics typical. It was shown that these cells expressed genes related to the hematopoietic system (CD45, CD31, runx1, TAL1, LMO2, prom1, CD34 and NOTCH1), and had clonogenic potential in vitro of 1/574 plated cells. In addition, we corroborate the findings that hematopoietic cells have two distinct origins: they can arise as from an hemogenic endothelium as from cells with hemangioblastic properties by an hemogenic endothelium-independent way.

O transplante de células-tronco hematopoéticas (CTHs) é o tipo mais bem-sucedido de terapia celular realizado até os dias atuais. No entanto, apesar do sucesso e da relevância clínica das CTHs isoladas a partir de fontes adultas, o uso destas células tem algumas limitações em relação à sua disponibilidade, compatibilidade imunológica e risco de contaminação. Desse modo, busca-se o desenvolvimento de soluções para as dificuldades apontadas para suprir a demanda de transplantes. Uma abordagem emergente para superar este problema é baseada na cultura e diferenciação de células-tronco embrionárias humanas (CTEhs). Estas são célulastronco pluripotentes e indiferenciadas com elevada capacidade de auto-renovação e diferenciação em todas as células derivadas dos três folhetos germinativos. No entanto, os métodos de diferenciação utilizados para a produção de CTHs a partir de células pluripotentes ainda não são eficientes. Os protocolos descritos até o momento têm gerado números variados e populações de células heterogêneas, e produz apenas CTHs muito primitivas e imaturas com baixa capacidade funcional in vivo. Parte desta dificuldade pode decorrer da ineficiência do microambiente de cultura para a diferenciação. Neste trabalho, nós demonstramos um eficiente protocolo de diferenciação hematopoética baseado em cocultivo de CTEhs com fibroblastos embrionários murinos com alto rendimento na geração de célulastronco/progenitoras hematopoéticas (CTPHs) que expressam os antígenos CD45, CD43, CD31 e CD34, e apresentam potencial clonogênico in vitro equivalente ao de células mononucleares isoladas de sangue de cordão umbilical. Nós fomos capazes de produzir todas as células das linhagens eritróide e mielóide em diferentes estágios de maturação, como também células positivas para marcadores linfóides. Demonstramos ainda que as células hematopoéticas surgem no sistema de cultura a partir de um endotélio-hemogênico constituído por células CD34+CD31+. No entanto, apesar das características maduras das CTPHs obtidas por tal método, os ensaios de reconstituição hematopoiética mostraram que estas células ainda possuem limitada capacidade funcional de enxertamento em camundongos imunocomprometidos quando transplantadas por via retro-orbital. / Hematopoietic stem cells (HSC) transplant is the most successful type of cell therapy carried out to date. However, despite the success and the clinical relevance of HSC isolated from adult sources, these cells have some limitations regarding its availability, immunological compatibility and risk of contamination. Thus, we seek to develop solutions to overcome these difficulties to supply the demand for transplants. An emerging approach to overcome this problem is based on human embryonic stem cells (hESCs) culture and differentiation. These are pluripotent and undifferentiated stem cells with high capacity for self-renewal and differentiation in all cells derived from the three embryonic germ layers. However, differentiation methods used for HSC production from pluripotent cells are not efficient yet. Protocols described so far have generated varying numbers and heterogeneous cell populations, and produce only very primitive and immature HSC with low in vivo functional capacity. Part of this difficulty may result from the inefficiency of the microenvironment of culture for differentiation. Here, we demonstrate an efficient protocol based on co-culture of hESCs with mouse embryonic fibroblasts for hematopoietic differentiation with high performance to generate in vitro hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs) that express CD45, CD43, CD31 and CD34 antigens with high purity of positive cells. We were able to produce all cells of erythroid and myeloid lineages at different stages of maturation. Lymphoid potential of hematopoietic cells was also evidenced. We demonstrated the primitive origin of hematopoietic cells through capillary-like structures constituted by hemogenic CD34+CD31+ cells. However, despite mature features of HSPCs obtained by our protocol, hematopoietic reconstitution assays showed that these cells have yet limited functional capacity for grafting into immunocompromised mice when exogenously transplanted by retro-orbital route.

