background image

 

Selective Translation Orchestrates Key Signaling Pathways in Primed Pluripotency 

 

Authors

 

Chikako Okubo

1

*, Michiko Nakamura

1

, Masae Sato

1

, Yuichi Shichino

2,3

, Mari Mito

2,3

, Yasuhiro 

Takashima

1

, Shintaro Iwasaki

2,3

, Kazutoshi Takahashi

1

 
Affiliations 

1

 

Department of Life Science Frontiers, Center for iPS Cell Research and Application, Kyoto 

University; Kyoto, 606-8507, Japan 

2

 RNA Systems Biochemistry Laboratory, RIKEN Cluster for Pioneering Research; Saitama, 351-

0198, Japan 

3

 

Department of Computational Biology and Medical Sciences, Graduate School of Frontier 

Sciences, The University of Tokyo; Chiba, 277-8561, Japan 
*Correspondence: chikako.okubo@cira.kyoto-u.ac.jp (C.O.); kazu@cira.kyoto-u.ac.jp (K.T.) 
 

Abstract   

Pluripotent stem cell (PSC) identities, such as differentiation and infinite proliferation, 

have long been understood within the frameworks of transcription factor networks, epigenomes, 
and signal transduction, yet remain unclear and fragmented. Directing attention toward 
translational regulation, as a bridge between these events, promises to yield new insights into 
previously unexplained mechanisms. Our functional CRISPR interference screening-based 
approach revealed that EIF3D maintains primed pluripotency through selective translational 
regulation. The loss of EIF3D disrupts the balance of pluripotency-associated signaling pathways, 
impairing primed pluripotency. Moreover, we discovered that EIF3D ensures robust proliferation 
by controlling the translation of various p53 regulators, which maintain low p53 activity in the 
undifferentiated state. In this way, selective translation by EIF3D tunes the homeostasis of the 
primed pluripotency networks, ensuring the maintenance of an undifferentiated state with high 
proliferative potential. Therefore, this study establishes a paradigm for selective translational 
regulation as a defining feature of primed PSC identity. 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

 

Introduction 

Pluripotent stem cells (PSCs) have the capacity for self-renewal under appropriate 

conditions while maintaining their distinct attributes, including differentiation potential and 
unlimited proliferation

1-5

. Pluripotency is categorized into two types: naïve, resembling the pre-

implantation inner cell mass, and primed, akin to the post-implantation epiblast

6

. These categories 

differ in their specific requirements for self-renewal, differentiation capacity, and epigenetic status. 
Previous studies have shown that inhibiting multiple kinases helps sustain naïve pluripotency in 
both rodents and humans, suggesting a conserved, kinase-independent strategy across species

7-

10

Conversely, shifting from kinase inhibition to specific growth factor stimuli enables naïve 

PSCs to transition into primed pluripotency, a state poised for differentiation into various somatic 
lineages

7,11

. Unlike the naïve state, the fate of primed pluripotency depends on a range of 

signaling inputs, including FGF, IGF, and TGFβ

12-14

. Thus, kinase signaling dynamics are crucial 

for the transition between these states and their ongoing maintenance. Paradoxically, the same 
growth factors that support primed pluripotency also initiate lineage-specific differentiation 
programs

15,16

. Maintaining a delicate balance between strong and weak kinase signaling is key to 

preserving the equilibrium between self-renewal and differentiation induction

17,18

. Although primed 

pluripotency, maintained by finely tuned signaling, is a significant research area in stem cell and 
developmental biology, the complex mechanisms governing this balance remain elusive. 

The translation process, converting RNA into proteins, emerges as a critical element in 

cellular homeostasis and the study of primed pluripotency. While overall translation remains low 
during stem cell maintenance, differentiation cues actively enhance protein synthesis

19

. This shift 

in translation dynamics highlights the importance of translational control in dictating pluripotency 
and differentiation. Analysis of genes showing discrepancies between mRNA and protein levels 
has unveiled the critical role of context-dependent post-transcriptional regulation in maintaining 
primed pluripotency

20

. This indicates that translational modulation significantly influences primed 

pluripotent states, independent of transcriptional regulation. While several translational factors 
associated with primed pluripotency have been identified

21-23

, a comprehensive understanding of 

the role of translational regulation in stem cell homeostasis and fate determination remains elusive. 
 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

 

Results

 

EIF3D Essential for Human Primed Pluripotency. 

To investigate the complex mechanisms of primed pluripotency, we conducted genome-

wide functional screening using the CRISPR interference (CRISPRi) platform

24,25

. This approach 

identified 1,686 genes that positively influence the self-renewal of primed human PSCs (

Fig. 1a 

and Supplementary Table 1

). Gene ontology (GO) analysis of these genes, critical for maintaining 

primed PSC identity, highlighted translation-related terms as significantly enriched (

Fig. 1b

). 

We focused on one of the top-ranked translation regulators from the screening, the 

eukaryotic translation initiation factor subunit D (EIF3D), a cap-binding protein

26

. EIF3D is 

abundantly expressed in undifferentiated induced PSCs (iPSCs) compared to dermal fibroblasts 
(HDFs), and its levels sharply decrease upon differentiation (

Fig. 1c

). This expression pattern is 

similar to pluripotency factors like OCT3/4, SOX2, and NANOG, suggesting EIF3D's potential role 
in primed PSCs. 

To explore its function, we created doxycycline (Dox)-inducible EIF3D knockdown (KD) 

iPSC lines (

Supplementary Fig. 1a

). Following EIF3D KD, we observed morphological changes 

characterized by flattened colonies with indistinct edges and notably enlarged nuclei (

Fig. 1d and 

Supplementary Fig. 1b, 1c

). Additionally, EIF3D KD resulted in a marked reduction in cell numbers 

between days three and five post-induction (

Fig. 1e

). Investigating this phenotype, we measured 

DNA synthesis via 5-ethynyl-2’-deoxyuridine (EdU) incorporation, revealing a significant decrease 
in the S phase cell population and a corresponding increase in cells in the G1 and G2/M phases 
following EIF3D KD (

Fig. 1f and Supplementary Fig. 1d-f

). These results collectively suggest that 

EIF3D KD imposes growth arrest on primed human PSCs. 

Moreover, EIF3D KD reduced the expression of transcripts encoding core pluripotency 

transcription factors, which are indicative markers of PSCs (

Fig. 1g

). The decrease in NANOG 

expression was more rapid and pronounced than that of POU5F1 (encoding OCT3/4) and SOX2. 
Protein expression analyses exhibited a similar trend (

Fig. 1h and Supplementary Fig. 1g

). 

Notably, transcriptional targets of p53, such as CDKN1A and MDM2 mRNAs, and their translation 
products, were significantly upregulated in EIF3D KD cells, akin to the changes seen in 
differentiated iPSCs induced by FGF withdrawal (

Fig. 1c, g, h

). Other hallmarks of senescence 

(INK4A and ARF) and cell death (FAS) markers were also elevated (

Fig. 1g

). Similar to iPSC 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

 

differentiation, the absence of EIF3D led to increased p53 protein expression, while TP53 mRNA 
showed only modest changes (

Fig. 1c, g, h, and Supplementary Fig. 1g

). Overall, the KD 

phenotypes suggested that EIF3D loss diminishes the primed PSC identity. 

Given these results, we explored the potential roles of increased p53 levels and reduced 

NANOG expression in the phenotypes arising from EIF3D KD. Introducing exogenous NANOG 
did not restore pluripotency marker expression or resolve the proliferative impairment 
(

Supplementary Fig. 2a-d

). Additionally, the concurrent KD of TP53 with EIF3D did not fully 

restore pluripotency marker expression (

Supplementary Fig. 2e-h

). However, these experiments 

showed partial recovery of cellular proliferation and a decrease in elevated p21 expression 
(

Supplementary Fig. 2g, h

). These findings suggest that analyzing hallmark genes associated 

with undifferentiated or differentiated states alone is insufficient to fully understand EIF3D's role 
in pluripotency. Nonetheless, the data indicate the involvement of the p53-p21 pathway in 
regulating the proliferation of primed PSCs, although other pathways likely contribute to EIF3D-
mediated self-renewal. In summary, the collective findings highlight the multifaceted role of EIF3D 
in maintaining primed pluripotency through complex molecular interactions. 

Next, we investigated the differentiation of naïve PSCs into a primed state to further 

assess EIF3D's role in maintaining primed pluripotency. Prior to transitioning to the primed state, 
we induced EIF3D KD in naïve PSCs for 3 days, which did not result in  any observable 
abnormalities (

Fig. 1i

). However, when we altered the culture conditions from the kinase-inhibiting 

naïve state to the growth factor-rich primed state, the EIF3D KD naïve PSCs demonstrated an 
inability to differentiate into the primed state. This was marked by significant cell death within 4 
days (

Fig. 1i

). Given this evidence of the inability to self-renew primed PSCs following EIF3D KD, 

we conclude that EIF3D is essential for maintaining primed pluripotency. 
 

Loss of EIF3D Diminishes Primed Pluripotency with Limited Impact on Three Germ Layer 
Specifications. 

We then conducted a comprehensive genome-wide transcriptome analysis to further 

investigate the underlying mechanisms from a broader perspective. To elucidate the cell fate 
changes in primed PSCs induced by EIF3D KD, we compared the global gene expression profiles 
of EIF3D KD cells with those of iPSCs differentiated through suppression of core transcription 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

 

factors (

Supplementary Fig. 3a-c

), and iPSC-derived cells directed towards endoderm (EN), 

mesoderm (ME), and neuroectoderm (NE) lineages (

Supplementary Fig. 3d

). 

Our findings revealed that EIF3D KD resulted in an incremental increase in differentially 

expressed genes (DEGs) over successive days compared to the controls (

Fig. 2a and 

Supplementary Fig. 3e

). Notably, despite significant changes in gene expression, the EIF3D KD 

profile showed less similarity to the corresponding comparatives (

Fig. 2a and Supplementary Fig. 

3f

). Instead, it seemed to enter an independent state, marked by a lack of clear lineage 

commitment to any of the three germ layers. This was accompanied by the downregulation of key 
pluripotency and primed PSC markers, including ZIC2, CD24, and SFRP2 (

Fig. 2a, b, and 

Supplementary Table 2

)

 27-32

. GO analysis revealed that EIF3D KD upregulated genes associated 

with inconsistent differentiation terms, while genes related to cell cycle and division were 
downregulated (

Supplementary Fig. 3g

). These results align well with the observed EIF3D KD 

phenotypes, including growth retardation and loss of pluripotency, with minimal contribution to 
specific lineages. 

To further investigate the effects of EIF3D KD in primed PSCs, beyond the typical three 

germ layers derived from these cells, our study expanded to include marker genes related to 
naïve PSCs and the trophoblast, an earlier diverging fate

33

. EIF3D KD also appears to weaken 

naïve pluripotent signatures, marked by decreased expression of naïve PSC markers, though 
without noticeable morphological changes in naïve PSC colonies (

Supplementary Fig. 2c, d

). 

However, the impact of EIF3D KD on gene expression changes  in naïve PSCs was less 
pronounced compared to those in the primed state (

Fig. 2e, f

). These findings underscore the 

significant role of EIF3D in the regulation of primed PSCs. 

Cluster analysis of gene sets showed that EIF3D downregulation in primed PSCs 

resulted in a significant divergence from the typical primed PSC cluster, as evidenced by reduced 
expression of genes linked to pluripotency, post-implantation epiblast, and the formative state, an 
intermediary between naïve and primed pluripotency

34

, predominantly in clusters 1 and 2 (

Fig. 

2g

).   

