Abstract The endometrium, the mucosal lining of the uterus, undergoes dynamic changes throughout the menstrual cycle in response to ovarian hormones. We have generated single-cell and spatial reference maps of the human uterus and 3D endometrial organoid cultures. We dissect the signalling pathways that determine cell fate of the epithelial lineages in the lumenal and glandular microenvironments. Our benchmark of the endometrial organoids highlights common pathways regulating the differentiation of secretory and ciliated lineage in vivo and in vitro . We show in vitro that downregulation of WNT or NOTCH pathways increases the differentiation efficiency along the secretory and ciliated lineages, respectively. These mechanistic insights provide a platform for future development of treatments for a range of common endometrial disorders including endometriosis and carcinoma.

Abstract The yolk sac (YS) represents an evolutionarily-conserved extraembryonic structure that ensures timely delivery of nutritional support and oxygen to the developing embryo. However, the YS remains ill-defined in humans. We therefore assemble a complete single cell 3D map of human YS from 3-8 post conception weeks by integrating multiomic protein and gene expression data. We reveal the YS as a site of primitive and definitive haematopoiesis including a YS-specific accelerated route to macrophage production, a source of nutritional/metabolic support and a regulator of oxygen-carrying capacity. We reconstruct the emergence of primitive haematopoietic stem and progenitor cells from YS hemogenic endothelium and their decline upon stromal support modulation as intraembryonic organs specialise to assume these functions. The YS therefore functions as ‘three organs in one’ revealing a multifaceted relay of vital organismal functions as pregnancy proceeds. One Sentence Summary Human yolk sac is a key staging post in a relay of vital organismal functions during human pregnancy.

Tumor cells may produce many of the same messenger RNAs (mRNA) as the cell they derive from. The relative abundance of these mRNAs, the transcriptiomic profile, may provide clues into the origin and development of tumors. Here we investigated the cellular origins of 1,300 childhood and adult renal tumors, spanning 7 different subtypes. We decomposed tumor bulk transcriptomes into single cell components, measuring the abundance of single cell derived reference "cellular signals" in each tumor. We quantified the extent to which each tumor utilized fetal cellular signals, finding that all childhood renal tumors are definitively fetal. This replaces the long-held presumption of "fetalness" with a precise, quantitative readout of immaturity. Analyzing cellular signals in each tumor type, we recapitulated previous findings for some, whilst providing novel insights into other, less well understood tumor types. For example, our analyses predicted fetal interstitial cells as the cell of origin of the infant kidney tumor, congenital mesoblastic nephroma, and demonstrate that another childhood kidney cancer, malignant rhabdoid tumor, arises from mesodermally derived cells in early development. We found remarkable uniformity in the cell signal of each tumor type, indicating the possible therapeutic and diagnostic utility of cellular signal decomposition. We demonstrated this utility with an example of a child with a cryptic renal tumor, which had not been identifiable by conventional diagnostic work-up but was clearly classified with our approach. Our findings provide a cellular definition of human renal tumors through an approach that is broadly applicable to human cancer.