A hematopoese tem sido bem descrita em modelos murinos nas últimas décadas, contudo, trabalhos demonstrando os mecanismos da hematopoese em humanos ainda são escassos. A derivação da primeira linhagem de células-tronco embrionárias humanas (CTEhs) em 1998, gerou novas perspectivas tanto para o estudo da hematopoese na tentativa de mimetizar o que ocorre naturalmente durante o desenvolvimento embrionário, quanto para a aplicação clínica das células hematopoéticas obtidas a partir da diferenciação dessas células. Contudo, apesar de inúmeros trabalhos terem demonstradoa obtenção de células hematopoéticas a partir de CTEhs, os protocolos têm gerado quantidades variáveis de células, com baixa eficiência e com propriedades funcionais de células primitivas. Desse modo, este trabalho procurou estabelecer um modelo próprio de diferenciação de CTEhs-H1 em células progenitoras hematopoéticas para que estas pudessem ser melhor caracterizadas e obtidas de forma mais eficiente. Para isto, foi desenvolvido um sistema de diferenciação baseado no co-cultivo da linhagem de CTEh-H1 com fibroblastos de embrião de camundongo (MEFs), em meio de diferenciação suplementado soro fetal bovino (SFB) e citocinas e fatores de crescimento hematopoéticos em baixas concentrações. Como resultado, o desenvolvimento do presente trabalho permitiu o estabelecimento de um método para geração de populações mistas de células enriquecidas em CPHs positivas para o marcador CD45, o qual mostrou ser coexpresso com outros marcadores hematopoéticos (CD31, CD43, CD71 e CD38), e células hematopoéticas maduras positivas para marcadores mielóide-específicos (235a, CD14, CD15, CD16) e com características morfológicas típicas. Foi demonstrado que as células obtidas expressavam genes relativos ao sistema hematopoético (CD45, CD31, runx1, tal1, lmo2, prom1, CD34 e notch1), e possuíam potencial clonogênico in vitro da ordem de 1/574 células plaqueadas. Em adição, corroboramos os achados de que as células hematopoéticas apresentam duas origens distintas: a partir do endotelio hemogênico e a partir de células com propriedades hemangioblásticas independentes do endotélio hemogênico. / Hematopoiesis has been well described in murine models in recent decades, however, studies demonstrating the mechanisms of hematopoiesis in humans are still scarce. The first human embryonic stem cells line (hESCs) derived in 1998, has generated new perspectives about the study of hematopoiesis as in attempting to mimic what naturally occurs during embryonic development, as for clinical application of hematopoietic cells obtained from the differentiation of these cells. However, although numerous studies have shown the production of hematopoietic cells derived from hESCs, the protocols have generated varying quantities of cells with low efficiency and functional properties of primitive stem cells. Thus, this study sought to establish our own model for hESC-H1 differentiation in hematopoietic progenitor cells so that they could be better characterized and obtained more efficiently. For this way, we developed a differentiation system based on co-culture of hESC-H1 line with inactivated mouse embryonic fibroblasts (MEFs) in differentiation medium supplemented with fetal calf serum (FCS) and cytokines and hematopoietic growth factors in low concentrations. As a result, the development of this study allowed the establishment of a method for generation of mixed population of cells enriched in hematopoietic progenitor cells positive for the marker CD45, which proved to be co-expressed with other hematopoietic markers (CD31, CD43, CD71 and CD38), and mature hematopoietic cells positive for myeloid-specific markers (235a, CD14, CD15, CD16) and morphological characteristics typical. It was shown that these cells expressed genes related to the hematopoietic system (CD45, CD31, runx1, TAL1, LMO2, prom1, CD34 and NOTCH1), and had clonogenic potential in vitro of 1/574 plated cells. In addition, we corroborate the findings that hematopoietic cells have two distinct origins: they can arise as from an hemogenic endothelium as from cells with hemangioblastic properties by an hemogenic endothelium-independent way.