A notable characteristic of EIF3D KD primed PSCs is the increased expression of 

trophoblast genes, primarily found in cluster 8 (

Fig. 2g

). This cluster is distinct from clusters 4, 5, 

and 7, which contain cells that have differentiated into the three germ layers. This suggests that 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

 

EIF3D KD phenotypes disrupt primed pluripotency, leading to mismanagement of cell fate, such 
as trophoblast gene activation, rather than inducing straightforward differentiation in line with 
developmental logic. The evidence collectively indicates that EIF3D maintains primed 
pluripotency through mechanisms distinct from those of core transcription factors or the inhibition 
of specific lineage commitments. 
 

EIF3D Orchestrates Translation of Key Signaling Pathways in Primed Pluripotency. 

Based on global transcriptome data, we observed a lesser degree of change induced by 

EIF3D KD on day 3 compared to day 5 (

Fig. 2a, b, and Supplementary Fig. 3e, f

). To understand 

the initial response to EIF3D loss, we analyzed translation statuses on day 3 post-KD induction. 
Puromycin incorporation showed that EIF3D KD reduced de novo protein synthesis to 45% 
relative to control cells (

Fig. 3a

). Polysome profile analysis indicated a significant accumulation of 

the 80S ribosomal subunit with EIF3D KD, suggesting decreased translation initiation (

Fig. 3b, c

). 

To determine if EIF3D selectively regulates translation, we identified 28,561 open 

reading frames (ORFs) undergoing translation in human primed iPSCs, classified as follows: 45% 
as annotated coding sequences (CDS), 42% as variant CDS, 2% as unidentified ORFs, and 8% 
as upstream ORFs (uORFs) (see All in 

Fig. 3d

). Our analysis revealed that EIF3D KD increased 

translation efficiency (TE) in 284 ORFs and decreased it in 1,340 ORFs. The increased TE group 
featured a higher percentage of uORFs (34.86%), whereas the reduced TE group showed no 
significant preference in  ORF classification. These findings suggest that EIF3D is involved in 
regulating the translation of non-canonical ORFs in primed PSCs, though annotated ORFs like 
CDS comprise the majority of EIF3D targets. 

Therefore, we subsequently examined the status of annotated ORF translation following 

EIF3D KD. Ribosome profiling demonstrated that EIF3D KD significantly altered the TE of 1,321 
genes (increased in 402; decreased in 919), which we term differential translation efficiency genes 
(DTEGs). This suggests a selective translation regulation by EIF3D (

Fig. 3e and Supplementary 

Table 3, 4

).  Pathway analysis indicated that downregulated DTEGs (dDTEGs) were linked to 

several  signaling  pathways,  including  EGF,  WNT,  insulin,  MAPK,  and  TGFβ,  all  critical  in 

maintaining pluripotency (

Fig. 3f

)

  35

. In contrast, upregulated DTEGs (uDTEGs) did not show 

significantly enriched terms. Given the EIF3D KD phenotype, which includes the loss of primed 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

 

pluripotency, it is plausible that these pluripotency-related signaling pathways are implicated in 
dDTEG. 

Following the pathway analysis results, we confirmed the TEs of EIF3D targets in each 

enriched pathway. The beeswarm plots revealed significant TE alterations in the transcripts of the 

EGF, WNT, Insulin, MAPK, and TGFβ pathways (

Fig. 3g and Supplementary Table 5-9

). Next, 

we assessed the phosphorylation statuses of key proteins in these signaling pathways, potentially 
regulated by EIF3D. EIF3D KD led to the hyperactivation of the MAPK, insulin (AKT, mTOR, and 
p70S6K), and WNT pathways, while simultaneously 

suppressing  the  TGFβ  pathway  through 

SMAD2 (

Fig. 3h

). These findings confirm that EIF3D KD disrupts the balance of multiple signaling 

activities in primed PSCs through selective translation regulation. 
 

EIF3D Inhibits p53 Protein Expression Through Selective Translation of p53 Regulators. 

Besides the dysregulation of multiple kinase pathways, there is a notable increase in p53 

protein and subsequent activation of the p53 pathway due to EIF3D KD (

Fig. 1h and 

Supplementary Fig. 1h, 2g

). However, ribosome profiling data revealed no significant change in 

p53 translation efficiency following EIF3D KD (Likelihood ratio test, Fold Change=1.01, adjusted 
p=0.92). This led us to hypothesize about an indirect regulatory mechanism. To deepen our 
understanding, we conducted a comparative analysis between DTEGs and a compilation of post-
transcriptional regulators of p53 protein expression

36

. Setting a TE threshold of 1.5-fold change, 

EIF3D KD resulted in significant translation dysregulation of 207 out of 818 genes, accounting for 
25.3% of the list (

Fig. 4a and Supplementary Table 10

). We also confirmed the protein reduction 

of p53 regulators in EIF3D KD primed PSCs (

Fig. 4b

), suggesting that EIF3D indirectly influences 

p53 protein expression by regulating the translation of its regulators. 

As an example, we identified RBBP6, a dDTEG, previously reported as a negative 

regulator of p53 protein stability

37

. As expected, RBBP6 KD mimicked EIF3D KD phenotypes, 

including cell growth defects with morphological changes, reduced expression of pluripotency 
markers, increased p53 proteins, and elevated expression of CDKN1A/p21 and MDM2 (

Fig. 4c-

f

). These findings indicate that EIF3D plays a role in modulating p53 protein expression by 

controlling the translation of its regulators. 
 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

 

Discussion 

This study demonstrates that EIF3D is crucial in sustaining primed pluripotency through 

selective translation, which finely balances kinase signaling and suppresses the p53 pathway. 
EIF3D's role, inclusive of selective translation, has been recognized in relation to oncogenic and 
stress responses. Recent research has clarified EIF3D's influence on the translation regulation of 
the MAPK pathway in common cell lines, such as 293T and HeLa

38,39

. These prior findings bolster 

our current results, showing that EIF3D's translation control can modulate specific signaling 
pathways' activities. 

Maintaining low p53 activity is essential in undifferentiated PSCs, though its exact 

regulatory mechanism was previously unclear

40

. Our study sheds light on EIF3D's indirect 

inhibition of p53 by targeted translation modulation of p53 regulators. Moreover, the marked 
increase of p53 protein in EIF3D KD, combined with the inverse correlation between increased 
p53 protein and decreased EIF3D expression during PSC differentiation, strongly suggests 
EIF3D's pivotal role in suppressing p53. 

EIF3D KD led to a notable phenotype in primed PSCs, yet its effect was limited in the 

naïve state. This difference might be due to the abundant expression and EIF3D-insensitive 
regulation of p53 protein in naïve PSCs. Additionally, kinase pathway-independent self-renewal 
in kinase-inhibiting conditions might make naïve PSCs less susceptible to EIF3D's translation 
regulation. Although further investigation is needed, the significant phenotype observed in EIF3D 
KD naïve PSCs exposed to growth factor-rich media for primed PSCs supports this theory. 

Research on transcription factor networks and signaling pathways has greatly enhanced 

our understanding of pluripotency. This study highlights the significance of translation regulation 
as a link between these two aspects in pluripotency. Our CRISPRi screening indicates that, 
besides EIF3D, other translational regulators may play roles in maintaining primed pluripotency, 
suggesting that deeper exploration into translational control will offer more insights into 
pluripotency's fundamental nature. 
 

 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

 

 

Fig. 1: EIF3D is essential for maintaining primed pluripotency.

   

a

, Rank plot from CRISPRi screening. Red and blue dots represent genes significantly increased 

or decreased (±1 standard deviation (SD)) following 16 days of knockdown, respectively. n=3. 
See full list in 

Supplementary Table 1

b

, Top gene ontology terms among 1,686 genes crucial for 

primed  pluripotency maintenance. 

c

,  Protein  expression in undifferentiated and differentiating 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

10 

 

PSCs (10 and 20 days post-FGF withdrawal) and HDFs. 

d

, Representative images of Control and 

EIF3D KD iPSCs,  5  days  post-KD induction. Scale bars: 

100  μm

e

,  Cell counts  on days 3 

(p=4.70e-4) and 5 (p=3.53e-7) post-KD induction (mean ± SD, n=6). p-values determined via 
unpaired t-test. 

f

, Cell cycle phase distribution (mean ± SD, n=3). G1: p=2.14e-3; S: p=4.43e-7; 

G2/M: p=1.99e-4, calculated by unpaired t-test. 

g

, RNA expression of pluripotency and TP53-

related genes during EIF3D KD. n=3. 

h

, Expression of pluripotency and p53-associated proteins 

during EIF3D KD. 

i

, Differentiation of naive PSCs to primed state. Induction of differentiation from 

naive to primed PSCs, 3 days post-Dox addition, by altering culture conditions. Representative 

images of specified cell lines and days are shown. Scale bars: 100 μm. See also 

Supplementary 

Fig. 1, 2

 

 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

11 

 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

12 

 

Fig. 2: Transcriptome dynamics in primed PSCs following EIF3D loss.

   

a

, Principal component analysis (PCA) of RNA-seq data. Each dot represents the average value 

of replicates. n=3. 

b

, Volcano plots displaying differentially expressed genes (DEGs) between 

control and EIF3D KD iPSCs, 3 and 5 days after Dox addition. Understated-colored dots represent 
DEGs. Highlighted-colored dots denote key pluripotency markers. Red and blue dots indicate 
genes significantly upregulated and downregulated, respectively (|log

2

FC| > 1, adjusted p < 0.05). 

n=3. See full gene list and FC in 

Supplementary Table 2

c

, Representative images of control and 

sgEIF3D naïve PSCs, 5 days post-

Dox addition. Scale bars: 100 μm. 

d

, Protein expression in 

control and EIF3D KD naïve (N) and primed (P) PSCs, 5 days post-Dox addition. 

e

, Volcano plot 

illustrating DEGs (|log2FC| > 1, adjusted p-value < 0.05) between control and sgEIF3D naïve 
PSCs, 5 days post-Dox addition. 

f

, Euclidean distance between control and sgEIF3D in both naïve 

and primed PSCs (mean ± SD, n=9) (unpaired comparison of three each from control and 
sgEIF3D groups). p=5.84e-4, determined by unpaired t-test. 

g

, Sample clustering from 

Fig. 2A

 in 

addition to control and sgEIF3D naïve PSCs, with emphasis on selected marker genes. n=3. See 
also 

Supplementary Fig. 3

 

 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

13 

 

 

Fig. 3: EIF3D-mediated selective translation regulates multiple signaling pathways.

   

a

, Quantification of de novo protein synthesis by detecting incorporated puromycin. n=3. p=6.75e-

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

14 

 

3 determined by unpaired t-test. 

b

, Representative polysome profiles of sgEIF3D primed PSCs 

compared to control lines on day 3 post-Dox addition. 

c

, Area under curve quantification for 

specified ribosomal fractions (mean ± SD, n=3). Ratios 60S/40S: p=0.011; 80S/40S: p=0.012; 
polysomes (PS)/40S: p=0.094, calculated using unpaired t-test. 

d

, Categorization of ORFs with 

varying translation efficiency during EIF3D KD. Displayed are all ORFs translated in human iPSCs 
(All), and those downregulated (Down) or upregulated (Up) by EIF3D KD over 3 days. 

e

, Volcano 

plot showing upregulated Differentially Translated Expressed Genes (uDTEGs, red) and 
downregulated DTEGs (dDTEGs, blue) (|log

2

FC| > 1, adjusted p < 0.05). See full gene list, FC, 

and adjusted p-value in 

Supplementary Table 3, 4

f

, Pathway enrichment analysis of dDTEGs 

using WikiPathways. 

g

, Beeswarm plots indicating log

10

TE of transcripts in specified pathways 

according to WikiPathways (WP437, WP399, WP481, WP382, and WP366 for EGF, WNT, Insulin, 
MAPK, and TGF

β

 pathways, respectively) (mean ± SD). EGF: p<0.0001; WNT: p=0.0262; Insulin: 

p<0.0001; MAPK: p<0.0001; TGF

β: p<0.0001, analyzed by Wilcoxon matched

-pairs signed-rank 

test. See full gene list, FC, and adjusted p-value in 

Supplementary Table 5-9

h

, Phosphorylation 

status of key proteins in the signaling pathways across the timeline of EIF3D KD. 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

15 

 

 

Fig. 4: Indirect regulation of p53 protein through EIF3D-mediated selective translation.

