Offspring affected by sperm small RNAs Paternal dietary conditions in mammals influence the metabolic phenotypes of offspring. Although prior work suggests the involvement of epigenetic pathways, the mechanisms remains unclear. Two studies now show that altered paternal diet affects the level of small RNAs in mouse sperm. Chen et al. injected sperm transfer RNA (tRNA) fragments from males that had been kept on a high-fat diet into normal oocytes. The progeny displayed metabolic disorders and concomitant alteration of genes in metabolic pathways. Sharma et al. observed the biogenesis and function of small tRNA-derived fragments during sperm maturation. Further understanding of the mechanisms by which progeny are affected by parental exposure may affect human diseases such as diet-induced metabolic disorders. Science , this issue p. 397 , p. 391

Summary

 In vitro generation of functional gametes is a promising approach for treating infertility, although faithful replication of meiosis has proven to be a substantial obstacle to deriving haploid gamete cells in culture. Here we report complete in vitro meiosis from embryonic stem cell (ESC)-derived primordial germ cells (PGCLCs). Co-culture of PGCLCs with neonatal testicular somatic cells and sequential exposure to morphogens and sex hormones reproduced key hallmarks of meiosis, including erasure of genetic imprinting, chromosomal synapsis and recombination, and correct nuclear DNA and chromosomal content in the resulting haploid cells. Intracytoplasmic injection of the resulting spermatid-like cells into oocytes produced viable and fertile offspring, showing that this robust stepwise approach can functionally recapitulate male gametogenesis in vitro. These findings provide a platform for investigating meiotic mechanisms and the potential generation of human haploid spermatids in vitro.

METTL3 catalyzes the formation of N6-methyl-adenosine (m6A) which has important roles in regulating various biological processes. However, the in vivo function of Mettl3 remains largely unknown in mammals. Here we generated germ cell-specific Mettl3 knockout mice and demonstrated that Mettl3 was essential for male fertility and spermatogenesis. The ablation of Mettl3 in germ cells severely inhibited spermatogonial differentiation and blocked the initiation of meiosis. Transcriptome and m6A profiling analysis revealed that genes functioning in spermatogenesis had altered profiles of expression and alternative splicing. Our findings provide novel insights into the function and regulatory mechanisms of Mettl3-mediated m6A modification in spermatogenesis and reproduction in mammals.

Aberrant activation of the Wnt/β-catenin signaling pathway is frequently observed in colorectal cancer (CRC). β-catenin is the major Wnt signaling pathway effector and inactivation of adenomatous polyposis coli (APC) results in nuclear accumulation of β-catenin. It has been suggested that inactivation of APC plays an important role in activation of the Wnt/β-catenin pathway and in the progression of colorectal tumorigenesis. However, the mechanism through which APC mediates colorectal tumorigenesis is not understood. Increasing evidence suggests that the dysregulation of microRNAs (miRNAs) is involved in colorectal tumorigenesis. Although miR-494 has been reported as being an upregulated miRNA, the interplay between miR-494 and APC-mediated colorectal tumorigenesis progression remains unclear. The expression of miR-494 in tissues from patients diagnosed with CRC was analyzed using a microarray and real-time PCR. The effects of miR-494 on cell proliferation and tumorigenesis in CRC cells were analyzed by flow cytometry, colony formation assays, BrdU incorporation assays, and CCK8 assays. The correlation between miR-494 expression and APC expression, as well as the mechanisms by which miR-494 regulates APC in CRC were also addressed. miR-494 was significantly upregulated in CRC tissues, and this increase was negatively associated with APC expression. APC was confirmed to be a direct target of miR-494 in CRC. Furthermore, overexpression of miR-494 induced Wnt/β-catenin signaling by targeting APC, thus promoting CRC cell growth. This study provides novel insights into the role of miR-494 in controlling CRC cell proliferation and tumorigenesis, and identifies miR-494 as a potential prognostic marker and therapeutic target.

Abstract The novel coronavirus (CoV) disease termed COVID-19 (Coronavirus Disease-19) caused by SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2) is causing a massive pandemic worldwide, threatening public health systems across the globe. During this ongoing COVID-19 outbreak, nucleic acid detection has played an important role in early diagnosis. Here we report a SARS-CoV-2 detection protocol using a CRISPR-based CRISPR diagnostic platform - CDetection (Cas12b-mediated DNA detection). By combining sample treatment protocols and nucleic acid amplification methods with CDetection, we have established an integrated viral nucleic acid detection platform - CASdetec (CRISPR-assisted detection). The detection limit of CASdetec for SARS-CoV-2 pseudovirus is 1 × 10 4 copies/mL, with no cross reactivity observed. Our assay design and optimization process can provide guidance for future CRISPR-based nucleic acid detection assay development and optimization.

