Adult germline stem cells are capable of self-renewal, tissue regeneration and production of large numbers of differentiated progeny. We show here that the classical mouse mutant luxoid affects adult germline stem cell self-renewal. Young homozygous luxoid mutant mice produce limited numbers of normal spermatozoa and then progressively lose their germ line after birth. Transplantation studies showed that germ cells from mutant mice did not colonize recipient testes, suggesting that the defect is intrinsic to the stem cells. We determined that the luxoid mutant contains a nonsense mutation in the gene encoding Plzf, a transcriptional repressor that regulates the epigenetic state of undifferentiated cells, and showed that Plzf is coexpressed with Oct4 in undifferentiated spermatogonia. This is the first gene shown to be required in germ cells for stem cell self-renewal in mammals.

Stem cells support tissue maintenance by balancing self-renewal and differentiation. In mice, it is believed that a homogeneous stem cell population of single spermatogonia supports spermatogenesis, and that differentiation, which is accompanied by the formation of connected cells (cysts) of increasing length, is linear and nonreversible. We evaluated this model with the use of lineage analysis and live imaging, and found that this putative stem cell population is not homogeneous. Instead, the stem cell pool that supports steady-state spermatogenesis is contained within a subpopulation of single spermatogonia. We also found that cysts are not committed to differentiation and appear to recover stem cell potential by fragmentation, and that the fate of individual spermatogonial populations was markedly altered during regeneration after damage. Thus, there are multiple and reversible paths from stem cells to differentiation, and these may also occur in other systems.

Abstract Standardized and reproducible preclinical models that recapitulate the dynamics of prostate cancer are urgently needed. We established a bank of transplantable patient-derived prostate cancer xenografts that capture the biologic and molecular heterogeneity currently confounding prognostication and therapy development. Xenografts preserved the histopathology, genome architecture, and global gene expression of donor tumors. Moreover, their aggressiveness matched patient observations, and their response to androgen withdrawal correlated with tumor subtype. The panel includes the first xenografts generated from needle biopsy tissue obtained at diagnosis. This advance was exploited to generate independent xenografts from different sites of a primary site, enabling functional dissection of tumor heterogeneity. Prolonged exposure of adenocarcinoma xenografts to androgen withdrawal led to castration-resistant prostate cancer, including the first-in-field model of complete transdifferentiation into lethal neuroendocrine prostate cancer. Further analysis of this model supports the hypothesis that neuroendocrine prostate cancer can evolve directly from adenocarcinoma via an adaptive response and yielded a set of genes potentially involved in neuroendocrine transdifferentiation. We predict that these next-generation models will be transformative for advancing mechanistic understanding of disease progression, response to therapy, and personalized oncology. Cancer Res; 74(4); 1272–83. ©2013 AACR.

Early diagnosis remains of pivotal importance in reducing patient morbidity and mortality in cancer. To this end, liquid biopsy is emerging as a tool to perform broad cancer screenings. Small extracellular vesicles (sEVs), also called exosomes, found in bodily fluids can serve as important cancer biomarkers in these screenings. Our group has recently developed a label-free electrokinetic microchip to purify sEVs from blood. Herein, we demonstrate the feasibility to integrate this approach with surface-enhanced Raman scattering (SERS) analysis. SERS can be used to characterized extracted sEVs through their vibrational fingerprint that changes depending on the origin of sEVs. While these changes are not easily identified in spectra, they can be modeled with machine learning (ML) approaches. Common ML approaches in the field of spectral analysis use dimensionality reduction method that often function as a black box. To avoid this pitfall, we used Shapley additive explanations (SHAP) is a type of explainable AI (XAI) that bridges ML models and human comprehension by calculating the specific contribution of individual features to a model predictions, directly correlating model/decisions with the original data. Using these approaches we demonstrated a proof-of-concept model predictive of cancer from isolated sEVs, integrating the electrokinetic device and SERS. This work explores the use of explainable AI to perform diagnostic analysis on complex SERS data of clinical samples, while reporting interpretable biochemical information.