   

a

, Venn diagrams display the overlap between DTEGs with significant Translation Efficiency (TE 

|log

2

FC| > 0.58) and p53 regulators. Genes with higher TE (|log

2

FC| > 1) are highlighted in red. 

See full gene list, FC, and adjusted p-value in 

Supplementary Table 10

b

, Protein expression of 

p53 regulators translationally controlled by EIF3D. High TE (|log

2

FC| > 1) includes RBBP6, SSU72, 

and TCP1; moderate TE (|log

2

FC| > 0.58) includes KDM5C, WDR5, WDR82, and REST. 

c

Representative images of specified cells, 5 days post-

KD induction. Scale bars: 100 μm. 

d

, Cell 

counts of the cells depicted in 

Fig. 4c

 (mean ± SD, n=6). 

e

, Relative gene expression in cells from 

Fig. 4c

. Values normalized to GAPDH and compared to control without Dox. n=3. 

f

, Protein 

expression of specified proteins in cells from 

Fig. 4c

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

16 

 

 

Supplementary Fig. 1: Supporting Data for EIF3D KD in Primed PSCs (Related to Fig. 1). 
a

, EIF3D expression on specified days post-KD induction, normalized to GAPDH and compared 

to control on day 0 (mean

 

±

 

SD, n=3). 

b

, Representative images of Hoechst 33342-stained control 

and sgEIF3D primed PSCs, 5 days post-KD induction. Scale bars: 

100 μm

c

, Nuclear size in 

control (n=5287) and sgEIF3D (n=5257) iPSCs, 5 days after Dox addition. p=1.18e-47, 
determined  by unpaired t-test. 

d

, Flow cytometry panels showing DNA content and EdU 

incorporation in control (grey) and sgEIF3D (red) primed PSCs, 5 days post-KD  induction. 

e

Standard gating strategy used in flow cytometry analysis. 

f

, Flow cytometry data of control (upper) 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

17 

 

and sgEIF3D (lower) primed PSCs, 5 days post-KD induction, without EdU incorporation. 

g

Immunocytochemistry images of control (upper) and sgEIF3D (lower) primed PSCs, 5 days post-
KD induction, showing specified proteins (red). Nuclei visualized with Hoechst 33342 (blue). Scale 
bars: 

100 μm

 
 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

18 

 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

19 

 

Supplementary Fig. 2: Impact of NANOG Overexpression and TP53 KD in EIF3D KD Primed 
PSCs (Related to Fig. 1).

   

a

, Representative images of control and sgEIF3D primed PSCs, with and without NANOG 

transgene (Tg), 5 days post-KD induction. Scale bars: 

100 μm

b

, Relative expression of EIF3D 

and  pluripotency markers in cells from 

Supplementary Fig. 2a

, normalized to GAPDH and 

compared to the control without Dox. n=3. 

c

, Protein expression of EIF3D and pluripotency 

markers in cells depicted in 

Supplementary Fig. 2a

d

, Cell counts from 

Supplementary Fig. 2a

, 5 

days post-KD induction (mean ± SD,  n=6). 

e

, Representative images of control and sgEIF3D 

primed PSCs, with and without sgTP53, 5 days post-

KD induction. Scale bars: 100 μm. 

f

, Relative 

expression of specified transcripts in cells from 

Supplementary  Fig. 2e

. Values normalized to 

GAPDH and compared to control without Dox. n=3. 

g

, Protein expression in cells depicted in 

Supplementary Fig. 2e

h

, Cell counts from 

Supplementary Fig. 2e

, 5 days post-KD induction 

(mean ± SD, n=6). Control vs. sgTP53: p<0.0001; Control+sgTP53 vs. sgEIF3D+sgTP53: 
p<0.0002, determined by one-way ANOVA. 
 

 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

20 

 

 

Supplementary Fig. 3: Transcriptome Changes Induced by EIF3D Knockdown in Primed 
PSCs (Related to Fig. 2). 
a

,  Relative expression of pluripotency markers in cells expressing sgPOU5F1, sgSOX2, and 

sgNANOG, 5 days post-Dox addition. Values are normalized to GAPDH and compared with 
control+Dox. n=3. 

b

,  Expression of pluripotency marker proteins in the cells depicted in 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

21 

 

Supplementary Fig. 3a

c

, Representative images of the indicated cells, 5 days post-KD induction. 

Scale bars: 100 μm. 

d

, Relative expression of POU5F1 as a pluripotency marker and various 

lineage markers in cells differentiated into specified lineages. Values are normalized to GAPDH 
and compared with undifferentiated 1B4 iPSCs (P35). n=2. 

e

,  Venn diagrams illustrating the 

overlap of differentially expressed genes (DEGs) on days 3 (top) and 5 (bottom) post-KD induction. 

f

,  Panels displaying the PCA results of RNA-seq from 

Fig. 2a

, detailed on indicated principal 

component (PC) axes. 

g

, Gene Ontology (GO) analyses for the DEGs.   

 
 

 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

22 

 

Methods 

Cell Culture 
Human iPSC lines (WTB6 and 1B4 are gifts from Bruce R. Conklin of the Gladstone Institutes) 
were maintained on tissue culture plates coated by iMatrix 511 silk (Matrixome) using StemFit 
AK02N media (Ajinomoto), as previously described

41

. For passaging, cells were washed once 

with Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (D-PBS, Nacalai Tesque) and incubated in TrypLE 
Express (Thermo Fisher Scientific) for 10 min at 37°C. Subsequently, cells were dissociated into 
single cells and washed in Dulbecco's Modified Eagle Medium/Ham's F-12 (DMEM/F-12, WAKO) 
containing 0.1% bovine serum albumin (BSA, WAKO). After cell counting and centrifugation, the 
cells were resuspended in StemFit AK02N media suppl

emented with 1.67 μg/mL iMatrix

-511 silk 

and 10 μM Y

-27632 (Nacalai Tesque). G-banding tests conducted by Nihon Gene Laboratories 

confirmed that all PSC lines used in this study showed no significant karyotypic abnormalities. 
Human dermal fibroblasts (HDFs) derived from fetal (HDF1419, Cell Applications) and adult (TIG-
120, a gift from Kazuhiko Kaji) donors were maintained in DMEM (Nacalai Tesque) with 10% fetal 
bovine serum (FBS, Cosmo Bio) and used within six passages for the study. Routine testing 
confirmed the absence of mycoplasma infection. 

 

 

Transposon-Mediated Gene Transfer 

We transfected 1 μg of a plasmid containing 

the inverted terminal repeats of either PiggyBac (PB) 

or Sleeping Beauty (SB) transposons, together with 0.5 μg of a plasmid encoding a hyperactive 

PB transposase (hyPBase) or SB transposase (SB100X), into 5 × 10

5

 human PSCs. This was 

accomplished using the P3 Primary Cell 4D-Nucleofector X Kit S (Lonza) and Program CA-137 
on the 4D Nucleofector device (Lonza). Two days post-transfection, the transfectants were 
selected with the appropriate drug until non-transfected cells were completely eradicated. 
Subsequently, single cell-derived colonies that uniformly expressed the transduced fluorescent 
protein were isolated and expanded. 
 
CRISPR Interference (CRISPRi) 
To generate inducible CRISPRi iPSC lines targeting a specific gene, we introduced a vector 
containing U6 promoter-driven sgRNA along with CAG promoter-driven fluorescence protein and 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

23 

 

a drug resistance marker into the 1B4 human iPSC line (P23-28) using the PB-mediated gene 
transfer method previously described

24

. Starting on day 2 post-transfection, drug selection was 

initiated and continued until non-transfected cells were eliminated. Subsequently, single cell-
derived colonies uniformly expressing the fluorescent protein were isolated and expanded. To 
induce kno

ckdown,  we  administered  1  μg/mL  of  doxycycline  (Dox,  WAKO)  for  the  specified 

duration. Knockdown clones within 20 passages post-subcloning were utilized for the study. The 
spacer sequences are listed in 

Supplementary Table 11

 

Endoderm Differentiation 
Endoderm differentiation was conducted as previously described, with minor modifications

42,43

1B4 iPSCs (P35, 36, and 37) were seeded at a density of 1 × 10

6

 cells per well in iMatrix 511-

coated 6-

well  plates  using  StemFit  AK02N  media,  supplemented  with  10  μM  Y

-27632. The 

following day, cells were washed once with DMEM/F-12 and the media was replaced with 
Differentiation Media 1 (DM1) consisted of DMEM/F-12 (Thermo Fisher Scientific), 2% B27 
supplement (Thermo Fisher Scientific), 1% MEM Non-Essential Amino  Acids (NEAA, Thermo 
Fisher Scientific), and 0.1 mM 2-mercaptoethanol (2-ME, Thermo Fisher Scientific), 

supplemented with 100 ng/mL Activin A (Nacalai Tesque), 3 μM CHIR99021 (Nacalai Tesque), 

20 ng/mL bFGF (Nacalai Tesque), and 50 nM PI-103 (Cayman Chemical). After 24 hours, the 
cells were washed with DMEM/F-12 and the medium was replaced with DM1 supplemented with 
100 ng/mL Activin A and 250 nM LDN193189 (Stemgent). Two days later, following another wash 
with DMEM/F-12, the cells were cultured in DM1 with 100 ng/mL Activin A for an additional 48 
hours. 
 
Mesoderm Differentiation 
Directed differentiation to mesoderm was carried out with minor modifications from previously 
described methods

43,44

. A day prior to differentiation, 1B4 iPSCs (P35, P36, and P37) were 

seeded at a density of 1 × 10

6

 cells per well in iMatrix 511-coated 6-well plates using StemFit 

AK02N media supplemented with 10 μM Y

-27632. The following day, cells were washed once 

with DMEM/F-12 and then cultured in DM1 medium containing 30 ng/mL Activin A, 40 ng/mL 
BMP4 (Peprotech)

, 6 μM CHIR99021, 20 ng/mL bFGF, and 100 

nM PIK-90 (MedChemExpress) 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

24 

 

for 24 hours. Subsequently, after a wash with DMEM/F-12, the medium was replaced with DM1 

supplemented  with  40  ng/mL  BMP4,  1  μM  A83

-

01,  and  4  μM  CHIR99021,  and  cells  were 

maintained for an additional 48 hours. Then, the cells were washed once more with DMEM/F-12 
and then cultured in DM1 medium supplemented with 40 ng/mL BMP4 for another 48 hours. 
 
Ectoderm Differentiation 
Neuroectoderm differentiation was conducted as previously described

45,46

. A day prior to induction, 

1B4 iPSCs (P35, 36, and 37) were seeded at a density of 1 × 10

6

 cells per well in iMatrix 511-

coated 6-

well  plates,  using  StemFit  AK02N  medium  supplemented  with 10  μM  Y

-27632. The 

following day, the cells were washed once with DMEM/F-12 and then cultured in Glasgow's MEM 
(WAKO) containing 8% Knockout Serum Replacement (KSR, Thermo Fisher Scientific), 1 mM 
sodium pyruvate (Sigma-Aldrich), 1% MEM Non-Essential Amino Acids (NEAA), 0.1 mM 2-ME, 1 

μM A83

-01, and 250 nM LDN193189. This was maintained for five days, with daily media changes. 

