Abstract SARS-CoV-2 lineages prevalent in the first and second waves in Eastern Germany were different, with many new variants including four predominant lineages in the second wave, having been introduced into Eastern Germany between August to October 2020, indicating the major cause of the second wave was the introduction of new variants.

Abstract Regeneration-competent species possess the ability to reverse the progression of severe diseases by restoring the function of the damaged tissue. However, the cellular dynamics underlying this capability remain unexplored. Here, we use single-cell transcriptomics to map de novo β-cell regeneration during induction and recovery from diabetes in zebrafish. We show that the zebrafish has evolved two distinct types of somatostatin-producing δ-cells, which we term δ1- and δ2-cells. Moreover, we characterize a small population of glucose-responsive islet cells, which share the hormones and fate-determinants of both β- and δ1-cells. The transcriptomic analysis of β-cell regeneration reveals that β/δ hybrid cells constitute a prominent source of insulin-expression during diabetes recovery. Using in vivo calcium imaging and cell tracking, we further show that the hybrid cells form de novo and acquire glucose-responsiveness in the course of regeneration. The overexpression of dkk3 , a gene enriched in hybrid cells, increases their formation in the absence of β-cell injury. Finally, interspecies comparison shows that plastic δ1-cells are partially related to PP-cells in the human pancreas. Our work provides an atlas of β-cell regeneration and indicates that the rapid formation of glucose-responsive hybrid cells contributes to the resolution of diabetes in zebrafish

Summary Physiological liver cell replacement is central to maintaining the organ’s high metabolic activity, although its characteristics are difficult to study in humans. Using retrospective 14 C birth dating of cells, we report that human hepatocytes show continuous and lifelong turnover, maintaining the liver a young organ (average age < 3 years). Hepatocyte renewal is highly dependent on the ploidy level. Diploid hepatocytes show an seven-fold higher annual exchange rate than polyploid hepatocytes. These observations support the view that physiological liver cell renewal in humans is mainly dependent on diploid hepatocytes, whereas polyploid cells are compromised in their ability to divide. Moreover, cellular transitions between these two subpopulations are limited, with minimal contribution to the respective other ploidy class under homeostatic conditions. With these findings, we present a new integrated model of homeostatic liver cell generation in humans that provides fundamental insights into liver cell turnover dynamics.

Summary Zebrafish faithfully regenerate their fins after amputation which includes restoration of bone tissue and a component of cell plasticity. It is currently unclear how different cell populations of the regenerate divide labor to allow for efficient regenerate growth and proper patterning. Here, we studied lineage relationships of FACS-enriched epidermal, blastemal and bone forming fin regenerate cells by single cell (sc) RNA sequencing, lineage tracing, targeted osteoblast ablation and electron microscopy to show that the majority of osteoblasts in the outgrowing regenerate derive from osterix + osteoblasts, while mmp9 + cells give rise to a limited cell number at the fin segment joints. A third population of distal blastema cells contributes to distal osteoblast progenitors, suggesting compartmentalization during appendage regeneration. Fin elongation and bone formation are carried out by distinct regenerate cell populations, and these variably depend on Fgf signaling. Ablation of osterix + osteoblasts irreversibly impairs patterning of segment joints, and prevents bone matrix formation in the proximal regenerate. The resulting reduced regenerate length is partially compensated for by the distal regenerate which shows increased Wnt signaling activity. Surprisingly, ablation of joint cells does not abolish the formation of segment joints. Our study characterizes rare fin regenerate cell populations, indicates intricate osteoblast-blastema lineage relationships, inherent detection and compensation of impaired regeneration, and demonstrates zonation of the elongating regenerate. Furthermore, it sheds light on the variable dependence of bone formation on growth factor signaling.

During mouse embryogenesis, progenitors within the liver known as hepatoblasts give rise to adult hepatocyte and cholangiocyte cells. Hepatoblasts, which are specified at E8.5-E9.0, have been regarded as a homogeneous population of progenitors, which initiate differentiation into hepatocytes and cholangiocytes from E13.5 onwards. Recently, sub-populations of transcriptionally different hepatoblasts have been identified as already present at E11.5 by single cell RNAseq (scRNAseq) analysis. However, whether these transcriptional differences result from functionally heterogeneous hepatoblast populations is unknown. Here we show that the hepatoblast pool is not only transcriptionally but also functionally heterogeneous and that a sub-population of E9.5-E10.0 hepatoblasts exhibits a previously unidentified early commitment to cholangiocyte fate. Importantly, we also identify a sub-population of bona-fide E9.5 hepatoblasts which express the adult stem cell marker Lgr5 and contribute to liver development by generating both hepatocyte and cholangiocyte progeny that persist for the life-span of the mouse. Using a combination of lineage tracing and scRNAseq, we show that Lgr5 marks E9.5-E10.0 bi-potent liver progenitors residing at the apex of a hierarchy of the hepatoblast population. Notably, isolated Lgr5+ hepatoblasts can be clonally expanded in vitro into embryonic liver organoids, which can commit to hepatocyte or cholangiocyte fates dependent upon the culture conditions. Our study represents the first functional demonstration of heterogeneity within E9.5 hepatoblasts and identifies Lgr5 as a marker for a sub-population of truly bi-potent liver progenitors.