Researching genes and their interactions is crucial for deciphering the fundamental laws of biological activity, advancing disease treatment, drug discovery and so on. Large language Models (LLMs), with their profound text comprehension and generation capabilities, have made significant strides across various natural science fields. However, their application in cell biology remains notably scarce. To alleviate this issue, in this paper, we selects seven mainstream LLMs and evaluates their performance across a range of problem scenarios. Our findings indicate that LLMs possess a certain level of understanding of genes and cells, and hold potential for solving real-world problems. Moreover, we have improved the current method of textual representation of cells, enhancing the LLMs’ ability to tackle cell annotation tasks. We encourage cell biology researchers to leverage LLMs for problem-solving while also being mindful of some challenges associated with their use. We release our code and data at https://github.com/epang-ucas/Evaluate_LLMs_to_Genes . CCS Concepts Applied computing → Recognition of genes and regulatory elements; Bioinformatics; Computational genomics; Computational transcriptomics. ACM Reference Format Chen Fang, Yidong Wang, Yunze Song, Qingqing Long, Wang Lu, Linghui Chen, Pengfei Wang, Guihai Feng, Yuanchun Zhou, and Xin Li. 2024. How do Large Language Models understand Genes and Cells. 1, 1 (March 2024), 14 pages. https://doi.org/10.1145/nnnnnnn.nnnnnnn

Abstract Cell fate changes are determined by gene regulatory network (GRN), a sophisticated system regulating gene expression in precise spatial and temporal patterns. However, existing methods for reconstructing GRNs suffer from inherent limitations, leading to compromised accuracy and application generalizability. In this study, we introduce CellPolaris, a computational system that leverages transfer learning algorithms to generate high-quality, cell-type-specific GRNs. Diverging from conventional GRN inference models, which heavily rely on integrating epigenomic data with transcriptomic information or adopt causal strategies through gene co-expression networks, CellPolaris employs high-confidence GRN sources for model training, relying exclusively on transcriptomic data to generate previously unknown cell-type-specific GRNs. Applications of CellPolaris demonstrate remarkable efficacy in predicting master regulatory factors and simulating in-silico perturbations of transcription factors during cell fate transition, attaining state-of-the-art performance in accurately predicting candidate key factors and outcomes in cell reprogramming and spermatogenesis with validated datasets. It is worth noting that, with a transfer learning framework, CellPolaris can perform GRN based predictions in all cell types even across species. Together, CellPolaris represents a significant advancement in deciphering the mechanisms of cell fate regulation, thereby enhancing the precision and efficiency of cell fate manipulation at high resolution.

Abstract Deciphering the universal gene regulatory mechanisms in diverse organisms holds great potential to advance our knowledge of fundamental life process and facilitate research on clinical applications. However, the traditional research paradigm primarily focuses on individual model organisms, resulting in limited collection and integration of complex features on various cell types across species. Recent breakthroughs in single-cell sequencing and advancements in deep learning techniques present an unprecedented opportunity to tackle this challenge. In this study, we developed GeneCompass, the first knowledge-informed, cross-species foundation model pre-trained on an extensive dataset of over 120 million single-cell transcriptomes from human and mouse. During pre-training, GeneCompass effectively integrates four types of biological prior knowledge to enhance the understanding of gene regulatory mechanisms in a self-supervised manner. Fine-tuning towards multiple downstream tasks, GeneCompass outperforms competing state-of-the-art models in multiple tasks on single species and unlocks new realms of cross-species biological investigation. Overall, GeneCompass marks a milestone in advancing knowledge of universal gene regulatory mechanisms and accelerating the discovery of key cell fate regulators and candidate targets for drug development.

Abstract Background Pig organ xenotransplantation is a potential solution for the severe organ shortage in clinic, while immunogenic genes need to be eliminated to improve the immune compatibility between humans and pigs. Current knockout strategies are mainly aimed at the genes causing hyperacute immune rejection (HAR) that occurs in the first few hours while adaptive immune reactions orchestrated by CD4 T cell thereafter also cause graft failure, in which process the MHC II molecule plays critical roles. Methods Thus, we generate a 4‐gene ( GGTA1, CMAH, β4GalNT2, and CIITA ) knockout pig by CRISPR/Cas9 and somatic cell nuclear transfer to compromise HAR and CD4 T cell reactions simultaneously. Results We successfully obtained 4KO piglets with deficiency in all alleles of genes, and at cellular and tissue levels. Additionally, the safety of our animals after gene editing was verified by using whole‐genome sequencing and karyotyping. Piglets have survived for more than one year in the barrier, and also survived for more than 3 months in the conventional environment, suggesting that the piglets without MHC II can be raised in the barrier and then gradually mated in the conventional environment. Conclusions 4KO piglets have lower immunogenicity, are safe in genomic level, and are easier to breed than the model with both MHC I and II deletion.

Lung injury and fibrosis represent the most significant outcomes of severe and acute lung disorders, including COVID-19. However, there are still no effective drugs to treat lung injury and fibrosis. In this study, we report the generation of clinical-grade human embryonic stem cells (hESCs)-derived immunity- and matrix-regulatory cells (IMRCs) manufactured under good manufacturing practice (GMP) requirements, that can treat lung injury and fibrosis in vivo. We generate IMRCs through sequentially differentiating hESCs with xeno-free reagents. IMRCs possess a unique gene expression profile distinct from umbilical cord mesenchymal stem cells (UCMSCs), such as higher levels of proliferative, immunomodulatory and anti-fibrotic genes. Moreover, intravenous delivery of IMRCs inhibits both pulmonary inflammation and fibrosis in mouse models of lung injury, and significantly improves the survival rate of the recipient mice in a dose-dependent manner, likely through their paracrine functions. IMRCs are superior to both primary UCMSCs and FDA-approved pirfenidone, with an excellent efficacy and safety profile in mice, monkeys and two severely ill COVID-19 patients in our pilot study. In light of recent public health crises involving pneumonia, acute lung injury (ALI) and acute respiratory distress syndrome (ARDS), our findings indicate that IMRCs are ready for clinical trials on lung disorders.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.