ABSTRACT Obesity, a worldwide health problem, increases the risk for developing metabolic diseases such as insulin resistance and diabetes. It is well recognized that obesity-associated chronic inflammation plays a key role in the pathogenesis of systemic metabolic dysfunction. Previously, we revealed an anti-inflammatory role for spent culture supernatants isolated from the oral commensal bacterial species Streptococcus gordonii (Sg-SCS). Here, we identified that 6-hydroxyhexanoic acid (6-HHA), a medium chain fatty acid (MCFA), is the one of the key components of Sg-SCS . We found that treatment of 6-HHA in mice fed a high-fat diet (HFD) significantly reduced HFD-mediated weight gain which was largely attributed to a decrease in fat mass. Systemically, 6-HHA improves obesity-associated glucose intolerance and insulin resistance. Furthermore, administration of 6-HHA suppressed obesity-associated systemic inflammation and dyslipidemia. At the cellular level, treatment of 6-HHA ameliorated aberrant inflammatory and metabolic transcriptomic signatures in white adipose tissue of mice with diet-induced obesity (HFD). Mechanistically, we found that 6-HHA suppressed adipocyte-proinflammatory cytokine production and lipolysis, the latter through Gαi-mediated signaling. This work provides direct evidence for the anti-obesity effects of a novel MCFA, which could be a new therapeutic treatment for combating obesity. KEY POINTS Hydroxyhexanoic medium chain fatty acids (MCFAs) are dietary and bacterial-derived energy sources, however, the outcomes of using MCFAs in treating metabolic disorders are diverse and complex. The MCFA 6-hydroxyhexanoic acid (6-HHA) is a metabolite secreted by the oral bacterial commensal species Streptococcus gordonii; here we investigated its role in modulating high-fat diet (HFD)-induced metabolic dysfunction. In a murine model of obesity, we found 6-HHA-mediated improvement of diet-mediated adiposity, insulin resistance and inflammation were in part due to actions on white adipose tissue (WAT). 6-HHA suppressed proinflammatory cytokine production and lipolysis through Gi-mediated signaling in differentiated white adipocytes.

ABSTRACT Tooth development starts with formation of the dental lamina, a localized thickening of the maxillary and mandibular epithelium, at specific location of oral cavity. How this dental lamina is specified within the continuous naïve maxillary and mandibular epithelium, remains as a critical and unresolved question. To identify potential genes and transcriptional regulatory networks that controlling dental lamina formation, we utilized single-cell Multiome-seq and Laser Microdissection coupled RNA-seq to profile gene expression and open chromatin of mandibular epithelium during tooth initiation. We comprehensively identified transcription factors (TFs) and signaling pathways that are differentially expressed among different domains (including dental lamina) along dorsal-ventral axis of mandibular epithelium. Specifically, we found Sox2 and Tfap2a/Tfap2b forming two complementary domains along the dorsal-ventral axis of mandibular epithelium. Furthermore, dental lamina specific or enriched TFs such as Pitx1, Pitx2 and Zfp536 are presented around the interface of Sox2 and Tfap2a/Tfap2b . We also identified correlation between signaling pathways and domain specific TFs. Through computational analysis of single-cell Multiome-seq dataset, we identified potential key/driver TFs and core transcriptional regulatory networks (TRNs) for lineages (oral, dental, skin) specification during tooth initiation. Our computational analysis also reveals a potential cross repression interactions between different groups of TFs (i.e. Pitx1/Pitx2 and Tfap2a/Tfap2b ) that might be essential for dental lamina specification.

ABSTRACT While many reptiles can replace their tooth throughout life, human loss the tooth replacement capability after formation of the permanent teeth. It was thought that the difference in tooth regeneration capability depends on the persistence of a specialized dental epithelial structure, the dental lamina that contains dental epithelial stem cells (DESC). Currently, we know very little about DESC such as what genes are expressed or its chromatin accessibility profile. Multiple markers of DESC have been proposed such as Sox2 and Lgr5 . Few single cell RNA-seq experiments have been performed previously, but no obvious DESC cluster was identified in these scRNA-seq datasets, possible due to that the expression level of DESC markers such as Sox2 and Lgr5 is too low or the percentage of DESC is too low in whole tooth. We utilize a mouse line Sox2-GFP to enrich Sox2+ DESC and use Smart-Seq2 protocol and ATAC-seq protocol to generate transcriptome profile and chromatin accessibility profile of P2 Sox2+ DESC. Additionally, we generate transcriptome profile and chromatin accessibility profile of E11.5 Sox2+ dental lamina cells. With transcriptome profile and chromatin accessibility profile, we systematically identify potential key transcription factors for E11.5 Sox2+ cells and P2 Sox2+ cells. We identified transcription factors including Pitx2, Id3, Pitx1, Tbx1, Trp63, Nkx2-3, Grhl3, Dlx2, Runx1, Nfix, Zfp536 , etc potentially formed the core transcriptional regulatory networks of Sox2+ DESC in both embryonic and postnatal stages.

How the dorsal-ventral axis of the vertebrate jaw, particularly the position of tooth initiation site, is established remains a critical and unresolved question. Tooth development starts with the formation of the dental lamina, a localized thickened strip within the maxillary and mandibular epithelium. To identify transcriptional regulatory networks (TRN) controlling the specification of dental lamina from the naïve mandibular epithelium, we utilized Laser Microdissection coupled low-input RNA-seq (LMD-RNA-seq) to profile gene expression of different domains of the mandibular epithelium along the dorsal-ventral axis. We comprehensively identified transcription factors (TFs) and signaling pathways that are differentially expressed along mandibular epithelial domains (including the dental lamina). Specifically, we found that the TFs Sox2 and Tfap2 (Tfap2a/Tfap2b) formed complimentary expression domains along the dorsal-ventral axis of the mandibular epithelium. Interestingly, both classic and novel dental lamina specific TFs—such as Pitx2 , Ascl5 and Zfp536 —were found to localize near the Sox2 : Tfap2a/Tfap2b interface. To explore the functional significance of these domain specific TFs, we next examined loss-of-function mouse models of these domain specific TFs, including the dental lamina specific TF, Pitx2 , and the ventral surface ectoderm specific TFs Tfap2a and Tfap2b . We found that disruption of domain specific TFs leads to an upregulation and expansion of the alternative domain’s TRN. The importance of this cross-repression is evident by the ectopic expansion of Pitx2 and Sox2 positive dental lamina structure in Tfap2a / Tfap2b ectodermal double knockouts and the emergence of an ectopic tooth in the ventral surface ectoderm. Finally, we uncovered an unappreciated interface of mesenchymal SHH and WNT signaling pathways, at the site of tooth initiation, that were established by the epithelial domain specific TFs including Pitx2 and Tfap2a/Tfap2b . These results uncover a previously unknown molecular mechanism involving cross-repression of domain specific TFs including Pitx2 and Tfap2a/Tfap2b in patterning the dorsal-ventral axis of the mouse mandible, specifically the regulation of tooth initiation site.