Early disease diagnosis is key for the effective treatment of diseases. It relies on the identification of biomarkers and morphological inspection of organs and tissues. Histopathological analysis of human biopsies is the gold standard to diagnose tissue alterations. However, this approach has low resolution and overlooks 3D structural changes that are consequence of functional alterations. Here, we applied multiphoton imaging, 3D digital reconstructions and computational simulations to generate spatially-resolved geometrical and functional models of human liver tissue at different stages of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). We identified a set of new morphometric cellular parameters correlated with disease progression. Moreover, we found profound topological defects in the 3D bile canaliculi (BC) network. Personalized biliary fluid dynamic simulations predicted an increased pericentral biliary pressure and zonated cholestasis, consistent with elevated cholestatic biomarkers in patients' sera. Our spatially-resolved models of human liver tissue can contribute to high-definition medicine by identifying quantitative multi-parametric cellular and tissue signatures to define disease progression and provide new insights into NAFLD pathophysiology.

Cardiomyocytes in the adult human heart show a regenerative capacity, with an annual renewal rate around 0.5%. Whether this regenerative capacity of human cardiomyocytes is employed in heart failure has been controversial. Using retrospective 14C birth dating we analyzed cardiomyocyte renewal in patients with end-stage heart failure. We show that cardiomyocyte generation is minimal in end-stage heart failure patients at rates 18-50 times lower compared to the healthy heart. However, patients receiving left ventricle support device therapy, who showed significant functional and structural cardiac improvement, had a >6-fold increase in cardiomyocyte renewal relative to the healthy heart. Our findings reveal a substantial cardiomyocyte regeneration potential in human heart disease, which could be exploited therapeutically.

Axolotls are unique in their ability to regenerate the spinal cord. However, the mechanisms that underlie this phenomenon remain poorly understood. Previously, we showed that resting stem cells in the axolotl spinal cord revert to a molecular state resembling embryonic neuroepithelial cells and functionally acquire rapid proliferative divisions during regeneration. Here we refine in space and time this increase in cell proliferation during regeneration, and identify a dynamic high-proliferation zone in the regenerating spinal cord. By tracking sparsely-labeled cells, we quantify cell influx into the regenerate. Taking a mathematical modelling approach, we integrate these quantitative biological datasets across cellular and tissue level to provide a mechanistic and quantitative understanding of regenerative spinal cord outgrowth. We find that the acceleration of the cell cycle is necessary and sufficient to drive the outgrowth of the regenerating spinal cord in axolotls.

ABSTRACT This study explores the influence of lifestyle on Alzheimer’s disease (AD) progression using App-NL-G-F mice in a complex enrichment system. Mice exhibited social deficits before plaque pathology or memory impairment, revealing a crucial link between lifestyle, behavior, and neuroinflammation. Plasma analysis indicates early inflammation and apoptosis-related changes, setting the stage for identifying markers predicting plaque manifestation. Beyond pathology, social behavior is linked to adult neurogenesis and microglia coverage, forming a dynamic connection with microglia activation. Further, sc-RNA sequencing unveiled a decrease in interferon-responsive microglia and alteration in antigen processing with enrichment. These findings underscore the beneficial impact of social housing on microglia and interconnected factors, pointing to microglia as a critical mediator of the behavior-pathology-plasticity interplay in AD. The study enhances our understanding of AD complexity and offers insights into potential therapeutic strategies, emphasizing the multifaceted nature of AD progression and the role of lifestyle in shaping its course.

SUMMARY In the lesioned zebrafish retina, Müller glia produce multipotent retinal progenitors that generate all retinal neurons, replacing lost cell types. To study the molecular mechanisms linking Müller glia reactivity to progenitor production and neuronal differentiation, we used single cell RNA sequencing of Müller glia, progenitors and regenerated progeny from uninjured and light-lesioned retinae. We discover an injury-induced Müller glia differentiation trajectory that leads into a cell population with a hybrid identity expressing marker genes of Müller glia and progenitors. A glial self-renewal and a neurogenic trajectory depart from the hybrid cell population. We further observe that neurogenic progenitors progressively differentiate to generate retinal ganglion cells first and bipolar cells last, similar to the events observed during retinal development. Our work provides a comprehensive description of Müller glia and progenitor transcriptional changes and fate decisions in the regenerating retina, which are key to tailor cell differentiation and replacement therapies for retinal dystrophies in humans.