Summary The dorsal telencephalon (i.e. the pallium) exhibits high anatomical diversity across vertebrate classes. The mammalian dorsal pallium accommodates a six layered-structure, the neocortex, whereas the teleostean dorsal pallium possesses various compartmentalized structures among species. The development, function and evolution of the fish dorsal pallium remain unillustrated. Here, we analyzed the structure and epigenetic landscapes of cell lineages in the telencephalon of medaka fish ( Oryzias latipes ) which possesses a clearly delineated dorsal pallium (the Dd2 region). We found that different pallial regions, including Dd2, are formed by mutually exclusive clonal units, and that each pallium compartment exhibits a distinct epigenetic landscape. In particular, Dd2 possesses a unique open chromatin pattern that preferentially targets synapse-related genes. Indeed, Dd2 shows a high density of synapses, which might reflect strong plasticity. Finally, we identified several transcription factors as candidate regulators for the Dd2, which are partially shared with the human neocortex and hippocampus.

Abstract In rodents, estrogens aromatized from androgens in the brain, also known as neuroestrogens, are essential for the development of male-typical behaviors. In many other vertebrates including humans and teleost fish, however, androgens facilitate these behaviors directly via the androgen receptor without aromatization into estrogens. Here we report that male medaka fish lacking Cyp19a1b (a subtype of aromatase predominantly expressed in the brain) exhibit severely impaired male-typical mating and aggression, despite elevated brain androgen levels. These phenotypes can be rescued by estrogen administration, indicating that neuroestrogens are pivotal for male-typical behaviors even in non-rodents. Our results further suggest that neuroestrogens facilitate male-typical behaviors by potentiating androgen action in the brain via the direct stimulation of androgen receptor transcription, thereby revealing a previously unappreciated mechanism of action of neuroestrogens. We additionally show that female fish lacking Cyp19a1b are less receptive to male courtship and conversely court other females, highlighting the significance of neuroestrogens in establishing sex-typical behaviors in both sexes.

Abstract Diaphorin is a polyketide produced by Candidatus Profftella armatura (Gammaproteobacteria: Burkholderiales), an obligate symbiont of a notorious agricultural pest, the Asian citrus psyllid Diaphorina citri (Hemiptera: Psyllidae). Diaphorin belongs to the pederin family of bioactive agents found in various host-symbiont systems, including beetles, lichens, and sponges, harboring phylogenetically diverse bacterial producers. Previous studies showed that diaphorin has inhibitory effects on various eukaryotes, including the natural enemies of D. citri . However, little is known about its effects on prokaryotic organisms. To address this issue, the present study assessed the biological activities of diaphorin on two model prokaryotes, Escherichia coli (Gammaproteobacteria: Enterobacterales) and Bacillus subtilis (Firmicutes: Bacilli). The analyses revealed that diaphorin inhibits the growth of B. subtilis but moderately promotes the growth of E. coli . This finding implies that diaphorin functions as a defensive agent of the holobiont (host + symbionts) against some bacterial lineages but is beneficial for others, which potentially include obligate symbionts of D. citri . Importance Certain secondary metabolites, including antibiotics, evolve to mediate interactions among organisms. These molecules have distinct spectra for microorganisms and are often more effective against Gram-positive bacteria than Gram-negative ones. However, it is rare that a single molecule has completely opposite activities on distinct bacterial lineages. The present study revealed that a secondary metabolite synthesized by an organelle-like bacterial symbiont of psyllids inhibits the growth of Gram-positive Bacillus subtilis but promotes the growth of Gram-negative Escherichia coli . This finding not only provides insights into the evolution of symbiosis between animal hosts and bacteria but may also potentially be exploited to promote the effectiveness of industrial material production by microorganisms.

ABSTRACT Xenopus young tadpoles regenerate a limb with the anteroposterior (AP) pattern, but metamorphosed froglets regenerate a hypomorphic limb after amputation. The key gene for AP patterning, shh , is expressed in a regenerating limb of the tadpole but not in that of the froglet. Genomic DNA in the shh limb-specific enhancer, MFCS1 (ZRS), is hypermethylated in froglets but hypomethylated in tadpoles: shh expression may be controlled by epigenetic regulation of MFCS1. Is MFCS1 specifically activated for regenerating the AP-patterned limb? We generated transgenic Xenopus laevis lines that visualize the MFCS1 enhancer activity with a GFP reporter. The transgenic tadpoles showed GFP expression in hoxd13- and shh- expressing domains of developing and regenerating limbs, whereas the froglets showed no GFP expression in the regenerating limbs despite having hoxd13 expression. Genome sequence analysis and co-transfection assays using cultured cells revealed that Hoxd13 can activate Xenopus MFCS1. These results suggest that MFCS1 activation correlates with regeneration of AP-patterned limbs and that re-activation of epigenetically inactivated MFCS1 would be crucial to confer the ability to non-regenerative animals for regenerating a properly patterned limb.

