Abstract Background We developed the Stem Cell Educator therapy among multiple clinical trials based on the immune modulations of multipotent cord blood-derived stem cells (CB-SC) on different compartments of immune cells such as T cells and monocytes/macrophages in diabetes and other autoimmune diseases. However, the effects of CB-SC on the B cells remained unclear. To better understand the molecular mechanisms underlying the immune education of CB-SC, we explored the modulations of CB-SC on human B cells. Methods CB-SC were isolated from human cord blood units and confirmed by flow cytometry with different markers for their purity. B cells were purified by using anti-CD19 immunomagnetic beads from human peripheral blood mononuclear cells (PBMC). Next, the activated B cells were treated in the presence or absence of coculture with CB-SC for 7 days before undergoing flow cytometry analysis of phenotypic change with different markers. RT-PCR was utilized to evaluate the levels of galectin expressions with or without treatment of activated B cells in order to find the key galectin contributing to the B-cell modulation. Results Flow cytometry demonstrated that the proliferation of activated B cells was markedly suppressed in the presence of CB-SC, leading to the down-regulation of immunoglobulin productions from the activated B cells. Phenotypic analysis revealed that treatment with CB-SC increased the percentage of IgD + CD27 - naïve B cells, but decreased the percentage of IgD - CD27 + switched B cells. Transwell assay showed that the immune suppression of CB-SC on B cells was dependent on the manner of cell-cell contact via Gal-9 molecule, as confirmed by the blocking experiment with the anti-Gal-9 monoclonal antibody. Mechanistic studies demonstrated that both calcium levels of cytoplasm and mitochondria were down-regulated after the treatment with CB-SC, causing the decline of mitochondrial membrane potential in the activated B cells. Western blot exhibited that the levels of phosphorylated Akt and Erk1/2 signaling proteins in the activated B cells were also markedly reduced in the presence of CB-SC. Conclusions CB-SC displayed multiple immune modulations on B cells through the Gal-9-mediated cell-cell contact mechanism and calcium flux/Akt/Erk1/2 signaling pathways. The data advances current understanding about the molecular mechanisms underlying the Stem Cell Educator therapy to treat autoimmune diseases in clinics.

ABSTRACT Many acute and chronic lung diseases affect the distal lung alveoli. Although airway-derived human cell lines exist, alveolar epithelial cell (AEC)-derived lines are needed to better model these diseases. We have generated and characterized novel immortalized cell lines derived from human AECs. They grow as epithelial monolayers expressing lung progenitor markers SOX9 and SOX2, with little to no expression of mature AEC markers. Co-cultured in 3-dimensions (3D) with lung fibroblasts, the cells form NKX2-1 + organoids expressing mature AEC markers AQP5 and GPRC5A. Single-cell RNA sequencing of an AEC line in 2D versus 3D revealed increased cellular heterogeneity and induction of cytokine and lipoprotein signaling, consistent with organoid formation. Activating WNT and FGF pathways resulted in larger organoids. Our approach appears to yield lung progenitor lines that retain a genetic and structural memory of their alveolar cell lineage despite long-term expansion and whose differentiation may be modulated under various 3D conditions. These cell lines provide a valuable new system to model the distal lung in vitro .

SUMMARY Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a lethal progressive lung disease urgently needing new therapies. Current treatments only delay disease progression, leaving lung transplant as the sole remaining option. Recent studies support a model whereby IPF arises because alveolar epithelial type II (AT2) cells, which normally mediate distal lung regeneration, acquire airway and/or mesenchymal characteristics, preventing proper repair. Mechanisms driving this abnormal differentiation remain unclear. We performed integrated transcriptomic and epigenomic analysis of purified AT2 cells which revealed genome-wide alterations in IPF lungs. The most prominent epigenetic alteration was activation of an enhancer in thyroid receptor interactor 13 ( TRIP13 ), coinciding with TRIP13 upregulation. TRIP13 is broadly implicated in epithelial-mesenchymal plasticity and transforming growth factor-β signaling. In cultured human AT2 cells and lung slices, small molecule TRIP inhibitor DCZ0415 prevented acquisition of the mesenchymal gene signature characteristic of IPF, suggesting TRIP13 inhibition as a potential therapeutic approach to fibrotic disease.

Abnormal lung development can cause congenital pulmonary cysts, the mechanisms of which remain largely unknown. Although the cystic lesions are believed to result directly from disrupted airway epithelial cell growth, the extent to which developmental defects in lung mesenchymal cells contribute to abnormal airway epithelial cell growth and subsequent cystic lesions has not been thoroughly examined. In the present study, we dissected the roles of BMP receptor 1a (Bmpr1a)-mediated BMP signaling in lung mesenchyme during prenatal lung development and discovered that abrogation of mesenchymal Bmpr1a disrupted normal lung branching morphogenesis, leading to the formation of prenatal pulmonary cystic lesions. Severe deficiency of airway smooth muscle cells and subepithelial elastin fibers were found in the cystic airways of the mesenchymal Bmpr1a knockout lungs. In addition, ectopic mesenchymal expression of BMP ligands and airway epithelial perturbation of the Sox2-Sox9 proximal-distal axis were detected in the mesenchymal Bmpr1a knockout lungs. However, deletion of Smad1/5, two major BMP signaling downstream effectors, from the lung mesenchyme did not phenocopy the cystic abnormalities observed in the mesenchymal Bmpr1a knockout lungs, suggesting that a Smad-independent mechanism contributes to prenatal pulmonary cystic lesions. These findings reveal for the first time the role of mesenchymal BMP signaling in lung development and a potential pathogenic mechanism underlying congenital pulmonary cysts.