Summary Although mucosal-associated invariant T (MAIT) cells recognize riboflavin-like metabolites from Gram-negative bacteria, MAIT cell stimulation by broad bacterial families and mammalian cells suggests the existence of novel ligands from different biological sources. Here we established a comparative platform of functional metabolomics and used Mycobacterium tuberculosis as a model to characterize novel metabolites for MAIT cell activation. We extracted and fractionated small metabolites of M. tuberculosis using high-performance liquid chromatography, showing a different MAIT cell stimulation pattern of M. tuberculosis metabolite fractions in comparison with Escherichia coli fractions. Mass profiling predicted multiple nucleoside analogs enriched in a biologically active fraction of M. tuberculosis . Whereas the synthetic forms of these predicted M. tuberculosis nucleosides were unavailable, structural-based autodocking of analogous nucleosides conserved in mammals supported potential binding with MR1 protein. Indeed, functional assays of these conserved nucleosides demonstrated guanosine as a stimulator and deoxyformyluridine as an inhibitor of MAIT cell activation. Identification of bioactive nucleoside metabolites broadly conserved in bacterial and mammalian systems will facilitate an understanding of the regulatory roles of MAIT cells in infectious and inflammatory conditions.

Long-term maintenance of spermatogenesis in mammals is supported by GDNF, an essential growth factor required for spermatogonial stem cell (SSC) self-renewal. Exploiting a transgenic GDNF overexpression model, which expands and normalizes the pool of undifferentiated spermatogonia between Plzf +/+ and Plzf lu/lu mice, we used RNAseq to identify a rare subpopulation of cells that express EOMES, a T-box transcription factor. Lineage tracing and busulfan challenge show that these are long-term SSCs that contribute to steady state spermatogenesis as well as regeneration following chemical injury. EOMES+ SSCs have a lower proliferation index than EOMES− GFRA1+ spermatogonia in wild-type but not in Plzf lu/lu mice. This comparison demonstrates that PLZF regulates their proliferative activity and suggests that EOMES+ SSCs are lost through proliferative exhaustion in Plzf lu/lu mice. Single cell RNA sequencing of EOMES+ cells from Plzf +/+ and Plzf lu/lu mice support a hierarchical model of both slow- and rapid-cycling SSCs.

Laparoscopic cholecystectomy is the treatment of choice for gall bladder stone disease. Difficult cholecystectomy is associated with serious complications and a high conversion rate. The aim of this study was to review the current strategies to manage difficult cholecystectomy. Bile duct injuries were analysed in a prospective study of 1,250 cases of laparoscopic cholecystectomy. The aim of the study was to identify the incidence and causes of bile duct injuries in the course of laparoscopic cholecystectomy, and to recommend the possible ways to avoid this serious complication. All injuries were attributed to distortion of Calot’s triangle and failure to clearly identify the anatomy. A recent history of acute cholecystitis, a history of jaundice, pancreatitis and repeated or technically difficult endoscopic retrograde cholangio-pancreatography (ERCP) were associated with local inflammatory changes that had possibly contributed to the distorted anatomy at Calot’s triangle and consequently to the injury. All injuries were detected during surgery and immediately repaired. Major bile duct injuries were repaired by choledocho-enterotomy, while minor injuries were treated by simple sutures around the T tube in the common bile duct. All patients were asymptomatic with normal liver function tests on follow-up for a period up to 3 years after surgery. Conclusions: The incidence of bile duct injuries in laparoscopic cholecystectomy is comparable to open surgery. Patients with a clinical history of acute cholecystitis, or a recent history of jaundice and repeated ERCP should be considered for operative cholangiography in order to help reduce the chances of bile duct injuries. Materials and Methods: A Pre-experimental and one group pretest and posttest design was used to assess the knowledge on early ambulation of 50 patients on Laparoscopic Cholecystectomy. A structured questionnaire was developed to assess the knowledge of the patients. The study started with the pretest followed by structured teaching program and posttest. Results: The post test showed a significant improvement in the knowledge regarding Early Ambulation of laparoscopic Cholecystectomy patients. In the pretest 20 patients had good level of knowledge and 30 had average level of knowledge. The post test revealed that 40 patients had Very good knowledge and 10 had good level of knowledge. Paired t-test value of knowledge and practice was 2.06 and 1.47 respectively, which was higher than the table value 2.66* at p <0.05 hence the structured teaching program was found to be effective in improving the knowledge of the patients. Conclusion: Patients acquired knowledge laparoscopic cholecystectomy. Also have an improvement in diet, exercise to prevent other complications.