To directly test the requirement for hedgehog signaling in the telencephalon from early neurogenesis, we examined conditional null alleles of both the Sonic hedgehog and Smoothened genes. While the removal of Shh signaling in these animals resulted in only minor patterning abnormalities, the number of neural progenitors in both the postnatal subventricular zone and hippocampus was dramatically reduced. In the subventricular zone, this was partially attributable to a marked increase in programmed cell death. Consistent with Hedgehog signaling being required for the maintenance of stem cell niches in the adult brain, progenitors from the subventricular zone of floxed Smo animals formed significantly fewer neurospheres. The loss of hedgehog signaling also resulted in abnormalities in the dentate gyrus and olfactory bulb. Furthermore, stimulation of the hedgehog pathway in the mature brain resulted in elevated proliferation in telencephalic progenitors. These results suggest that hedgehog signaling is required to maintain progenitor cells in the postnatal telencephalon.

We describe a method termed MADM (mosaic analysis with double markers) in mice that allows simultaneous labeling and gene knockout in clones of somatic cells or isolated single cells in vivo. Two reciprocally chimeric genes, each containing the N terminus of one marker and the C terminus of the other marker interrupted by a loxP-containing intron, are knocked in at identical locations on homologous chromosomes. Functional expression of markers requires Cre-mediated interchromosomal recombination. MADM reveals that interchromosomal recombination can be induced efficiently in vivo in both mitotic and postmitotic cells in all tissues examined. It can be used to create conditional knockouts in small populations of labeled cells, to determine cell lineage, and to trace neuronal connections. To illustrate the utility of MADM, we show that cerebellar granule cell progenitors are fated at an early stage to produce granule cells with axonal projections limited to specific sublayers of the cerebellar cortex.

Abstract The oligomeric organization of membrane proteins in native cell membranes is a critical regulator of their function. High-resolution quantitative measurements of oligomeric assemblies and how they change under different conditions are indispensable to the understanding of membrane protein biology. We report a single-molecule imaging technique (Native-nanoBleach) to determine the oligomeric distribution of membrane proteins directly from native membranes at an effective spatial resolution of ∼10 nm. We achieved this by capturing target membrane proteins in “native nanodiscs” with their proximal native membrane environment using amphipathic copolymers. We established this method using structurally and functionally diverse membrane proteins with well-established stoichiometries. We then applied Native-nanoBleach to quantify the oligomerization status of a receptor tyrosine kinase (TrkA) and a small GTPase (KRas) under conditions of growth-factor binding or oncogenic mutations, respectively. Native-nanoBleach provides a sensitive, single-molecule platform to quantify membrane protein oligomeric distributions in native membranes at an unprecedented spatial resolution.

Alterations in three-dimensional (3D) genome structures are associated with cancer1-5. However, how genome folding evolves and diversifies during subclonal cancer progression in the native tissue environment remains unknown. Here, we leveraged a genome-wide chromatin tracing technology to directly visualize 3D genome folding in situ in a faithful Kras-driven mouse model of lung adenocarcinoma (LUAD)6, generating the first single-cell 3D genome atlas of any cancer. We discovered stereotypical 3D genome alterations during cancer development, including a striking structural bottleneck in preinvasive adenomas prior to progression to LUAD, indicating a stringent selection on the 3D genome early in cancer progression. We further showed that the 3D genome precisely encodes cancer states in single cells, despite considerable cell-to-cell heterogeneity. Finally, evolutionary changes in 3D genome compartmentalization - partially regulated by polycomb group protein Rnf2 through its ubiquitin ligase-independent activity - reveal novel genetic drivers and suppressors of LUAD progression. Our results demonstrate the importance of mapping the single-cell cancer 3D genome and the potential to identify new diagnostic and therapeutic biomarkers from 3D genomic architectures.

Obesity is a major modifiable risk factor for pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), yet how and when obesity contributes to PDAC progression is not well understood. Leveraging an autochthonous mouse model, we demonstrate a causal and reversible role for obesity in early PDAC progression, showing that obesity markedly enhances tumorigenesis, while genetic or dietary induction of weight loss intercepts cancer development. Bulk and single cell molecular analyses of human and murine samples define microenvironmental consequences of obesity that promote tumor development rather than new driver gene mutations. We observe increased inflammation and fibrosis and also provide evidence for significant pancreatic islet cell adaptation in obesity-associated tumors. Specifically, we identify aberrant islet beta cell expression of the peptide hormone cholecystokinin (CCK) in tumors as an adaptive response to obesity. Furthermore, beta cell CCK expression promotes oncogenic Kras -driven pancreatic ductal tumorigenesis. Our studies argue that PDAC progression is driven by local obesity-associated changes in the tumor microenvironment – rather than systemic effects – and implicate endocrine-exocrine signaling beyond insulin in PDAC development. Furthermore, our demonstration that these obesity-associated adaptations are reversible supports the use of anti-obesity strategies to intercept PDAC early during progression.

Despite the already dire impact of pancreatic cancer, a growing subset of patients with obesity exhibits an amplified risk of disease and worse outcomes. Mouse models have revealed that obesity is distinctly pathogenic, accelerating pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) progression and inducing increased desmoplasia and myeloid cell infiltration in the tumor microenvironment. However, whether and how obesity-countering interventions, such as exercise, reverse the protumorigenic effects of obesity is incompletely understood. In this issue of Cancer Research, Pita-Grisanti and colleagues investigate the impact of physical activity (PA) in disrupting obesity-driven PDAC. Employing a variety of sophisticated models, including autochthonous genetically engineered mice, orthotopic syngeneic allografts, high-fat diet-induced obesity, and PA interventions in mice and humans, the authors found that PA impedes PDAC development in obese mice but does not impact the growth of advanced tumors. These antitumor effects correlated with reduced inflammation and fibrosis in the tumor microenvironment, a decline in high-fat diet-induced circulating inflammatory cytokines, and an increase in the IL15 signaling axis in white adipose tissue. Although adipose-targeted IL15 therapy was effective in suppressing advanced tumor growth in lean mice, obese mice were resistant to its therapeutic benefits. Together, the findings argue that PA delays obesity-driven early PDAC progression, implicating the preferential benefit of exercise as a preventative strategy. They further identify changes in obesity-associated local and systemic cytokine production as a possible mechanism for the antitumor effects of PA and help define context-specific determinants of response for emerging IL15-based immunotherapies. See related article by Pita-Grisanti et al., p. 3058.