Intensive conventional farming has degraded soil quality in farmlands and other ecosystems globally. Although low-disturbance practices have been widely adapted to restore soil health and save energy, the underlying mechanisms associated with farm sustainability are still unclear. Here, we compared soil microbiome, physiochemical parameters along 3-m deep soil profiles, and crop yield in Northeast China subjected to ten years of farming practices at 3 levels of disturbance, including conventional tillage (CT), no-tillage without stover mulching (NTNS), and no-tillage with stover mulching (NTSM). We found that low-disturbance practices (NTNS and NTSM) promoted the ability of the soil to retain water and nitrogen, regenerated whole-soil microbial diversity and function, and significantly improved corn yield at the drought year. This study implies that the low-disturbance practice could substantially reduce energy consumption and cut greenhouse gas emissions, thus contributing to sustainable farming.

Abstract Despite the revolutionary impacts of CRISPR-Cas gene editing systems, the effective and widespread use of CRISPR technologies in emerging model organisms still faces significant challenges. These include the inefficiency in generating heritable mutations at the organismal level, limited knowledge about the genomic consequences of gene editing, and an inadequate understanding of the inheritance patterns of CRISPR-Cas-induced mutations. This study addresses these issues by 1) developing an efficient microinjection delivery method for CRISPR editing in the microcrustacean Daphnia pulex ; 2) assessing the editing efficiency of Cas9 and Cas12a nucleases, examining mutation inheritance patterns, and analyzing the local and global mutation spectrum in the scarlet mutants; and 3) investigating the transcriptomes of scarlet mutants to understand the pleiotropic effects of scarlet underlying their swimming behavior changes. Our reengineered CRISPR microinjection method results in efficient biallelic editing with both nucleases. While indels are dominant in Cas-induced mutations, a few on-site large deletions (>1kb) are observed, most likely caused by microhomology-mediated end joining repair. Knock-in of a stop codon cassette to the scarlet locus was successful, despite complex induced mutations surrounding the target site. Moreover, extensive germline mosaicism exists in some mutants, which unexpectedly produce different phenotypes/genotypes in their asexual progenies. Lastly, our transcriptomic analyses unveil significant gene expression changes associated with scarlet knock-out and altered swimming behavior in mutants, including several genes (e.g., NMDA1, ABAT, CNTNAP2) involved in human neurodegenerative diseases. This study expands our understanding of the dynamics of gene editing in the tractable model organism Daphnia and highlights its promising potential as a neurological disease model.

Peatlands have persisted as massive carbon sinks over millennia, even during past periods of climate change. The commonly accepted theory of abiotic controls (mainly anoxia and low temperature) over carbon decomposition cannot explain how vast low-latitude wooded peatlands consistently accrete peat under warm and seasonally unsaturated conditions. Similarly, that theory cannot accurately project the decomposition rate in boreal peatlands where warming and drought have decreased Sphagnum and increased shrub expansion. Here, by comparing composition and ecological traits of microbes between Sphagnum- and shrub-dominated peatlands, we present a previously unrecognized natural course that curbs carbon loss against climate change. Slow-growing microbes decisively dominate the studied wooded peatlands, concomitant with plant-induced, high recalcitrant carbon and phenolics. The slow-growing microbes inherently metabolize organic matter slowly. However, the fast-growing microbes that dominate our Sphagnum site (most boreal peatlands as well) decomposed labile carbon >30 times faster than the slow-growing microbes. We show that the high-phenolic shrub/tree induced shifts in microbial composition may compensate for positive effects of temperature and/or drought on metabolism over time in peatlands. This biotic self-sustaining process that modulates abiotic controls on carbon cycling may help better project long-term climate-carbon feedbacks in peatlands.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

ABSTRACT Mucosal healing is associated with better clinical outcomes in patients with inflammatory bowel diseases (IBDs). Unresolved injury and inflammation, on the other hand, increases pathological fibrosis and the predisposition to cancer. Loss of Smad4, a tumor suppressor, is known to increase colitis-associated cancer in mouse models of chronic IBD. Since common biological processes are involved in both injury repair and tumor growth, we sought to investigate the effect of Smad4 loss on the response to epithelial injury. To this end, Smad4 was knocked out specifically in the intestinal epithelium and transcriptomic and morphological changes compared between wild type mice and Smad4 knock out mice after DSS-induced injury. We find that Smad4 loss alleviates pathological fibrosis and enhances mucosal repair. The transcriptomic changes specific to epithelium indicate molecular changes that affect epithelial extracellular matrix (ECM) and promote enhanced mucosal repair. These findings suggest that the biological processes that promote wound healing alleviate the pathological fibrotic response to DSS. Therefore, these mucosal repair processes could be exploited to develop therapies that promote normal wound healing and prevent fibrosis. NEW AND NOTEWORTHY We show that transcriptomic changes due to Smad4 loss in the colonic epithelium alleviates the pathological fibrotic response to DSS in an IBD mouse model of acute inflammation. Most notably, we find that collagen deposition in the epithelial ECM, as opposed to that in the lamina propria, correlates with epithelial changes that enhance wound healing. This is the first report on a mouse model providing alleviated fibrotic response in a DSS-IBD mouse model in vivo .