O transplante de células-tronco hematopoéticas (CTHs) é o tipo mais bem-sucedido de terapia celular realizado até os dias atuais. No entanto, apesar do sucesso e da relevância clínica das CTHs isoladas a partir de fontes adultas, o uso destas células tem algumas limitações em relação à sua disponibilidade, compatibilidade imunológica e risco de contaminação. Desse modo, busca-se o desenvolvimento de soluções para as dificuldades apontadas para suprir a demanda de transplantes. Uma abordagem emergente para superar este problema é baseada na cultura e diferenciação de células-tronco embrionárias humanas (CTEhs). Estas são célulastronco pluripotentes e indiferenciadas com elevada capacidade de auto-renovação e diferenciação em todas as células derivadas dos três folhetos germinativos. No entanto, os métodos de diferenciação utilizados para a produção de CTHs a partir de células pluripotentes ainda não são eficientes. Os protocolos descritos até o momento têm gerado números variados e populações de células heterogêneas, e produz apenas CTHs muito primitivas e imaturas com baixa capacidade funcional in vivo. Parte desta dificuldade pode decorrer da ineficiência do microambiente de cultura para a diferenciação. Neste trabalho, nós demonstramos um eficiente protocolo de diferenciação hematopoética baseado em cocultivo de CTEhs com fibroblastos embrionários murinos com alto rendimento na geração de célulastronco/progenitoras hematopoéticas (CTPHs) que expressam os antígenos CD45, CD43, CD31 e CD34, e apresentam potencial clonogênico in vitro equivalente ao de células mononucleares isoladas de sangue de cordão umbilical. Nós fomos capazes de produzir todas as células das linhagens eritróide e mielóide em diferentes estágios de maturação, como também células positivas para marcadores linfóides. Demonstramos ainda que as células hematopoéticas surgem no sistema de cultura a partir de um endotélio-hemogênico constituído por células CD34+CD31+. No entanto, apesar das características maduras das CTPHs obtidas por tal método, os ensaios de reconstituição hematopoiética mostraram que estas células ainda possuem limitada capacidade funcional de enxertamento em camundongos imunocomprometidos quando transplantadas por via retro-orbital. / Hematopoietic stem cells (HSC) transplant is the most successful type of cell therapy carried out to date. However, despite the success and the clinical relevance of HSC isolated from adult sources, these cells have some limitations regarding its availability, immunological compatibility and risk of contamination. Thus, we seek to develop solutions to overcome these difficulties to supply the demand for transplants. An emerging approach to overcome this problem is based on human embryonic stem cells (hESCs) culture and differentiation. These are pluripotent and undifferentiated stem cells with high capacity for self-renewal and differentiation in all cells derived from the three embryonic germ layers. However, differentiation methods used for HSC production from pluripotent cells are not efficient yet. Protocols described so far have generated varying numbers and heterogeneous cell populations, and produce only very primitive and immature HSC with low in vivo functional capacity. Part of this difficulty may result from the inefficiency of the microenvironment of culture for differentiation. Here, we demonstrate an efficient protocol based on co-culture of hESCs with mouse embryonic fibroblasts for hematopoietic differentiation with high performance to generate in vitro hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs) that express CD45, CD43, CD31 and CD34 antigens with high purity of positive cells. We were able to produce all cells of erythroid and myeloid lineages at different stages of maturation. Lymphoid potential of hematopoietic cells was also evidenced. We demonstrated the primitive origin of hematopoietic cells through capillary-like structures constituted by hemogenic CD34+CD31+ cells. However, despite mature features of HSPCs obtained by our protocol, hematopoietic reconstitution assays showed that these cells have yet limited functional capacity for grafting into immunocompromised mice when exogenously transplanted by retro-orbital route.

