Mouse studies have been instrumental in forming our current understanding of early cell-lineage decisions; however, similar insights into the early human development are severely limited. Here, we present a comprehensive transcriptional map of human embryo development, including the sequenced transcriptomes of 1,529 individual cells from 88 human preimplantation embryos. These data show that cells undergo an intermediate state of co-expression of lineage-specific genes, followed by a concurrent establishment of the trophectoderm, epiblast, and primitive endoderm lineages, which coincide with blastocyst formation. Female cells of all three lineages achieve dosage compensation of X chromosome RNA levels prior to implantation. However, in contrast to the mouse, XIST is transcribed from both alleles throughout the progression of this expression dampening, and X chromosome genes maintain biallelic expression while dosage compensation proceeds. We envision broad utility of this transcriptional atlas in future studies on human development as well as in stem cell research.

Abstract Totipotency is the ability of a single cell to give rise to all the differentiated cells that build the conceptus, yet how to capture this property in vitro remains incompletely understood. Defining totipotency relies upon a variety of assays of variable stringency. Here we describe criteria to define totipotency. We illustrate how distinct criteria of increasing stringency can be used to judge totipotency by evaluating candidate totipotent cell types in the mouse, including early blastomeres and expanded or extended pluripotent stem cells. Our data challenge the notion that expanded or extended pluripotent states harbor increased totipotent potential relative to conventional embryonic stem cells under in vivo conditions.

ABSTRACT In the companion Perspective ‘Past and future of human developmental biology’ (Hopwood, 2024), historian Nick Hopwood proposes that the field of human developmental biology has gone through periods of attention and neglect. Development invited researchers from the field to respond to this idea. In this article, published to coincide with the 10th anniversary of Development's ‘From Stem Cells to Human Development’ meeting, researchers from eight countries comment on how they believe their local legal, political, regulatory, societal and technological frameworks are influencing the field's trajectory.

Abstract While critical for neurotransmitter synthesis in the brain, members of the 14-3-3 protein family are often assumed to have redundant, over-lapping roles due to their high sequence homology and ubiquitous expression. Despite this assumption, various mammalian 14-3-3 isoforms have now been implicated in regulating cellular and organismal metabolism; however, these functions were primarily observed in cell lines or from systemic knockout mouse models. To date, we have begun to define the contributions of 14-3-3ζ in adipocytes, but whether 14-3-3ζ has additional metabolic roles in other cell types, such as the pancreatic β-cell, is unclear. We previously documented a pro-survival role of 14-3-3ζ in MIN6 insulinoma cells, as depletion of 14-3-3ζ induced cell death, but paradoxically, whole-body deletion of 14-3-3ζ in mice resulted in significantly enlarged β-cell area with no effects on insulin secretion. To better understand the role of 14-3-3ζ in β-cells, we generated β-cell-specific 14-3-3ζ knockout (β14-3-3ζKO) mice, and while no differences in β-cell mass were observed, β14-3-3ζKO mice displayed potentiated insulin secretion due to enhanced mitochondrial function and ATP synthesis. Deletion of 14-3-3ζ led to profound changes to the β-cell transcriptome, where pathways associated with mitochondrial respiration and oxidative phosphorylation were upregulated. Acute treatment of mouse islets and human islets with pan-14-3-3 inhibitors recapitulated the potentiation in glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and mitochondrial function, suggesting that 14-3-3ζ is a critical isoform in β-cells that regulates GSIS. In dysfunctional db/db islets and islets from type 2 diabetic donors, expression of Ywhaz / YWHAZ , the gene encoding 14-3-3ζ, was inversely associated with insulin secretory capacity, and pan-14-3-3 protein inhibition was capable of enhancing GSIS and mitochondrial function. Taken together, this study demonstrates important regulatory functions of 14-3-3ζ and its related isoforms in insulin secretion and mitochondrial function in β-cells. A deeper understanding of how 14-3-3ζ influences β-cell function will further advance our knowledge of how insulin secretion from β-cells is regulated.

ABSTRACT Preimplantation development is an important window of human embryogenesis. During this time, the initial lineages are formed which largely govern embryo competence, implantation, and ultimately the developmental potential of the fetus. Ethical constraints and limitations surrounding human embryos research often necessitates the use of a model system. We now identify the guinea pig as a promising small animal model, which closely recapitulates early human embryogenesis in terms of the timing of compaction, early-, mid-, and late-blastocyst formation and implantation. We also observe conserved spatio-temporal expression of key lineage markers, roles of both Hippo and MEK-ERK signaling and an incomplete X-Chromosome inactivation. Further, our multi-species analysis highlights the spatio-temporal expression of conserved and divergent genes during preimplantation development. The guinea pig serves as an exciting new model which will enhance developmental and pluripotency research and can be leveraged to better understand the longer term impact of early exposures on offspring outcomes.