 
Generation and Maintenance of Naïve PSCs 
Primed PSCs were converted to a naïve pluripotent state as previously described

11

. Prior to 

conversion, we maintained primed PSCs on γ

-ray irradiated primary mouse embryonic fibroblasts 

(MEFs) in DFK20 media, composed of DMEM/F-12, 20% KSR, 1% NEAA, 0.1 mM 2-ME, and 4 
ng/mL bFGF. For harvesting, cells were treated with CTK solution (ReproCELL) and dissociated 
into single cells. We then seeded 1.5 × 10

5

 primed PSCs onto inactivated MEFs in a well of a 6-

well plate using DFK20 media supplemented with 10 μM Y

-27632. The cells were incubated at 

37°C in a hypoxic environment (5% O

2

). The following day, the media was replaced with NDiff227 

(Takara) supplemented with 1 μM PD325901 (Stemgent), 10 ng/mL LIF (EMD Millipore), and 1 

mM Valproic acid (WAKO). After three days, we switched the media to PXGL, consisting of 
NDiff227 supplemente

d with 1 μM PD325901, 2 μM XAV939 (WAKO), 2 μM Gö6983 (Sigma

-

Aldrich), and 10 ng/mL LIF. Upon the emergence of round-shaped colonies, the cells were 
dissociated using a 1:1 mixture of TrypLE Express and 0.5 mM EDTA, and then plated onto fresh 
inactivated M

EF feeders in PXGL media containing 10 μM Y

-27632. We replaced the media daily 

and passaged the cells every 3–5 days. The cells were utilized for assays after a minimum of 30 
days post-conversion. 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

25 

 

Differentiation of Naïve PSCs to the Primed State 
Prior to differentiating naïve PSCs into a primed state, we treated the cells, which were grown in 
PXGL media on iMatrix 511-coated plates, with Dox for 3 days. Subsequently, the media was 
replaced with StemFit AK02N, also supplemented with Dox, and the cells were incubated under 
normoxic conditions (20% O

2

). The cells were passaged every 4 days. 

 
RNA Isolation and Reverse-Transcription Polymerase Chain Reaction 
Cells were washed once with D-PBS and lysed using QIAzol reagent (QIAGEN). Total RNA was 
extracted using the Direct-zol RNA Miniprep kit (Zymo Research), including on-column genomic 
DNA digestion as per the provided instructions. For reverse transcription (RT), one microgram of 
RNA was utilized, employing the ReverTra Ace qPCR RT Master Mix (TOYOBO). Quantitative 
RT-PCR was conducted with gene-specific primers (refer to 

Supplementary Table 11

) using either 

THUNDERBIRD Next SYBR qPCR Mix (TOYOBO) or TaqMan assays (Thermo Fisher Scientific) 
with TaqMan Universal Master Mix II, no UNG (Thermo Fisher Scientific) on a QuantoStudio 5 
Real-Time PCR System (Applied Biosystems). Raw Ct values were normalized against ACTB or 
GAPDH expression using the delta-delta Ct method. Relative expression was then calculated as 
fold-change relative to the control. 
 
Size-Based Protein Analysis 
Cells were washed once with D-PBS and lysed using RIPA buffer (Sigma-Aldrich) supplemented 
with a protease inhibitor cocktail (Sigma-Aldrich). The crude lysates were centrifuged at 15,300 × 
g for 15 min at 4°C, and the cleared supernatant was transferred to a new tube. The concentration 
of the cleared lysate was measured using a Pierce BCA Protein Assay Kit  (Thermo Fisher 
Scientific) and an EnVision 2104 plate reader (Perkin Elmer), following previously described 
methods. For quantitative and specific detection of target proteins, we utilized either a Wes or 
Jess automated capillary electrophoresis platform (ProteinSimple) with 12-230 kDa or 60-440 kDa 

Separation Modules (ProteinSimple). We loaded 2 μg of cell lysate per detection, along with the 

following antibodies: mouse monoclonal anti-OCT3/4 (1:500, Santa Cruz Biotechnology), goat 
polyclonal anti-SOX2 (1:40, R&D Systems), goat polyclonal anti-NANOG (1:40, R&D Systems), 
mouse monoclonal anti-p53 (DO-7) (1:200, Novus Biologicals), goat polyclonal anti-p53 (1:100, 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

26 

 

R&D Systems), rabbit monoclonal anti-p21 (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit monoclonal 
anti-MDM2 (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit polyclonal anti-EIF3D (1:250, Proteintech), 
rabbit polyclonal anti-SOX11 (1:500, Proteintech), rabbit polyclonal anti-KLF17 (1:200, Sigma-
Aldrich), rabbit monoclonal anti-ERK1/2 (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit monoclonal anti-
phospho-ERK1/2 (Thr202/Tyr204) (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit monoclonal anti-
SMAD2 (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit polyclonal anti-phospho-SMAD2 
(Ser245/250/255) (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit monoclonal anti-mTOR (1:50, Cell 
Signaling Technology), rabbit monoclonal anti-phospho-mTOR (Ser2448) (1:50, Cell Signaling 
Technology), rabbit monoclonal anti-AKT (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit monoclonal 
anti-phospho-AKT (Ser473) (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit polyclonal anti-p70S6K 
(1:50, Cell Signaling Technology), rabbit polyclonal anti-phospho-p70S6K (Thr389) (1:50, Cell 
Signaling Technology), rabbit polyclonal anti-phospho-p70S6K (Thr421/Ser424) (1:50, Cell 
Signaling Technology), rabbit monoclonal anti-

β

-Catenin (1:50, Cell Signaling Technology), rabbit 

monoclonal anti-phospho-

β

-Catenin (Ser552) (1:50, Cell Signaling Technology), mouse 

monoclonal anti-puromycin (1:20, Developmental Studies Hybridoma Bank), rabbit polyclonal 
anti-RBBP6 antibody (1:50, Sigma-Aldrich), rabbit polyclonal anti-TCP1 (1:200, Proteintech), 
rabbit polyclonal anti-SSU72 (1:100, Proteintech), rabbit polyclonal anti-REST (1:100, 
Proteintech), rabbit polyclonal anti-KDM5C (1:250, Proteintech), rabbit polyclonal anti-WDR5 
(1:100, Proteintech), rabbit polyclonal anti-WDR82 (1:50, Proteintech), rabbit monoclonal anti-
VINCULIN (1:250, Cell Signaling Technology), and rabbit polyclonal anti-alpha tubulin (1:200, 
Proteintech). Data visualization and analysis were conducted using Compass for SW6.0 software 
(ProteinSimple). 
 
Immunocytochemistry 
The cells were washed once with D-PBS and fixed with 4% paraformaldehyde (Nacalai Tesque) 
for 15 min at room temperature. They were then blocked in D-PBS containing 1% BSA, 2% normal 
donkey serum (Sigma-Aldrich), and 0.2% Triton X-100 (Teknova) for 45 min at room temperature. 
Subsequently, the fixed cells were incubated overnight at 4°C with primary antibodies diluted in 
D-PBS containing 1% BSA. Following this, the cells were washed with D-PBS and incubated for 
45 min at room temperature in 1% BSA containing fluorescence-conjugated secondary antibodies 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

27 

 

and 1 μg/mL Hoechst 33342 (Thermo Fisher Scientific). After a final wash in D

-PBS, fluorescence 

was detected using a BZ-X810 imaging system (KEYENCE). Merged images were generated 
using a BZ-X Analyzer (KEYENCE). Nuclear size was quantified by analyzing Hoechst images 
with a Hybrid Cell Count Module (KEYENCE). The antibodies and their dilutions were as follows: 
mouse monoclonal anti-OCT3/4 (1:200), goat polyclonal anti-SOX2 (1:100), goat polyclonal anti-
NANOG (1:100), goat polyclonal anti-p53 (1:200), rabbit monoclonal anti-p21 (1:400), Alexa 647 
Plus anti-mouse IgG (1:500, Thermo Fisher Scientific), Alexa 647 Plus anti-rabbit IgG (1:500, 
Thermo Fisher Scientific), and Alexa 647 Plus anti-goat IgG (1:500, Thermo Fisher Scientific). 
 
Puromycin Incorporation 
After washing the cells grown in three wells twice with pre-warmed D-PBS, we added StemFit 

AK02N  media  containing  100  μg/mL  Cycloheximide  (CHX,  Sigma

-Aldrich) to one well, and 

StemFit AK02N media alone to the other two wells. Following a 10-min incubation at 37°C, we 

added 1 μM puromycin to one well containing CHX

-treated cells and to one of the two non-treated 

wells, then continued incubation for 30 min at 37°C. Post-incubation, cells were washed with ice-
cold D-PBS and lysed using RIPA buffer, supplemented with a protease inhibitor cocktail. 
Subsequently, the samples underwent Size-based protein analysis as described previously. 
 
Cell-Cycle Analysis 
As previously described

47

, we conducted cell-cycle analysis using the Click-iT EdU Alexa Fluor 

647 Flow Cytometry Assay Kit (Thermo Fisher Scientific). Cells seeded at a density of 5 × 10

5

 

cells per well in a 6-well plate were cultured for five days in StemFit AK02N media supplemented 
with Dox. Subsequently, the cells were incubated in media containing 10 µM 5-ethynyl-

2′

-

deoxyuridine (EdU) for 135 min at 37°C. The cells were then harvested and washed with 1% BSA. 
Following centrifugation, the cells were resuspended in Click-iT fixative and incubated for 15 min 
at room temperature. After washing the fixed cells with 1% BSA, they were permeabilized with 1× 
Click-iT Perm/Wash reagent for 15 min at room temperature. For EdU detection, we added D-
PBS containing Copper Protectant, Alexa Fluor 647 picolyl azide, and 1× Click-iT EdU buffer 
additive to the cell suspension. The samples were then washed with 1× Click-iT Perm/Wash 

reagent and stained with 1 μg/mL FxCycle Violet (Thermo Fisher Scientific) for 30 min at room 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

28 

 

temperature. We analyzed 1 × 10

4

 cells using a FACS Aria II (BD Biosciences) and BD FACSDiva 

software (BD Biosciences). EdU (detected with Alexa 647) and DNA (detected with FxCycle 
Violet) were analyzed using APC (650/660 nm) and Pacific Blue (405/455 nm) filters, respectively. 
Data analysis was conducted using FlowJo software (FlowJo LLC). 
 