[ES] Los procesos de comunicación celular permiten a las células desarrollar una acción coordinada durante la embriogénesis y asimilar de forma coherente las señales recibidas a través del entorno. Algunas de las moléculas señalizadoras más usadas en la clínica y la investigación son las citoquinas. Sin embargo, existe una tendencia creciente en el uso de otro tipo de moléculas, como los iones metálicos. Algunos iones como el calcio y el zinc actúan como segundos mensajeros intracelulares. Otros como el litio son capaces de inactivar proteínas quinasa alterando rutas de señalización. En el desarrollo de esta tesis doctoral, se ha estudiado el efecto del zinc en células musculares de ratón, el papel del zinc en la auto-renovación de células madre embrionarias (CMEs), y el papel del litio en la diferenciación de CMEs. El estudio del efecto del zinc sobre los mioblastos demostró que el zinc es capaz de estimular la diferenciación de los mioblastos. El análisis del zinc intracelular, en los diferentes estadios de diferenciación de las células musculares, demostró que los miotubos eran capaces de albergar mayor cantidad de zinc en su interior. Los resultados mostraron que la adición de zinc extracelular estimula la fosforilación y activación de la proteína quinasa Akt. También se ha visto que el transportador de zinc, Zip7, es crítico en el proceso de diferenciación celular mediado por el zinc, además, su activación incrementa la fosforilación de Akt. La inhibición de Zip7 mediante ARN interferente redujo la fosforilación de Akt y consecuentemente origino unos niveles menores de diferenciación de los mioblastos expuestos a zinc extracelular. Nuestros resultados demuestran que altas concentraciones de zinc extracelular producen un incremento en la diferenciación de los mioblastos debido a la activación de Akt mediada por Zip7. Para el segundo estudio, se analizó el efecto del zinc sobre las CMEs. Como control de mantenimiento de la pluripotencia se usó medio suplementado con factor inhibidor de leucemia (LIF). Se ha observado que la adición externa de concentraciones de zinc superiores a 100 µM produce un incremento inmediato de la concentración de zinc intracelular activando Akt. Los resultados demuestran que las células tratadas con altas concentraciones de zinc mantienen su capacidad de auto-renovación. Para demostrar que el efecto del zinc en CMEs está asociado a la activación de Akt mediada por Zip7, se inhibió la fosforilación de Akt y se silenció Zip7. Ambos abordajes dieron como resultado un incremento en la diferenciación de las células tratadas con zinc. Por otro lado, CMEs cultivadas durante 30 días en presencia de zinc fueron capaces de retener su pluripotencia, mientras que el control sin zinc presentaba rasgos claros de diferenciación celular. Por último, la combinación de LIF con zinc produjo un incremento importante del efecto del LIF en cuanto al mantenimiento de la capacidad de auto-renovación celular. Por último, se ha estudiado el efecto del litio en la diferenciación de las CMEs. El litio es un inhibidor de la glucógeno sintasa quinasa 3ß (GSK3ß). En términos de CMEs, GSK3ß activa los mecanismos de diferenciación. Los resultados obtenidos indican que altas concentraciones de litio (10 mM) son capaces de fosforilar e inhibir la proteína GSK3ß. Sin embargo, en lugar de mantener la pluripotencia, las células madre se diferenciaron hacia el linaje del mesodermo tras 3 días de cultivo. Después de un total de 6 días, las células tratadas con 10 mM de litio presentaron características de endotelio hemogénico. La inhibición de GSK3ß dio como resultado la activación de la proteína ß-catenina, cuya actividad transcripcional es necesaria para la hematogénesis embrionaria. La capacidad de las células endoteliales con potencial hemogénico obtenidas de derivar en células madre hematopoyéticas fue confirmada tras su maduración durante 11 día / [CA] Els processos de comunicació cel·lular permeten a les cèl·lules desenvolupar una acció coordinada durant