Abstract Background Optineurin (OPTN) is associated with several human diseases, including amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and is involved in various cellular processes, including autophagy. Optineurin regulates the expression of interferon beta (IFNβ), which plays a central role in the innate immune response to viral infection. However, the role of optineurin in response to viral infection has not been fully clarified. It is known that optineurin-deficient cells produce more IFNβ than wild-type cells following viral infection. In this study, we investigate the reasons for, and effects of, IFNβ overproduction during optineurin deficiency both in vitro and in vivo . Methods To investigate the mechanism of IFNβ overproduction, viral nucleic acids in infected cells were quantified by RT-qPCR and the autophagic activity of optineurin-deficient cells was determined to understand the basis for the intracellular accumulation of viral nucleic acids. Moreover, lethal viral infection experiments using optineurin-disrupted ( Optn -KO) animals were performed. Results IFNβ overproduction following viral infection was observed not only in several types of optineurin-deficient cell lines but also in Optn -KO mice and human ALS patient cells carrying mutations in OPTN . IFNβ overproduction in Optn -KO cells was revealed to be caused by excessive accumulation of viral nucleic acids, which was a consequence of reduced autophagic activity caused by the loss of optineurin. Additionally, IFNβ overproduction in Optn -KO mice suppressed viral proliferation, resulting in increased mouse survival following lethal viral challenge. Conclusion Our findings indicate that the combination of optineurin deficiency and viral infection leads to IFNβ overproduction in vitro and in vivo . The effects of optineurin deficiency are elicited by viral infection, therefore, viral infection may be implicated in the development of optineurin-related diseases.

Abstract The adherens junction (AJ) is an actin filament-anchoring junction. It plays a central role in epithelial morphogenesis through cadherin-based recognition and adhesion among cells. The stability and plasticity of AJs are required for the morphogenesis. An actin-binding α-catenin is an essential component of the cadherin-catenin complex and functions as a tension transducer that changes its conformation and induces AJ development in response to tension. Despite much progress in understanding molecular mechanisms of tension sensitivity of α-catenin, its significance on epithelial morphogenesis is still unknown. Here we show that the tension sensitivity of α-catenin is essential for epithelial cells to form round spheroids through proper multicellular rearrangement. Using a novel in vitro suspension culture model, we found that epithelial cells form round spheroids even from rectangular-shaped cell masses with high aspect ratios without using high tension and that hypersensitive mutants affected this morphogenesis. Analyses of AJ formation and cellular tracking during rounding morphogenesis showed cellular rearrangement, probably through AJ remodeling. The rearrangement occurs at the cell mass level, but not single-cell level. Hypersensitive α-catenin mutant-expressing cells did not show cellular rearrangement at the cell mass level, suggesting that proper AJ plasticity requires appropriate tension sensitivity of α-catenin.

Abstract Background The pancreas exhibits diverse structures and roles across vertebrates. The pancreas has evolved to include both endocrine and exocrine cells, a change that occurred during the transition from fish to amphibian. This event emphasizes the evolutionary significance of amphibians. However, research has focused predominantly on anuran amphibians, with urodeles, such as newts, remaining underexplored. In this study, we investigated the development of the pancreas using Pleurodeles waltl as a model species of urodele. Results The newt pancreas consists of a single organ with exocrine tissue characterized by acinar structures and endocrine tissue forming islets. Notably, the newt possesses unique pancreas‐like tissues on their intestines. We found that disruption of the newt Pancreatic and Duodenal Homeobox (Pdx) 1 gene resulted in an underdeveloped pancreas. Conversely, disruption of the Pdx2 paralog in newt had no significant impact on pancreatic development. Conclusion The newt pancreas shows a morphology similar to that of the mammalian pancreas, which includes both exocrine and endocrine tissues. These results highlight the intermediate evolutionary position of the newt in the context of the evolution of pancreatic development. Our findings indicate that characterization of the newt pancreas will be crucial for understanding the evolutionary progression of pancreatic function in vertebrates.