Genome-wide CRISPRi Screens 
Ten micrograms of the genome-wide CRISPRi library hCRISPRi-v2 (courtesy of Jonathan 

Weissman: Addgene, #83969) along with 3.75 μg of psPAX2 (courtesy of Didier Trono: Addgene, 
#12260) and 1.25 μg of pMD2.G (courtesy of Didier Trono: Addgene, #12259) were t

ransfected 

into 293T/17 cells (P27, ATCC) using TransIT-Lenti Transfection Reagent (Mirus). Cells, plated 
at 5 million per 100-mm collagen I-coated dish, were transfected the day before

25

. Two days post-

transfection, the virus-containing supernatant was filtered through a 0.45-

μm pore size PVDF filter 

(Millipore), and lentiviral particles were concentrated using the Lenti-X Concentrator (Takara) as 
per the instructions. The lentivirus was then infected into 1B4 iPSCs (P23) at a multiplicity of 
infection (MOI) of <0.4 (as determined by TagBFP fluorescence in the lentiviral vector) to achieve 
coverage of >1,000×. Three days post-

infection, cells were selected with 1.5 μg/mL puromycin 

until all non-infected cells perished. Subsequently, the cells were plated at 10 million per 150-mm 

dish in StemFiT AK02N containing 10 μM Y

-27632 and iMatrix-511 silk. The following day, the 

media was replaced with StemFiT AK02N supplemented with Dox. Cells were split every two to 
three days, maintaining a minimum of 100 million cells, corresponding to a 1,000× coverage. Cells 
maintained without Dox (day 0) and those with Dox for 16 days were harvested, and SSEA-5 (+) 
cells were collected using an autoMACS Pro Separator (Miltenyi biotec). Genomic DNA was 
purified from at least 100 million cells of each sample using NucleoSpin Blood XL (Takara) or 
QIAamp DNA Blood Midi Kit (QIAGEN). The purified DNA was digested overnight with SbfI-HF 
(New England Biolabs) and separated on a 0.8% TAE agarose gel. Post-electrophoresis, DNA 
fragments ranging from 350 to 700 bp were excised from the gel and purified using a QIAGEN 
gel extraction kit (QIAGEN). PCR and library preparation were conducted as previously 
described

25

. The libraries were sequenced using a NextSeq 500/550 High Output v2 Kit (Illumina) 

with custom primers, following the manufacturer's protocol. Reads were aligned to the hCRISPRi-
v2 sequences, counted, and analyzed using MAGeCK (version 0.5.9.5), then visualized using the 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

29 

 

MAGeCK flute (version 1.12.0) package in R (version 4.1.1)

 48,49

. GO analysis was conducted 

using clusterProfiler (version 4.2.2)

 50,51

 
Polysome Profiling 
The method used for polysome fractionation was based on a previously described method with 
minor modifications

52

. A single semiconfluent well of a 10-cm dish containing either control or 

sgEIF3D iPSCs was placed on a CoolBox XT Workstation (Biocision) to maintain a temperature 
of 4°C. This was followed by one gentle wash with 5 mL of ice-cold DPBS. The cells were then 
gently scraped and dissociated in 0.6 mL of ice-cold lysis buffer, consisting of 20 mM Tris-HCl 
(pH 7.5), 150 mM NaCl, 5 mM MgCl

2

 (Nacalai Tesque), 1 mM dithiothreitol (DTT, WAKO), a 

protease inhibitor cocktail, 100 μg/mL cycloheximide (CHX), 100 μg/mL chloramphenicol, and 1% 

Triton X-100. The cell suspension was collected into a pre-chilled 1.5-mL DNA LoBind Tube 
(Eppendorf). The lysate was incubated for 15 min on ice with 25 units/mL Turbo DNase (Thermo 
Fisher Scientific) before centrifugation at 20,000 × 

g

 for 10 min at 4°C. The cleared supernatant 

was then transferred to a fresh 1.5-mL tube. The samples were rapidly frozen using liquid nitrogen 
and stored at -80°C. 

A continuous sucrose gradient ranging from 10% to 45% was prepared using 10% and 

45% sucrose solutions (Sigma-Aldrich) in a 14 × 95 mm polyclear tube (Seton). The gradient was 

created in the presence of 100 μg/mL CHX and 1 mM DTT in polysome buffer (25 mM 

Tris-HCl, 

pH 7.5, 150 mM NaCl, and 15 mM MgCl

2

) using the Biocomp Gradient Master program (Biocomp). 

Thawed cell lysates were measured for RNA concentration using the Qubit RNA BR Assay Kit 
(Thermo Fisher Scientific). A consistent volume of cell lysate con

taining 40 μg of RNA from each 

sample  (300  μL)  was  layered  onto  the  continuous  sucrose  gradient.  The  polysomes  were 

separated by centrifugation in a himac ultracentrifuge using a P40ST rotor (himac) at 36,000 rpm 
for 2.5 hours  at 4°C. The relative RNA abundance in ribosomal subunits, monosomes, and 
polysomes was detected using a 254-nm ultraviolet light with the Biocomp Piston Gradient 
Fractionator (Biocomp). AUC were calculated using GraphPad Prism 8.0.2. 
 
RNA Sequencing 
Cells were lysed using QIAzol reagent, and total RNA was purified according to the protocol 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

30 

 

mentioned earlier. RNA quality was assessed using an Agilent RNA6000 Pico Kit on a 
Bioanalyzer 2100 (Agilent). The library preparation and subsequent analysis were carried out 
following methods outlined in previous studies

53,54

. Briefly, 100 ng of DNase-treated total RNA 

was used for library preparation with the Illumina Stranded Total RNA Prep Ligation with Ribo-
Zero Plus kit (Illumina). The libraries were evaluated using an Agilent High-Sensitivity DNA Kit 
(Agilent) and then sequenced using either a NextSeq 500/550 High Output v2 Kit (Illumina), 
NextSeq 1000/2000 P2 Reagents (100 cycles) v3 (Illumina), or HiSeq X (Illumina). The adapter 
sequence was trimmed using cutadapt-1.12

55

. Reads mapping to ribosomal RNA were excluded 

using SAM tools (version 1.10)

 56

 and Bowtie 2 (version 2.2.5)

 57

. Reads were aligned to the hg38 

human genome using STAR Aligner (version 2.7.10b)

 58

. Quality checks were performed using 

RSeQC (version 4.0.0)

  59

. Reads were counted with HTSeq (version 0.13.5)

  60

  using the 

GENCODE annotation file (version 35)

 61

. Counts were normalized using DESeq2 (version 1.34.0) 

in R (version 4.1)

  62

. The DESeq2 package was also used to perform Wald tests. PCA and 

heatmaps were generated using prcomp and pheatmap, respectively. GO analysis was 
conducted and visualized using clusterProfiler

50,51

 
Ribosome Profiling 
Ribosome profiling was conducted as previously outlined

63,64

. Cells were lysed in a buffer 

containing 20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 150 mM NaCl, 5 mM MgCl

2

, 1 mM DTT, 1% Triton X-100, 

100 μg/mL chloramphenicol, and 100 μg/mL CHX, followed by a 15

-minute DNase treatment on 

ice. RNA concentrations in the lysate were measured using the Qubit RNA BR assay kit (Thermo 

Fisher Scientific). We treated 10 μg of RNA w

ith RNase I (Epicentre) for 45 min at 25°C. The 

ribosome footprint RNA was then concentrated via ultracentrifugation using a sucrose cushion 
(20 mM Tris-HCl, pH 7.5, 150 mM NaCl, 5 mM MgCl

2

, 1 mM DTT, 20 U/mL SUPERase-In (Thermo 

Fisher S

cientific), 1 M Sucrose, 100 μg/mL chloramphenicol, and 100 μg/mL CHX). The resulting 

pellets were resuspended in pellet buffer (20 mM Tris-HCl, pH 7.5, 300 mM NaCl, 5 mM MgCl

2

1 mM DTT, 1% Triton X-100, and 20 U/mL SUPERase-In) and purified using the Direct-zol RNA 
Microprep kit (Zymo Research). The RNA samples were separated by electrophoresis, and 
fragments ranging from 17-34 nt were excised and purified using Dr. GenTLE Precipitation Carrier 
(Takara). These purified ribosome footprint RNAs were ligated  with linker oligonucleotides 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

31 

 

containing an inner index sequence and a unique molecular identifier (UMI), followed by rRNA 
depletion using riboPOOLs for Ribo-seq (siTOOLs). The residual RNAs were reverse transcribed 
using ProtoScript II (New England Biolabs) and circularized with circLigase2 (Epicentre). The 
cDNA templates were amplified using Phusion polymerase (New England Biolabs) with index-
sequenced primers. 

To calculate translational efficiency, corresponding RNA-seq experiments were 

performed using RNA extracted from the lysis buffer. We utilized TRIZOL LS reagent (Thermo 
Fisher Scientific) and the Direct-zol RNA Microprep kit for RNA extraction. The RNA-seq libraries 
were prepared as instructed by manufacturer's protocol, except using RiboPOOLs for RNA-seq 
(siTOOLs) in the rRNA depletion step and xGen

 

UDI-UMI Adapters (Integrated DNA 

Technologies) in adapter ligation step. The cDNA libraries were sequenced following the RNA 
sequencing protocol. The reads were demultiplexed using the inner index and adapters were 
removed using fastp (version 0.22.0) and fastx-split

65

. To filter out reads mapping to rRNA, 

Bowtie2 and SAMtools were used. The remaining reads were aligned to the human genome 
(hg38) using STAR (version 2.7.10b), and duplicates were removed based on UMI using bam-
suppress-duplicates. Quality control statistics were calculated using fp-framing. Read counting 
and normalization were performed using fp-count and DESeq2, respectively. Translation 
efficiency (TE) and fold change values were calculated using the average values of replicates as 
follows (

i

 indicates a gene): 

 

𝑇𝑇𝑇𝑇

𝑖𝑖

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅

 

𝑝𝑝𝑝𝑝𝑅𝑅𝑝𝑝𝑅𝑅𝑝𝑝𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝

 

𝑝𝑝𝑅𝑅𝑝𝑝𝑅𝑅𝑛𝑛𝑝𝑝𝑅𝑅𝑛𝑛𝑅𝑅𝑛𝑛

 

𝑐𝑐𝑅𝑅𝑐𝑐𝑝𝑝𝑐𝑐

𝑖𝑖

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅

 

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑠𝑠𝑐𝑐𝑅𝑅𝑝𝑝𝑐𝑐𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝

  

𝑝𝑝𝑅𝑅𝑝𝑝𝑅𝑅𝑛𝑛𝑝𝑝𝑅𝑅𝑛𝑛𝑅𝑅𝑛𝑛

 

𝑐𝑐𝑅𝑅𝑐𝑐𝑝𝑝𝑐𝑐

𝑖𝑖

 

 

𝐹𝐹𝑅𝑅𝑝𝑝𝑛𝑛

 

𝑐𝑐ℎ𝑛𝑛𝑝𝑝𝑝𝑝𝑅𝑅

𝑖𝑖

=

𝑇𝑇𝑇𝑇

𝑖𝑖

 

𝑅𝑅𝑝𝑝

 

𝑇𝑇𝐸𝐸𝐹𝐹

3

𝐷𝐷

𝑇𝑇𝑇𝑇

𝑖𝑖

 

𝑅𝑅𝑝𝑝

 

𝑐𝑐𝑅𝑅𝑝𝑝𝑐𝑐𝑝𝑝𝑅𝑅𝑝𝑝

 

 
For identifying differentially translated transcripts, we employed DESeq2, utilizing a likelihood ratio 
test (model: Experiment + Target + Experiment:Target; reduced model: Experiment + Target). In 
pathway enrichment analysis, Enrichr was used with the WikiPathways_2021_Human database. 
To analyze upstream, downstream, and newly identified open reading frames (ORFs), we first 
obtained a bed file using ORF-RATER with ribosome profiling data of the parental iPSC line WTB6, 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

32 

 

treated with CHX and harringtonine

66,67

. Using this bed file, reads from control and sgEIF3D (Dox+ 

3 days) samples were counted by fp-count. We then conducted a statistical analysis to identify 
significantly different transcripts between these conditions, employing DESeq2 with a Wald test. 
 
Statistics 
The quantitative measurement results are presented as individual data points, depicted by colored 
dots, with means indicated by bars. In some instances, bar graphs with individual data points and 
error bars representing standard deviations are used. Statistical analyses included unpaired two-
tailed t-tests to calculate p-values, assessing differences between two groups. Furthermore, one-
way analysis of variance (ANOVA) was utilized for multiple comparisons. These analyses were 
performed using GraphPad Prism version 8.0.2 (GraphPad) and Excel (Microsoft). Statistical 
significance was determined by p-values or adjusted p-values less than 0.05, denoted by 
asterisks in the figures. The specific values are detailed in the figure legends. 