la embriogènesis y assimilar de forma coherent als senyals rebudes a través de l'entorn. Algunes de les molècules senyalitzadores més usades en la clínica i la investigació són les citocines. No obstant, hi ha una tendència creixent en l'ús d'un altre tipus de molècules, com els ions metàl·lics. Alguns ions com el calci i el zinc són capaços de dur a terme funcions de missatger secundari. Altres com el liti són capaços d'inactivar proteïnes quinasa alterant rutes de senyalització. Durant el desenvolupament d'aquest treball de tesi doctoral, s'ha estudiat l'efecte del zinc sobre mioblasts de ratolí, el paper del zinc en l'auto-renovació de les cèl·lules mare embrionàries (CMEs), i el paper del liti sobre la diferenciació de les CMEs. L'estudi de l'efecte del zinc sobre els mioblasts ha demostrat que el zinc és capaç d'incrementar la diferenciació dels mioblasts. L'anàlisi del zinc intracel·lular ha demostrat que els mioblasts diferenciats eren capaços d'albergar major quantitat de zinc intracel·lular. Els resultats han mostrat que suplementar les cèl·lules amb zinc extracel·lular produïx una major fosforilació i activació de la proteïna quinasa Akt. D'altra banda, s'ha observat que el transportador de zinc Zip7 es crític per a la diferenciació cel·lular mediada pel zinc. S'ha demostrat que l'activació d'aquest transportador mitjançant zinc extracel·lular és capaç d'incrementar la fosforilació d'Akt. La inhibició d'aquest transportador mitjançant ARN interferent ha donat com a resultat una menor fosforilació d'Akt i una menor diferenciació dels mioblasts exposats a zinc. Aquests resultats demostren que altes concentracions de zinc extracel·lular produeixen un incrementar la diferenciació dels mioblasts a causa de l'activació d'Akt per mitja de Zip7. Per al segon estudi, s'ha analitzat l'efecte del zinc sobre les CMEs. Com a control de manteniment de la pluripotència es va usar medi suplementat amb factor inhibidor de leucèmia (LIF). S'ha observat que les concentracions extracel·lulars de zinc a partir de 100 µM produïxen un increment immediat de la concentració intracel·lular, produint l'activació d'Akt per mitja de Zip7. Les CMEs tractades amb altes concentracions de zinc mantenen l'auto-renovació. Per demostrar que aquest efecte està associat a l'activació d'Akt mediada per Zip7, es va inhibir la fosforilació d'Akt i es va silenciar el transportador Zip7. Tots dos abordatges han donat com a resultat un increment en la diferenciació de les CMEs tractades amb zinc. D'altra banda, les CMEs van ser capaços de retenir la seva pluripotència després de ser cultivades durant 30 dies en presència de zinc, mentre que el control sense zinc presentava trets clars de diferenciació cel·lular. Finalment, la combinació de LIF amb zinc ha produit un increment sinèrgic de l'efecte del LIF. Finalment, també s'ha estudiat l'efecte del liti en la diferenciació de les CMEs. El liti és un inhibidor de la glicogen sintasa quinasa 3 beta (GSK3ß). En termes de CMEs, aquesta proteïna activa els mecanismes de diferenciació. Els resultats obtinguts indiquen que altes concentracions de liti (10 mM) tenen la capacitat de fosforilar i inhibir la proteïna GSK3ß. No obstant això, en lloc de mantenir la pluripotència, les CMEs es van diferenciar cap al llinatge del mesoderma després de 3 dies. Després d'un total de 6 dies, les cèl·lules tractades amb 10 mM de liti presentaven característiques d'endoteli hemogénic. La fosforilació de GSK3ß va donar com a resultat l'activació de la proteïna ß-catenina, l'activitat trasncripcional d'aquesta proteïna és necessària per a la hematogénesis embrionària. La capacitat de les cèl·lules endotelials amb potencial hemogénic obtingudes de derivar en cèl·lules mare hematopoètiques va ser confirmada després de la / [EN] The cell signalling process allows cells to develop a coordinated action during embryogenesis and assimilate coherently the signals received through the environment. Some of the most currently used signalling molecules in clinics and research