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 Hydractinia is a colonial marine hydroid that exhibits remarkable biological properties, including the capacity to regenerate its entire body throughout its lifetime, a process made possible by its adult migratory stem cells, known as i-cells. Here, we provide an in-depth characterization of the genomic structure and gene content of two Hydractinia species, H. symbiolongicarpus and H. echinata , placing them in a comparative evolutionary framework with other cnidarian genomes. We also generated and annotated a single-cell transcriptomic atlas for adult male H. symbiolongicarpus and identified cell type markers for all major cell types, including key i-cell markers. Orthology analyses based on the markers revealed that Hydractinia ’s i-cells are highly enriched in genes that are widely shared amongst animals, a striking finding given that Hydractinia has a higher proportion of phylum-specific genes than any of the other 41 animals in our orthology analysis. These results indicate that Hydractinia ’s stem cells and early progenitor cells may use a toolkit shared with all animals, making it a promising model organism for future exploration of stem cell biology and regenerative medicine. The genomic and transcriptomic resources for Hydractinia presented here will enable further studies of their regenerative capacity, colonial morphology, and ability to distinguish self from non-self.

Abstract Specification of the epiblast (EPI) and primitive endoderm (PE) in the mouse embryo involves FGF signaling through the RAS/MAP kinase pathway. FGFR1 and FGFR2 are thought to mediate this signaling in the inner cell mass (ICM) of the mouse blastocyst. In this study, we verified the dynamics of FGFR2 expression through a green fluorescent protein reporter mouse line (FGFR2-eGFP). We observed that FGFR2-eGFP is present in the late 8-cell stage; however, it is absent or reduced in the ICM of early blastocysts. We then correlated GFP expression with GATA6 and NANOG after immunostaining. We detected that GFP is weakly correlated with GATA6 in early blastocysts, but this correlation quickly increases as the blastocyst develops. The correlation between GFP and NANOG decreases throughout blastocyst development. Treatment with FGF from the morula stage onwards did not affect FGFR2-eGFP presence in the ICM of early blastocysts; however, late blastocysts presented FGFR2-eGFP in all cells of the ICM. BMP treatment positively influenced FGFR2-eGFP expression and reduced the number of NANOG-positive cells in late blastocysts. In conclusion, FGFR2 is not strongly associated with PE precursors in the early blastocyst, but it is highly correlated with PE cells as blastocyst development progresses, consistent with the proposed role for FGF in maintenance rather than initiating the PE lineage.

Abstract YAP protein is a critical regulator of mammalian embryonic development. By generating a near-infrared fusion YAP reporter mouse line, we have achieved high-resolution live imaging of YAP localization during mouse embryonic development. We have validated the reporter by demonstrating its predicted responses to blocking LATs kinase activity or blocking cell polarity. By time lapse imaging preimplantation embryos, we revealed a mitotic reset behavior of YAP nuclear localization. We also demonstrated deep tissue live imaging in post-implantation embryos and revealed an intriguing nuclear YAP pattern in migrating cells. The YAP fusion reporter mice and imaging methods will open new opportunities for understanding dynamic YAP signaling in vivo in many different situations.