The human ovary orchestrates sex hormone production and undergoes monthly structural changes to release mature oocytes. The outer lining of the ovary (cortex) has a key role in defining fertility in women as it harbors the ovarian reserve. It has been postulated that putative oogonial stem cells exist in the ovarian cortex and that these can be captured by DDX4 antibody isolation. We analysed on a single cell level the transcriptome and cell surface antigen profiles of over 24,000 cells from high quality ovarian cortex samples from 21 patients. Our single cell mapping reveals transcriptional profiles of six main cell types; oocytes, granulosa cells, immune cells, endothelial cells, perivascular cells, and stromal cells. Cells captured by DDX4 antibody are perivascular cells, not oogonial stem cells. Our data does not support the existence of germline stem cells in adult human ovaries thereby reinforcing the dogma of a limited ovarian reserve.

Abstract With the advancement of human stem cell cultures and interest in understanding human embryogenesis, human blastocyst-like structures, or human blastoids, are being developed. Thus far, two different strategies have been taken, generating blastoids from naïve human pluripotent stem cells (hPSC) 1–3 or through reprogramming of adult human somatic cells 4 . All these studies utilize comparative transcriptome analyses to authenticate blastoid cells and identify their counterparts in the human blastocyst 5,6 . However, the validity of comparative transcriptome analysis is critically hinged on including relevant reference data, not only those from targeted cell types but also from potential alternative cell lineages. Thus, we sought to reevaluate the single-cell transcriptome data from the blastoids based on a more comprehensive cellular reference, which includes data from in vitro cultured human 6,7 , non-human primate (NHP, Cynomolgus macaque ) blastocysts 8 , a human stem cell-based post-implantation amniotic sac embryoid (PASE) model 9 , and an in vivo gastrulation-stage human embryo specimen 10 , using four different analysis strategies. Our analyses unequivocally support that blastoids developed by reprogramming adult human somatic cells largely fail to generate cells with a transcriptome profile consistent with the human blastocyst trophectoderm. Instead, cells identified as trophectoderm-like have a transcriptional profile more similar to the amniotic ectoderm in the gastrulating human and NHP embryos. To facilitate cell lineage identifications in human embryo models, we further identified a set of human amniotic ectoderm and trophectoderm markers that could be utilized to distinguish these two lineages. We further built a neural-network based online prediction tool, which accurately discerns the full cellular composition of blastoids.

Abstract Our ability to study early human post-implantation development remains highly limited due to the ethical and technical challenges associated with intrauterine development of the human embryo after implantation. Despite the great progress made on human gastruloids, axioloids and in vitro cultured blastoids, such elegant models do not constitute an integrated Stem cell-derived Embryo Models (SEMs) that includes all the key extra-embryonic tissues of the early post-implantation human conceptus (e.g., hypoblast, yolk-sac, trophoblasts, amnion, and extraembryonic mesoderm), and thus, do not recapitulate post-implantation epiblast development within the context of these extra-embryonic compartments. Mouse naïve pluripotent stem cells (PSCs) have recently been shown to give rise to embryonic and extra-embryonic stem cells capable of self-assembling into post-gastrulation mouse SEMs, while bypassing the blastocyst-like stage, and eventually initiating organogenesis ex utero . Here, we implement critical adaptations to extend these finding to humans, while using only genetically unmodified human naïve PSCs, thus circumventing the need for ectopic expression of lineage promoting transgenes. Such integrated human SEMs recapitulate the organization of all known compartments of early post-implantation stage human embryos, including epiblast, hypoblast, extra-embryonic mesoderm, and trophoblast surrounding the latter layers. The organized human SEMs recapitulate key hallmarks of post-implantation stage embryogenesis up to 13-14 days post-fertilization (dpf, Carnegie stage 6a), such as bilaminar disk formation, epiblast lumenogenesis, amniogenesis, anterior-posterior symmetry breaking, PGC specification, primary and secondary yolk sac formation, and extra-embryonic mesoderm expansion that defines a chorionic cavity and a connective stalk. This new platform constitutes a tractable stem cell-based model for experimentally interrogating previously inaccessible windows of human peri- and early post-implantation development.

ABSTRACT Characterizing T cell populations and understanding their developmental relationships may help design more effective cancer immunotherapies. We coupled single-cell transcriptomics and T cell receptor (TCR) αβ profiling of intratumoral and peripheral T cells in ovarian cancer patients to identify transcriptional programs and infer their relationship by trajectory and TCR overlap analyses. We proposed a model of differentiation pathway from an intermediate GZMH-expressing CD8 T cell subset found in the blood and tumor that progressively reinforces the exhaustion and tissue residency programs from a CCL4 -expressing cluster towards XCL1 - and CXCL13 -expressing terminally exhausted cells. Inferred cell communication analysis suggests that interaction with CXCL13 -expressing CD4 T cells, which we refer to as Tfh-like cells, sustains the effector function of this intermediate GZMH-expressing CD8 T cell subset. Moreover, our results suggest that Tfh-like cells attract cells expressing GPR183 through the production of its ligand 7α,25 dihydroxycholesterol (7α,25-HC). Finally, we demonstrated that GPR183 is highly expressed in a subset of pre-effector GZMK -expressing CD8 T cells and plasmacytoid dendritic cells. Collectively, our results suggest that Tfh-like cells expressing IL-21 help promote antitumor immunity against ovarian tumors by coordinating the action of immune cells responsive to 7α,25-HC.