are growth factors and cytokines. However, there is a growing trend in the use of other types of molecules, such as metal ions. Some ions such as calcium and zinc are able to carry out secondary messenger functions, transmitting signals in cascade. Others ions, such as lithium, are capable to inactivate protein kinases altering signalling pathways. During the development of this doctoral thesis, we investigated the effect of zinc on mouse muscle cells (myoblasts), the role of zinc in embryonic stem cells (ESCs) self-renewal, and the role of lithium in the differentiation of ESCs. In the first chapter, we showed that zinc is able to increase the differentiation of myoblasts. The analysis of intracellular zinc indicated that the differentiated myoblasts were capable to harbour higher concentration of intracellular zinc than undifferentiated ones. Addition of high concentration of extracellular zinc increased protein kinase Akt phosphorylation and activation. Akt activity is critical for myoblasts differentiation and has been well studied by other authors. Our results indicated that zinc transporter Zip7 was critical for zinc-mediated cell differentiation. It was prior demonstrated that the activation of this transporter by extracellular zinc increased the phosphorylation of Akt. The inhibition of Zip7 by interfering RNA resulted in a lower phosphorylation of Akt and reduced differentiation of the myoblasts exposed to extracellular zinc. These results demonstrated that high concentration of extracellular zinc enhances the differentiation of myoblasts through activation of Akt mediated by Zip7. In the second chapter, we have analysed the effect of zinc on ESCs. Leukaemia inhibitory factor (LIF) was used as pluripotency sustaining factor. We observed that extracellular supplementation of 100 ¿M zinc produced an immediate increase of the intracellular concentration, which resulted in the activation of Akt mediated by Zip7 transporter. ESCs treated with high concentrations of zinc maintained self-renewal. The role of Akt on ESCs self-renewal has been well established in the literature. To demonstrate that this effect is associated with the activation of Akt mediated by Zip7, we inhibited Akt phosphorylation and silenced the expression of Zip7. Both approaches resulted in an increase in the differentiation levels of the ESCs treated with zinc. We further demonstrated that ESCs treated with zinc during 30 days were able to retain their pluripotency, while the control condition cultured 30 days without zinc presented evident traits of spontaneous cellular differentiation. Finally, the combination of LIF with zinc produced a synergistic-like increase in the effect of LIF on ESCs self-renewal. Finally, we addressed the effect of lithium on the differentiation of ESCs. Lithium is an inhibitor of glycogen synthase kinase 3 beta (GSK3ß). In terms of ESCs, GSK3ß activates differentiation mechanisms. Our results indicated that high concentration of lithium (10 mM) was able to phosphorylate and strongly inhibit the activity of GSK3ß. However, instead of maintaining pluripotency, ESCs differentiated into the mesoderm lineage after 3 days of culture. After a total of 6 days, ESCs treated with 10 mM lithium showed haemogenic endothelium characteristics, expressing CD31, Sca-1 and CD31/Sca-1 positive cells. The phosphorylation of GSK3ß resulted in the activation of the ß-catenin protein, whose transcriptional activity is necessary for embryonic hematogenesis. The ability of endothelial cells with hemogenic potential obtained from lithium-treated ESCs to derive into hematopoietic stem cells was confirmed after maturation of these cells, resulting in rounded cell aggregates positive for Sox17. / Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través de la beca BES-2013-064052 y los proyectos MAT2012-38359-C03-01 y MAT2015-69315-C3-1-R. / Mnatsakanyan Movsesyan, H. (2019). ROLE OF IONS IN STEM CELLS SIGNALLING [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/123063