 

Key resources table 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Antibodies 

Mouse monoclonal anti-OCT3/4 

Santa Cruz Biotechnology 

Cat# sc-5279, 
RRID:AB_628051 

Goat polyclonal anti-SOX2 

R&D Systems 

Cat# AF2018, 
RRID:AB_355110 

Goat polyclonal anti-NANOG 

R&D Systems 

Cat# AF1997, 
RRID:AB_355097 

Rabbit polyclonal anti-EIF3D 

Proteintech 

Cat# 10219-1-AP, 
RRID:AB_2096880 

Goat polyclonal anti-SOX17 

R&D Systems 

Cat# AF1924, 
RRID:AB_355060 

Goat polyclonal anti-HAND1 

R&D Systems 

Cat# AF3168, 
RRID:AB_2115853 

Rabbit polyclonal anti-PAX6 

BioLegend 

Cat# 901301, 
RRID:AB_2565003 

Goat polyclonal anti-p53 

R&D Systems 

Cat# AF1355, 
RRID:AB_354749 

Mouse monoclonal anti-p53 

Novus biologicals 

Cat# NBP2-34308, 
RRID:AB_964897 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

33 

 

Rabbit monoclonal anti-p21 

Cell Signaling Technology 

Cat# 2947, 
RRID:AB_823586 

Rabbit monoclonal anti-MDM2 

Cell Signaling Technology 

Cat# 86934, 
RRID:AB_2784534 

Rabbit monoclonal anti-ERK1/2 

Cell Signaling Technology 

Cat# 4695, 
RRID:AB_390779 

Rabbit monoclonal anti-phospho-
ERK1/2 (Thr202/Tyr204) 

Cell Signaling Technology 

Cat# 4370, 
RRID:AB_2315112 

Rabbit monoclonal anti-SMAD2 

Cell Signaling Technology 

Cat# 5339, 
RRID:AB_10626777   

Rabbit polyclonal anti-phospho-
SMAD2 (Ser245/250/255) 

Cell Signaling Technology 

Cat# 3104, 
RRID:AB_390732 

Rabbit monoclonal anti-mTOR 

Cell Signaling Technology 

Cat# 2983, 
RRID:AB_2105622 

Rabbit monoclonal anti-phospho-
mTOR (Ser2448) 

Cell Signaling Technology 

Cat# 5536, 
RRID:AB_10691552 

Rabbit monoclonal anti-AKT 

Cell Signaling Technology 

Cat# 4691, 
RRID:AB_915783 

Rabbit monoclonal anti-phospho-
AKT (Ser473) 

Cell Signaling Technology 

Cat# 4058, 
RRID:AB_331168 

Rabbit polyclonal anti-p70S6K 

Cell Signaling Technology 

Cat# 9202, 
RRID:AB_331676 

Rabbit polyclonal anti-phospho-
p70S6K (Thr389) 

Cell Signaling Technology 

Cat# 9205, 
RRID:AB_330944 

Rabbit polyclonal anti-phospho-
p70S6K (Thr421/Ser424) 

Cell Signaling Technology 

Cat# 9204, 
RRID:AB_2265913 

Rabbit monoclonal anti-

β

-Catenin 

Cell Signaling Technology 

Cat# 9582, 
RRID:AB_823447 

Rabbit monoclonal anti-phospho-

β

-

Catenin (Ser552) 

Cell Signaling Technology 

Cat# 5651, 
RRID:AB_10831053 

Rabbit polyclonal anti-SOX11 

Proteintech 

Cat# 29395-1-AP, 
RRID:AB_2918291 

Rabbit polyclonal anti-KLF17 

Sigma-Aldrich 

Cat# HPA024629, 
RRID:AB_1668927 

Rabbit polyclonal anti-RBBP6 

Sigma-Aldrich 

Cat# HPA041725, 
RRID:AB_2677639 

Rabbit polyclonal anti-TCP1 

Proteintech 

Cat# 10320-1-AP, 
RRID:AB_10694136 

Rabbit polyclonal anti-SSU72 

Proteintech 

Cat# 15434-1-AP, 
RRID:AB_2878138 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

34 

 

Rabbit polyclonal anti-KDM5C 

Proteintech 

Cat# 14426-1-AP 
RRID:AB_10837073 

Rabbit polyclonal anti-REST 

Proteintech 

Cat# 22242-1-AP, 
RRID:AB_2879044 

Rabbit polyclonal anti-WDR5 

Proteintech 

Cat# 15544-1-AP 
RRID:AB_2257220 

Rabbit polyclonal anti-WDR82 

Proteintech 

Cat# 21354-1-AP 

Rabbit monoclonal anti-VINCULIN  Cell Signaling Technology 

Cat# 13901, 
RRID:AB_2728768 

Rabbit polyclonal anti-alpha tubulin  Proteintech 

Cat# 11224-1-AP, 
RRID:AB_2210206 

Mouse monoclonal anti-puromycin 

Developmental Studies 
Hybridoma Bank 

Cat# PMY-2A4 
RRID:AB_2619605 

FITC mouse monoclonal anti-
SSEA-5 

Biolegend 

Cat# 355208, 
RRID:AB_2561827 

Anti-FITC Microbeads 

Miltenyi biotec 

Cat# 130-048-701, 
RRID:AB_244371 

Alexa 488 Plus donkey anti-mouse 
IgG 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# A32766, 
RRID:AB_2762823 

Alexa 647 Plus donkey anti-mouse 
IgG 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# A32728, 
RRID:AB_2633277 

Alexa 647 Plus donkey anti-rabbit 
IgG 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# A32795, 
RRID:AB_2762835 

Alexa 647 Plus donkey anti-goat 
IgG 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# A32849, 
RRID:AB_2762840 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins 

StemFit AK02N 

Ajinomoto 

Cat# AK02 

NDiff227 

Takara 

Cat# Y40002 

DMEM high glucose 

Nacalai Tesque 

Cat# 08459-35 

DMEM/F-12 

WAKO 

Cat# 048-29785 

DMEM/F-12 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 10565018 

Glasgow's MEM   

WAKO 

Cat# 078-05525 

Fetal bovine serum 

Cosmo Bio 

Cat# CCP-FBS-BR-500 

7.5% Bovine Serum Albumin (BSA)  WAKO 

Cat# 012-23881 

B27 supplement 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 17504044 

Knockout Serum Replacement 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 10828028 

MEM Non-Essential Amino Acids 
Solution 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 11140050 

Sodium pyruvate solution 

Sigma-Aldrich 

Cat# S8636 

2-mercaptoethanol 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 21985023 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

35 

 

iMatrix-511 silk 

Matrixome 

Cat# 892021 

Geltrex 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# A1413301 

Doxycycline Hydrochloride 

WAKO 

Cat# 045-31123 

Puromycin Dihydrochloride 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# A1113803 

Blasticidin S Hydrochloride 

WAKO 

Cat# 022-18713 

Hygromycin B 

WAKO 

Cat# 084-07681 

Dulbecco's Phosphate Buffered 
Saline 

Nacalai Tesque 

Cat# 14249-95 

Antibiotic-Antimycotic 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 15240062 

Antibiotic-Antimycotic Mixed 
Solution 

Nacalai Tesque 

Cat# 02892-54 

BD FACS Pre-Sort Buffer 

BD biosciences 

Cat# 563503 

UltraPure 0.5 M EDTA, pH8.0 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 15575020 

TrypLE Express 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 12604013 

AccuMax 

Innovative Cell Technologies  Cat# AM105 

Dissociation solution (CTK 
solution) 

ReproCELL 

Cat# RCHETP002 

Activin A, Human recombinant 

Nacalai Tesque 

Cat# 18585-81 

BMP4, Human recombinant 

Peprotech 

Cat# 120-05ET 

bFGF, Human recombinant   

Nacalai Tesque 

Cat# 19155-36 

LIF, Human recombinant 

WAKO 

Cat# 125-06661 

EGF, Human recombinant 

WAKO 

Cat# 059-07873 

Y-27632 

Nacalai Tesque 

Cat# 18188-04 

PIK-90 

Cayman Chemical 

Cat# 10010749 

PI-103 Hydrochloride     

MedChemExpress 

Cat# HY-10115A 

A83-01 

Stemgent 

Cat# 04-0014 

LDN193189 

Stemgent 

Cat# 04-0074 

CHIR99021 

Nacalai Tesque 

Cat# 18764-44 

PD325901 

Stemgent 

Cat# 04-0006 

XAV939 

WAKO 

Cat# 247-00951 

Gö6983

 

Sigma-Aldrich 

Cat# G1918 

Valproic acid 

WAKO 

Cat# 227-01071 

SC79 

Sigma-Aldrich 

Cat# SML0749 

MHY1485 

MedChemExpress 

Cat# HY-B0795 

Nutlin-3a 

Sigma-Aldrich 

Cat# SML0580 

FxCycle Violet Stain 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# F10347 

Hoechst 33342 

DOJINDO 

Cat# H342 

0.4% Trypan blue solution 

WAKO 

Cat# 207-17081 

4% Paraformaldehyde Solution 

Nacalai Tesque 

Cat# 09154-85 

10% Triton X-100 solution 

Teknova 

Cat# T1105 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

36 

 

Normal donkey serum 

Sigma-Aldrich 

Cat# D9663 

Lenti-X Concentrator 

Takara 

Cat# 631232 

Cycloheximide 

Sigma-Aldrich 

Cat# C4859 

Chloramphenicol 

WAKO 

Cat# 030-19452 

1 M Tris-HCl, pH 7.5 

WAKO 

Cat# 318-90225 

5 M Sodium chloride 

Nacalai Tesque 

Cat# 06900-14 

1 M Magnesium chloride 

Nacalai Tesque 

Cat# 20942-34 

1 M dithiothreitol 

WAKO 

Cat# 044-33871 

Sucrose 

WAKO 

Cat# 198-13525 

Critical commercial assays 

P3 Primary Cell 4D-Nucleofector X 
Kit S 

Lonza 

Cat# V4XP-3032 

TransIT-Lenti Transfection 
Reagent 

Mirus 

Cat# MIR6600 

Click-iT EdU Alexa Fluor 647 Flow 
Cytometry Assay Kit 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# C10424 

QIAzol lysis reagent 

QIAGEN 

Cat# 79306 

TRIZOL LS reagent 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 10296028 

Direct-zol RNA Miniprep kit 

Zymo Research 

Cat# R2052 

 

Direct-zol RNA Microprep kit 

Zymo Research 

Cat# R2062 

ReverTra Ace qPCR RT Kit 

TOYOBO 

Cat# FSQ-101 

THUNDERBIRD Next SYBR qPCR 
Mix 

TOYOBO 

Cat# QPX-201 

TaqMan Universal Master Mix II, 
no UNG 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 4440040 

NucleoSpin Blood XL 

Takara 

U0950B 

QIAamp DNA Blood Midi Kit 

QIAGEN 

Cat# 51185 

QIAquick Gel Extraction Kit 

QIAGEN 

Cat# 28706 

SbfI-HF 

New England Biolabs 

Cat# R3642 

KOD One Master Mix   

TOYOBO 

Cat# KMM-101 

NEBuilder HiFi DNA Assembly 
Master Mix 

New England Biolabs 

Cat# E2621 

riboPOOLs for Ribo-seq (Homo 
sapiens) 

siTOOLsBiotech 

Cat# 042 

riboPOOLs (Homo sapiens) 

siTOOLsBiotech 

Cat# 054 

xGen UDI-UMI Adapters 

Integrated DNA Technologies  Cat# 10005903 

ProtoScript II 

New England Biolabs 

Cat# M0368L 

CircLigaseII ssDNA ligase 

Epicentre 

Cat# CL9025K 

Turbo DNase 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# AM2238 

RNase I 

Epicentre 

Cat# N6901K 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

37 

 

SUPERase-In 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# AM2696 

Phusion polymerase 

New England Biolabs 

Cat# M0530S 

Dr. GenTLE Precipitation Carrier 

Takara 

Cat# 9094 

Anti-Rabbit Detection Module for 
Jess, Wes, Peggy Sue or Sally Sue 

ProteinSimple 

Cat# DM-001 

Anti-Mouse Detection Module for 
Jess, Wes, Peggy Sue or Sally Sue 

ProteinSimple 

Cat# DM-002 

Anti-Goat Detection Module for 
Jess, Wes, Peggy Sue or Sally Sue 

ProteinSimple 

Cat# DM-006 

Agilent RNA6000 Pico Kit 

Agilent 

Cat# 5067-1513 

Agilent High-Sensitivity DNA Kit 

Agilent 

Cat# 5067-4626 

Qubit RNA BR Assay Kit 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# Q10211 

IDT for Illumina RNA UD Indexes 
Set A, Ligation 

Illumina 

Cat# 20040553 

Illumina Stranded Total RNA Prep, 
Ligation with Ribo-Zero Plus 

Illumina 

Cat# 20040529 

NextSeq 500/550 High Output v2 
Kit 

Illumina 

Cat# FC-404-2005 

NextSeq 1000/2000 P2 Reagents 
(100 cycles) v3 

Illumina 

Cat# 20046811 

Experimental models: Cell lines 

WTB6 human iPSC line 

Miyaoka et al.

