Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a form of cellular plasticity that is critical for embryonic development and tumor metastasis. A double-negative feedback loop involving the miR-200 family and ZEB (zinc finger E-box-binding homeobox) transcription factors has been postulated to control the balance between epithelial and mesenchymal states. Here we demonstrate using the epithelial Madin Darby canine kidney cell line model that, although manipulation of the ZEB/miR-200 balance is able to repeatedly switch cells between epithelial and mesenchymal states, the induction and maintenance of a stable mesenchymal phenotype requires the establishment of autocrine transforming growth factor-β (TGF-β) signaling to drive sustained ZEB expression. Furthermore, we show that prolonged autocrine TGF-β signaling induced reversible DNA methylation of the miR-200 loci with corresponding changes in miR-200 levels. Collectively, these findings demonstrate the existence of an autocrine TGF-β/ZEB/miR-200 signaling network that regulates plasticity between epithelial and mesenchymal states. We find a strong correlation between ZEBs and TGF-β and negative correlations between miR-200 and TGF-β and between miR-200 and ZEBs, in invasive ductal carcinomas, consistent with an autocrine TGF-β/ZEB/miR-200 signaling network being active in breast cancers.

Summary Advances in bacterial engineering have catalysed the development of living cell diagnostics and therapeutics 1–3 , including microbes that respond to gut inflammation 4 , intestinal bleeding 5 , pathogens 6 and hypoxic tumors 7 . Bacteria can access the entire gastrointestinal tract 8 to produce outputs measured in stool 4 or urine 7 . Cellular memory, such as bistable switches 4,9,10 or genomic rearrangements 11 , allows bacteria to store information over time. However, living biosensors have not yet been engineered to detect specific DNA sequences or mutations from outside the cell. Here, we engineer naturally competent Acinetobacter baylyi to detect donor DNA from the genomes of colorectal cancer (CRC) cells, organoids and tumors. We characterize the functionality of the biosensors in vitro with co-culture assays and then validate in vivo with sensor bacteria delivered to mice harboring colorectal tumors. We observe horizontal gene transfer from the tumor to the sensor bacteria in our mouse model of CRC. The sensor bacteria achieved 100% discrimination between mice with and without CRC. This Cellular Assay of Targeted, CRISPR-discriminated Horizontal gene transfer (CATCH), establishes a framework for biosensing of mutations or organisms within environments that are difficult to sample, among many other potential applications. Furthermore, the platform could be readily expanded to include production and delivery of antibiotic or antineoplastic therapeutic payloads at the detection site.

Abstract Bioengineered probiotics enable new opportunities to improve colorectal cancer (CRC) screening, prevention and treatment strategies. Here, we demonstrate the phenomenon of selective, long-term colonization of colorectal adenomas after oral delivery of probiotic E. coli Nissle 1917 (EcN) to a genetically-engineered murine model of CRC predisposition. We show that, after oral administration, adenomas can be monitored over time by recovering EcN from stool. We also demonstrate specific colonization of EcN to solitary neoplastic lesions in an orthotopic murine model of CRC. We then exploit this neoplasia-homing property of EcN to develop early CRC intervention strategies. To detect lesions, we engineer EcN to produce a small molecule, salicylate, and demonstrate that oral delivery of this strain results in significantly increased levels of salicylate in the urine of adenoma-bearing mice, in comparison to healthy controls. We also assess EcN engineered to locally release immunotherapeutics at the neoplastic site. Oral delivery to mice bearing adenomas, reduced adenoma burden by ∼50%, with notable differences in the spatial distribution of T cell populations within diseased and healthy intestinal tissue, suggesting local induction of robust anti-tumor immunity. Together, these results support the use of EcN as an orally-delivered platform to detect disease and treat CRC through its production of screening and therapeutic molecules.

Abstract Bone morphogenetic protein (BMP) signaling is required for early forebrain development and cortical formation. How the endogenous modulators of BMP signaling regulate the structural and functional maturation of the developing brain remains unclear. Here we show that expression of the BMP antagonist, Grem1 , marks a neuroprogenitor that gives rise to layer V and VI glutamatergic neurons in the embryonic mouse brain. Lineage tracing of Grem1 -expressing cells in the embryonic brain was examined by administration of tamoxifen to pregnant Grem1creERT Rosa26LSLTdtomato mice at 13.5 days post coitum (dpc), followed by collection of embryos later in gestation. In addition, at 14.5 dpc, bulk mRNA seq analysis of differentially expressed transcripts between FACS sorted Grem1 positive and negative cells was performed. We also generated Emx1-cre mediated Grem1 conditional knockout mice ( Emx1-Cre;Grem1 flox/flox ) in which the Grem1 gene was deleted specifically in the dorsal telencephalon. Grem1 Emx1cKO animals had reduced cortical thickness, especially layers V and VI and impaired motor balance and fear sensitivity compared to littermate controls. This study has revealed new roles for Grem1 in the structural and functional maturation of the developing cortex. Summary statement The BMP antagonist, Grem1 , marks neuroprogenitors that give rise to deep layer glutamatergic neurons in the embryonic mouse brain. Grem1 conditional knockout mice display cortical and behavioural abnormalities.

Gastric cancer (GC) presents a significant health challenge and ranks as the fifth most common cancer in the world. Unfortunately, most patients with GC exhaust standard care treatment options due to late diagnosis and tumour heterogeneity that leads to drug resistance, resulting in poor survival outcomes. Potentially, this situation can be improved by personalising treatment choice. Organoids are an emerging cell model system that recapitulates tumour heterogeneity and drug responses. Coupled with genomic analysis, organoid culture can be used to guide personalised medicine. The GC organoid field, however, lacks standardised methodologies for assessing organoid drug sensitivities. Comparing results across different GC organoid studies and correlating organoid drug responses with patient outcomes is challenging. Hence, we aim to summarise the methodologies used in GC organoid drug testing and correlation with clinical outcomes and discuss design considerations and limitations to enhance the robustness of such studies in the future.