Based on the hypothesis that features of the molecular program of normal wound healing might play an important role in cancer metastasis, we previously identified consistent features in the transcriptional response of normal fibroblasts to serum, and used this “wound-response signature” to reveal links between wound healing and cancer progression in a variety of common epithelial tumors. Here, in a consecutive series of 295 early breast cancer patients, we show that both overall survival and distant metastasis-free survival are markedly diminished in patients whose tumors expressed this wound-response signature compared to tumors that did not express this signature. A gene expression centroid of the wound-response signature provides a basis for prospectively assigning a prognostic score that can be scaled to suit different clinical purposes. The wound-response signature improves risk stratification independently of known clinico-pathologic risk factors and previously established prognostic signatures based on unsupervised hierarchical clustering (“molecular subtypes”) or supervised predictors of metastasis (“70-gene prognosis signature”).

Cancer invasion and metastasis have been likened to wound healing gone awry. Despite parallels in cellular behavior between cancer progression and wound healing, the molecular relationships between these two processes and their prognostic implications are unclear. In this study, based on gene expression profiles of fibroblasts from ten anatomic sites, we identify a stereotyped gene expression program in response to serum exposure that appears to reflect the multifaceted role of fibroblasts in wound healing. The genes comprising this fibroblast common serum response are coordinately regulated in many human tumors, allowing us to identify tumors with gene expression signatures suggestive of active wounds. Genes induced in the fibroblast serum-response program are expressed in tumors by the tumor cells themselves, by tumor-associated fibroblasts, or both. The molecular features that define this wound-like phenotype are evident at an early clinical stage, persist during treatment, and predict increased risk of metastasis and death in breast, lung, and gastric carcinomas. Thus, the transcriptional signature of the response of fibroblasts to serum provides a possible link between cancer progression and wound healing, as well as a powerful predictor of the clinical course in several common carcinomas.

Stem-cell-based therapies can potentially reverse organ dysfunction and diseases, but the removal of impaired tissue and activation of a program leading to organ regeneration pose major challenges. In mice, a 4-day fasting mimicking diet (FMD) induces a stepwise expression of Sox17 and Pdx-1, followed by Ngn3-driven generation of insulin-producing β cells, resembling that observed during pancreatic development. FMD cycles restore insulin secretion and glucose homeostasis in both type 2 and type 1 diabetes mouse models. In human type 1 diabetes pancreatic islets, fasting conditions reduce PKA and mTOR activity and induce Sox2 and Ngn3 expression and insulin production. The effects of the FMD are reversed by IGF-1 treatment and recapitulated by PKA and mTOR inhibition. These results indicate that a FMD promotes the reprogramming of pancreatic cells to restore insulin generation in islets from T1D patients and reverse both T1D and T2D phenotypes in mouse models.PaperClip/cms/asset/f90d7b73-e7d3-4ef8-91a9-9bec91d305c3/mmc2.mp3Loading ...(mp3, 2.35 MB) Download audio

Summary Hearing loss is a common and disabling condition, yet our understanding of the physiologic workings of the inner ear has been limited by longstanding difficulty characterizing the function and characteristics of the many diverse, fragile, and rare cell types in the cochlea. Using single-cell RNA-sequencing and a novel clustering algorithm, CellFindR, we created a developmental map of the mouse and human cochlea, identifying multiple previously undescribed cell types, progenitor populations, and predicted lineage relationships. We additionally associated the expression of known hearing loss genes to the cell types and developmental timepoints in which they are expressed. This work will serve as a resource for understanding the molecular basis of hearing and designing therapeutic approaches for hearing restoration.

ABSTRACT The critical cellular transitions that govern human pancreas development are largely unknown. We performed large-scale single-cell RNA-sequencing (scRNA-Seq) to interrogate human fetal pancreas development from 8-20 weeks post conception. We identified 103 distinct cell types, including four novel endocrine progenitor subtypes displaying unique transcriptional features and differentiation potency. Integration with single-nucleus Assay for Transposase Accessible Chromatin Sequencing (snATAC-Seq) identified candidate regulators of human endocrine cell fate and revealed development-specific regulatory annotation at diabetes risk loci. Comparison of in vitro stem cell-derived and endogenous endocrine cells predicted aberrant genetic programs leading to the generation of off-target cells. Finally, knock-out studies revealed that the gene FEV regulates human endocrine differentiation. This work establishes a roadmap of human pancreatic development, highlights previously unappreciated cellular diversity and lineage dynamics, and provides a blueprint for understanding pancreatic disease and physiology, as well as generating human stem cell-derived islet cells in vitro for regenerative medicine purposes.

The Drosophila ovary is a widely used model for germ cell and somatic tissue biology. We have used single-cell RNA-sequencing to build a comprehensive cell atlas of the adult Drosophila ovary containing unique transcriptional profiles for every major cell type in the ovary, including the germline and follicle stem cells. Using this atlas we identify novel tools for identification and manipulation of known and novel cell types and perform lineage tracing to test cellular relationships of previously unknown cell types. By this we discovered a new form of cellular plasticity in which inner germarial sheath cells convert to follicle stem cells in response to starvation.

Abstract Numerous studies have characterized the existence of cell subtypes, along with their corresponding transcriptional profiles, within the developing mouse pancreas. The upstream mechanisms that initiate and maintain gene expression programs across cell states, however, remain largely unknown. Here, we generate single-nucleus ATAC-Sequencing data of developing murine pancreas and perform an integrated, multi-omic analysis of both chromatin accessibility and RNA expression to describe the chromatin landscape of both the developing epithelium and mesenchyme at E14.5 at single-cell resolution. We identify candidate transcription factors regulating cell fate and construct gene regulatory networks of active transcription factor binding to regulatory regions of downstream target genes. This work serves as a valuable resource for the field of pancreatic biology in general and contributes to our understanding of lineage plasticity among endocrine cell types. In addition, these data identify which epigenetic states should be represented in the differentiation of stem cells to the pancreatic beta cell fate in order to best recapitulate in vitro the gene regulatory networks that are critical for progression along the beta cell lineage in vivo .

Although the conductive function of the tympanic membrane (TM) is critical for hearing, it is unknown how the organ maintains cellular homeostasis. Using a combination of single-cell RNA sequencing, lineage tracing, whole-organ explant, and live-cell imaging, we demonstrate that the stem cells of the TM epidermis reside in a distinct location at the superior portion of the TM and, as progeny migrate inferiorly, Pdgfra+ fibroblasts maintain a niche supporting proliferation of committed progenitors, while keratinocytes distal from the niche differentiate. Thus, the TM has a three dimensional differentiation hierarchy of keratinocytes distinct from that at other epidermal sites. The TM represents a physiological context where, in the absence of injury, keratinocytes both transit through a proliferative committed progenitor state and exhibit directional lateral migration. This work forms a foundation for understanding common disorders of the TM and introduces a new model system for the understanding of keratinocyte biology.