67

 

RRID:CVCL_VM30 

1B4 (CRISPRi Gen1B) human 
iPSC line 

Mandegar et al.

24

 

RRID:CVCL_VM35 

TIG-120 human dermal fibroblast 

Kazuhiko Kaji 

RRID:CVCL_320 

HDF1419 human dermal fibroblast  Cell Applications, Inc. 

RRID:CVCL_DP65 

293T/17 

ATCC 

RRID:CVCL_1926 

Oligonucleotides 

Primers 

eurofins 

See 

Supplementary 

Table 11

 

CDKN2A (Hs02902543_mH) 
TaqMan assay 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 4331182 

CDKN2A (Hs99999189_m1) 
TaqMan assay 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 4331182 

GAPDH (Hs02786624_g1) 
TaqMan assay 

Thermo Fisher Scientific 

Cat# 4331182 

Recombinant DNA 

PB-U6-CNCB 

Takahashi et al.

22

 

N/A 

PB-U6-CNCB_sgEIF3D-1 

This study 

See 

Supplementary 

Table 11 

PB-U6-CNCB_sgEIF3D-4 

This study 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

38 

 

PB-U6-CNKB_sgEIF3D-1 

This study 

 

See 

Supplementary 

Table 11

 

PB-U6-CNCH_sgTP53-1 

This study 

PB-U6-CNCH_sgTP53-3 

This study 

PB-U6-CNCH_sgTP53-5 

This study 

PB-2G-CNCB_sgRBBP6-68 

This study 

SB-CAG-Clover-P2A-NANOG-IP 

This study 

N/A 

pCW-hyPBase 

Takahashi et al.

22

 

N/A 

pCW-SB100X 

Takahashi et al.

22

 

N/A 

pMD2.G 

Didier Trono 

RRID:Addgene_12259 

psPAX2 

Didier Trono 

RRID:Addgene_12260 

Human Genome-wide CRISPRi-v2 
Libraries 

Jonathan Weissman 

RRID:Addgene_83969 

Software and algorithms 

BZ-X Analyzer BZ-H3A 

https://www.keyence.com/glo
bal.jsp 

KEYENCE 

Hybrid Cell Count Module BZ-H3C 

https://www.keyence.com/glo
bal.jsp 

KEYENCE 

Compass for SW6.0 

https://www.proteinsimple.co
m/compass/downloads/ 

ProteinSimple 

cutadapt-1.12 

http://gensoft.pasteur.fr/docs/
cutadapt/1.18/index.html 

Martin et al.

55

 

bowtie 2 (version 2.2.5) 

http://bowtie-
bio.sourceforge.net/bowtie2/i
ndex.shtmll 

Langmead et al.

57

 

SAM tools (version 1.10) 

https://sourceforge.net/projec
ts/samtools/files/samtools/1.7

Li et al.

56

 

STAR Aligner (version 2.7.10b) 

https://github.com/alexdobin/
STAR 

Dobin et al.

58

 

RSeQC (version 4.0.0) 

http://rseqc.sourceforge.net/ 

Wang et al.

59

 

HTSeq (version 0.13.5) 

https://htseq.readthedocs.io/e
n/master/ 

Anders et al.

60

 

DESeq2 (version 1.26.0) 

https://bioconductor.org/pack
ages/release/bioc/html/DESe
q2.html 

Love et al.

62

 

FlowJo (version 10.9.0) 

https://www.flowjo.com/ 

FlowJo, LLC 

Office 365 

https://www.office.com/ 

Microsoft 

Adobe Creative Cloud 

https://www.adobe.com/ 

Adobe 

GraphPad Prism (version 8.0.2) 

https://www.graphpad.com/sc
ientific-software/prism/ 

GraphPad 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

39 

 

R (version 4.1.1) 

https://www.r-project.org/ 

 

MAGeCK (version 0.5.9.5) 

https://sourceforge.net/p/mag
eck/wiki/Home/ 

Li et al.

48

 

MAGeCKFlute (version 1.12.0) 

https://www.bioconductor.org/
packages/release/bioc/html/
MAGeCKFlute.html 

Wang et al.

49

 

clusterProfiler (version 4.2.2) 

https://bioconductor.org/pack
ages/release/bioc/html/cluste
rProfiler.html 

Yu et al.

50

 

fastp 

https://github.com/OpenGene
/fastp 

Wu et al.

51

 

fastx-split 

https://github.com/ingolia-
lab/RiboSeq/ 

 

bam-suppress-duplicates 

https://github.com/ingolia-
lab/RiboSeq/ 

 

fp-framing 

https://github.com/ingolia-
lab/RiboSeq/ 

 

fp-count 

https://github.com/ingolia-
lab/RiboSeq/ 

 

Enrichr 

https://maayanlab.cloud/Enric
hr/ 

 

 
References 

1.  Thomson, J. A.

 et al.

 Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. 

Science

 

282

1145-1147 (1998). 

2.  Evans, M. J. & Kaufman, M. H. Establishment in culture of pluripotential cells from mouse 

embryos. 

Nature

 

292

, 154-156 (1981).   

3.  Martin, G. R. Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium 

conditioned by teratocarcinoma stem cells. 

Proc Natl Acad Sci U S A

 

78

, 7634-7638 (1981). 

4.  Brons, I. G.

  et al.

  Derivation of pluripotent epiblast stem cells from mammalian embryos. 

Nature

 

448

, 191-195 (2007).   

5.  Tesar, P. J.

 et al.

 New cell lines from mouse epiblast share defining features with human 

embryonic stem cells. 

Nature

 

448

, 196-199 (2007). https://doi.org/10.1038/nature05972 

6.  Nichols, J. & Smith, A. Naive and primed pluripotent states. 

Cell Stem Cell

 

4

, 487-492 (2009). 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2009.05.015 

7.  Takashima, Y.

  et al.

  Resetting transcription factor control circuitry toward ground-state 

pluripotency in human. 

Cell

 

158

, 1254-1269 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.08.029 

8.  Theunissen, T. W.

  et al.

  Systematic identification of culture conditions for induction and 

maintenance of naive human pluripotency. 

Cell Stem Cell

 

15

, 471-487 (2014). 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2014.07.002 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

40 

 

9.  Bayerl, J.

  et al.

  Principles of signaling pathway modulation for enhancing human naive 

pluripotency induction. 

Cell Stem Cell

 

28

, 1549-1565.e1512 (2021). 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.04.001 

10. Ying, Q. L.

 et al.

 The ground state of embryonic stem cell self-renewal. 

Nature

 

453

, 519-523 

(2008). https://doi.org/nature06968 [pii]10.1038/nature06968 

11. Guo, G.

  et al.

  Epigenetic resetting of human pluripotency. 

Development

 

144

, 2748-2763 

(2017). https://doi.org/10.1242/dev.146811 

12. Bendall, S. C.

 et al.

 IGF and FGF cooperatively establish the regulatory stem cell niche of 

pluripotent human cells in vitro. 

Nature

 

448

, 1015-1021 (2007). 

https://doi.org/10.1038/nature06027 

13. James, D., Levine, A. J., Besser, D. & Hemmati-Brivanlou, A. TGFbeta/activin/nodal signaling 

is necessary for the maintenance of pluripotency in human embryonic stem cells. 

Development

 

132

, 1273-1282 (2005). https://doi.org/10.1242/dev.01706 

14. Vallier, L., Alexander, M. & Pedersen, R. A. Activin/Nodal and FGF pathways cooperate to 

maintain pluripotency of human embryonic stem cells. 

J Cell Sci

 

118

, 4495-4509 (2005). 

https://doi.org/10.1242/jcs.02553 

15. Sumi, T., Tsuneyoshi, N., Nakatsuji, N. & Suemori, H. Defining early lineage specification of 

human embryonic stem cells by the orchestrated balance of canonical Wnt/beta-catenin, 
Activin/Nodal and BMP signaling. 

Development

 

135

, 2969-2979 (2008). 

https://doi.org/10.1242/dev.021121 

16. Schuldiner, M., Yanuka, O., Itskovitz-Eldor, J., Melton, D. A. & Benvenisty, N. From the cover: 

effects of eight growth factors on the differentiation of cells derived from human embryonic 
stem cells. 

Proc Natl Acad Sci U S A

 

97

, 11307-11312. (2000).   

17. Singh, A. M.

 et al.

 Signaling network crosstalk in human pluripotent cells: a Smad2/3-regulated 

switch that controls the balance between self-renewal and differentiation. 

Cell Stem Cell

 

10

312-326 (2012). https://doi.org/10.1016/j.stem.2012.01.014 

18. Huang, T. S.

 et al.

 

A Regulatory Network Involving β

-Catenin, e-Cadherin, PI3k/Akt, and Slug 

Balances Self-Renewal and Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells In Response to 
Wnt Signaling. 

Stem Cells

 

33

, 1419-1433 (2015). https://doi.org/10.1002/stem.1944 

19. Sampath, P.

 et al.

 A hierarchical network controls protein translation during murine embryonic 

stem cell self-renewal and differentiation. 

Cell Stem Cell

 

2

, 448-460 (2008). 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2008.03.013 

20. Iwasaki, M.

  et al.

  Multi-omics approach reveals posttranscriptionally regulated genes are 

essential for human pluripotent stem cells. 

iScience

 

25

, 104289 (2022). 

https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104289 

21. Corsini, N. S.

 et al.

 Coordinated Control of mRNA and rRNA Processing Controls Embryonic 

Stem Cell Pluripotency and Differentiation. 

Cell Stem Cell

 

22

, 543-558.e512 (2018). 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.03.002 

22. Takahashi, K.

 et al.

 Critical Roles of Translation Initiation and RNA Uridylation in Endogenous 

Retroviral Expression and Neural Differentiation in Pluripotent Stem Cells. 

Cell Rep

 

31

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

41 

 

107715 (2020). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107715 

23. Bartsch, D.

 et al.

 mRNA translational specialization by RBPMS presets the competence for 

cardiac commitment in hESCs. 

Sci Adv

 

9

, eade1792 (2023). 

https://doi.org/10.1126/sciadv.ade1792 

24. Mandegar, M. A.

 et al.

 CRISPR Interference Efficiently Induces Specific and Reversible Gene 

Silencing in Human iPSCs. 

Cell Stem Cell

 

18

, 541-553 (2016). 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2016.01.022 

25. Horlbeck, M. A.

  et al.

  Compact and highly active next-generation libraries for CRISPR-

mediated gene repression and activation. 

Elife

 

5

 (2016). https://doi.org/10.7554/eLife.19760 

26. Lee, A. S., Kranzusch, P. J., Doudna, J. A. & Cate, J. H. eIF3d is an mRNA cap-binding protein 

that is required for specialized translation initiation. 

Nature

 

536

, 96-99 (2016). 

https://doi.org/10.1038/nature18954 

27. Adewumi, O.

 et al.

 Characterization of human embryonic stem cell lines by the International 

Stem Cell Initiative. 

Nat Biotechnol

 

25

, 803-816 (2007). https://doi.org/10.1038/nbt1318 

28. Takahashi, K.

 et al.

 Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined 

factors. 

Cell

 

131

, 861-872 (2007). https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.11.019 

29. Mair, B.

  et al.

  Essential Gene Profiles for Human Pluripotent Stem Cells Identify 

Uncharacterized Genes and Substrate Dependencies. 

Cell Rep

 

27

, 599-615.e512 (2019). 

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.02.041 

30. Tsuneyoshi, N.

  et al.

  PRDM14 suppresses expression of differentiation marker genes in 

human embryonic stem cells. 

Biochem Biophys Res Commun

 

367

, 899-905 (2008). 

https://doi.org/S0006-291X(08)00003-X [pii]10.1016/j.bbrc.2007.12.189 

31. Wong, R. C.

 et al.

 L1TD1 is a marker for undifferentiated human embryonic stem cells. 

PLoS 

One

 

6

, e19355 (2011). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0019355 

32. Messmer, T.

  et al.

  Transcriptional Heterogeneity in Naive and Primed Human Pluripotent 

Stem Cells at Single-Cell Resolution. 

Cell Rep

 

26

, 815-824.e814 (2019). 

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.12.099 

33. Io, S.

 et al.

 Capturing human trophoblast development with naive pluripotent stem cells in vitro. 

Cell Stem Cell

 

28

, 1023-1039.e1013 (2021). https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.03.013 

34. Kinoshita, M.

  et al.

 Capture of Mouse and Human Stem Cells with Features of Formative 

Pluripotency. 

Cell Stem Cell

 

28

, 453-471.e458 (2021). 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.11.005 

35. Dalton, S. Signaling networks in human pluripotent stem cells. 

Curr Opin Cell Biol

 

25

, 241-

246 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ceb.2012.09.005 

36. Lü, Y.

 et al.

 Genome-wide CRISPR screens identify novel regulators of wild-type and mutant 

p53 stability. 

bioRxiv

, 2022.2003.2013.483372 (2022). 

https://doi.org/10.1101/2022.03.13.483372 

37. Li, L.

 et al.

 PACT is a negative regulator of p53 and essential for cell growth and embryonic 

development. 

Proc Natl Acad Sci U S A

 

104

, 7951-7956 (2007). 

https://doi.org/10.1073/pnas.0701916104 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

42 

 

38. Herrmannová, A.

  et al.

  eIF3e and eIF3d control expression of riboproteins and key 

components of the MAPK signaling pathway. 

bioRxiv

, 2023.2006.2029.547003 (2023). 

https://doi.org/10.1101/2023.06.29.547003 

39. Lamper, A. M., Fleming, R. H., Ladd, K. M. & Lee, A. S. Y. A phosphorylation-regulated eIF3d 

translation switch mediates cellular adaptation to metabolic stress. 

Science

 

370

, 853-856 

(2020). https://doi.org/10.1126/science.abb0993 

40. Ayaz, G., Yan, H., Malik, N. & Huang, J. An Updated View of the Roles of p53 in Embryonic 

Stem Cells. 

Stem Cells

 

40

, 883-891 (2022). https://doi.org/10.1093/stmcls/sxac051 

41. Takahashi, K.

 et al.

 A stress-reduced passaging technique improves the viability of human 

pluripotent cells. 

Cell Rep Methods

 

2

, 100155 (2022). 

https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2021.100155 

42. Loh, K. M.

 et al.

 Efficient endoderm induction from human pluripotent stem cells by logically 

directing signals controlling lineage bifurcations. 

Cell Stem Cell

 

14

, 237-252 (2014). 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2013.12.007 

43. Martin, R. M.

  et al.

  Improving the safety of human pluripotent stem cell therapies using 

genome-edited orthogonal safeguards. 

Nat Commun

 

11

, 2713 (2020). 

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16455-7 

44. Loh, K. M.

 et al.

 Mapping the Pairwise Choices Leading from Pluripotency to Human Bone, 

Heart, and Other Mesoderm Cell Types. 

Cell

 

166

, 451-467 (2016). 

https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.06.011 

45. Chambers, S. M., Mica, Y., Studer, L. & Tomishima, M. J. Converting human pluripotent stem 

cells to neural tissue and neurons to model neurodegeneration. 

Methods Mol Biol

 

793

, 87-97 

(2011). https://doi.org/10.1007/978-1-61779-328-8_6 

46. Doi, D.

  et al.

  Isolation of human induced pluripotent stem cell-derived dopaminergic 

progenitors by cell sorting for successful transplantation. 

Stem Cell Reports

 

2

, 337-350 (2014). 

https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2014.01.013 

47. Maurissen, T. L. & Woltjen, K. Synergistic gene editing in human iPS cells via cell cycle and 

DNA repair modulation. 

Nat Commun

 

11

, 2876 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-

16643-5 

48. Li, W.

  et al.

 MAGeCK enables robust identification of essential genes from genome-scale 

CRISPR/Cas9 knockout screens. 

Genome Biol

 

15

, 554 (2014). 

https://doi.org/10.1186/s13059-014-0554-4 

49. Wang, B.

 et al.

 Integrative analysis of pooled CRISPR genetic screens using MAGeCKFlute. 

Nat Protoc

 

14

, 756-780 (2019). https://doi.org/10.1038/s41596-018-0113-7 

50. Yu, G., Wang, L. G., Han, Y. & He, Q. Y. clusterProfiler: an R package for comparing biological 

themes among gene clusters. 

Omics

 

16

, 284-287 (2012). 

https://doi.org/10.1089/omi.2011.0118 

51. Wu, T.

  et al.

  clusterProfiler 4.0: A universal enrichment tool for interpreting omics data. 

Innovation (Camb)

 

2

, 100141 (2021). https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100141 

52. McGlincy, N. J. & Ingolia, N. T. Transcriptome-wide measurement of translation by ribosome 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

43 

 

profiling. 

Methods

 

126

, 112-129 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2017.05.028 

53. Okubo, C.

  et al.

  Expression dynamics of HAND1/2 in in vitro human cardiomyocyte 

differentiation. 

Stem Cell Reports

 (2021). https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.06.014 

54. Okubo, C., Narita, M., Yamamoto, T. & Yoshida, Y. RNA-Sequencing Analysis of Differentially 

Expressed Genes in Human iPSC-Derived Cardiomyocytes. 

Methods Mol Biol

 

2320

, 193-217 

(2021). https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1484-6_19 

55. Martin, M. Cutadapt removes adapter sequences from high-throughput sequencing reads. 

2011

 

17

, 3 (2011). https://doi.org/10.14806/ej.17.1.200 

56. Li, H.

 et al.

 The Sequence Alignment/Map format and SAMtools. 

Bioinformatics

 

25

, 2078-

2079 (2009). https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp352 

57. Langmead, B. & Salzberg, S. L. Fast gapped-read alignment with Bowtie 2. 

Nat Methods

 

9

357-359 (2012). https://doi.org/10.1038/nmeth.1923 

58. Dobin, A.

 et al.

 STAR: ultrafast universal RNA-seq aligner. 

Bioinformatics

 

29

, 15-21 (2013). 

https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts635 

59. Wang, L., Wang, S. & Li, W. RSeQC: quality control of RNA-seq experiments. 

Bioinformatics

 

28

, 2184-2185 (2012). https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts356 

60. Anders, S., Pyl, P. T. & Huber, W. HTSeq--a Python framework to work with high-throughput 

sequencing data. 

Bioinformatics

 

31

, 166-169 (2015). 

https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu638 

61. Frankish, A.

  et al.

  GENCODE reference annotation for the human and mouse genomes. 

Nucleic Acids Res

 

47

, D766-d773 (2019). https://doi.org/10.1093/nar/gky955 

62. Love, M. I., Huber, W. & Anders, S. Moderated estimation of fold change and dispersion for 

RNA-seq data with DESeq2. 

Genome Biol

 

15

, 550 (2014). https://doi.org/10.1186/s13059-

014-0550-8 

63. Ingolia, N. T., Lareau, L. F. & Weissman, J. S. Ribosome profiling of mouse embryonic stem 

cells reveals the complexity and dynamics of mammalian proteomes. 

Cell

 

147

, 789-802 

(2011). https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.10.002 

64. Mito, M., Mishima, Y. & Iwasaki, S. Protocol for Disome Profiling to Survey Ribosome Collision 

in Humans and Zebrafish. 

STAR Protoc

 

1

, 100168 (2020). 

https://doi.org/10.1016/j.xpro.2020.100168 

65. Chen, S., Zhou, Y., Chen, Y. & Gu, J. fastp: an ultra-fast all-in-one FASTQ preprocessor. 

Bioinformatics

 

34

, i884-i890 (2018). https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty560 

66. Fields, A. P.

  et al.

  A Regression-Based Analysis of Ribosome-Profiling Data Reveals a 

Conserved Complexity to Mammalian Translation. 

Mol Cell

 

60

, 816-827 (2015). 

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2015.11.013 

67. Miyaoka, Y.

 et al.

 Isolation of single-base genome-edited human iPS cells without antibiotic 

selection. 

Nat Methods

 

11

, 291-293 (2014). https://doi.org/10.1038/nmeth.2840 

 
 
 

2024.02.09.579580v1.full (1)-html.html
background image

44 

 

Acknowledgments

 

We thank B. Conklin, M. Iwasaki, K. Kaji, M. Khurram, S. Perli, Y. Sato, K. Tomoda, D. Trono, J. 
Weismann, and S. Yamanaka for sharing materials and equipment, M. Hamao, K. Mitsunaga, A. 
Ogawa, and T. Wada for technical assistance and discussion, Y. Ishida and S. Takeshima for 
administrative support, and Editage for English language editing. This work was supported by 
Grants-in-Aid for Scientific Research from the Japanese Society for the Promotion of Science 
(JSPS) 20K20585 (KT), Grants-in-Aid for Scientific Research from JSPS 21H02155 (KT), Grants-
in-Aid for Scientific Research from JSPS 22K14829 (CO), ACT-X grant from Japan Science and 
Technology Agency JPMJAX2222 (CO), Core Center for Regenerative Medicine and Cell and 
Gene Therapy from Japan Agency for Medical Research and Development (AMED) 
JP23bm1323001 (KT), Core Center for iPS Cell Research from AMED JP21bm0104001 (KT), a 
grant from the Takeda Science Foundation (KT), a grant from the Uehara Memorial Foundation 
(KT), a grant from the Mochida Memorial Foundation (KT), and the iPS Cell Research Fund from 
the Center for iPS Cell Research and Application, Kyoto University (CO, KT).  
 

Author Contributions 

Conceptualization: C.O., K.T.; Methodology: C.O., M.S., Y.S., M.M., Y.T., S.I., K.T.; Investigation: 
C.O., M.N., K.T.; Visualization: C.O., K.T.; Funding acquisition: C.O., K.T.; Project administration: 
C.O., K.T.; Supervision: K.T.; Writing – original draft: C.O., K.T.; Writing – review & editing: all 
authors

 

 

Competing Interests 

K.T. is on the scientific advisory board of I Peace, Inc. with no salary, and all other authors declare 
no competing interests.