Background —Previously, we demonstrated that insulin stimulates production of nitric oxide (NO) in endothelial cells. However, specific insulin-signaling pathways mediating production of NO have not been elucidated. Methods and Results —We developed methods for transfection of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and direct measurement of NO to begin defining insulin-signaling pathways related to NO production. HUVECs were cotransfected with enhanced Green Fluorescent Protein ( eGFP ) and another gene of interest. Transfection efficiencies >95% were obtained by selecting cells expressing eGFP . Overexpression of insulin receptors in HUVECs resulted in an ≈3-fold increase in production of NO in response to insulin. In contrast, HUVECs overexpressing a tyrosine kinase–deficient mutant insulin receptor had a dose-response curve similar to that of control cells. Overexpression of inhibitory mutants of either phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) or Akt resulted in nearly complete inhibition of insulin-stimulated production of NO. Overexpression of an inhibitory mutant of Ras had a much smaller effect. Conclusions —Receptor kinase activity is necessary to mediate production of NO through the insulin receptor. Both PI3K and Akt contribute importantly to this process, whereas the contribution of Ras is small.

Neurogenesis is known to persist in the adult mammalian central nervous system (CNS). The identity of the cells that generate new neurons in the postnatal CNS has become a crucial but elusive issue. Using a transgenic mouse, we show that NG2 proteoglycan–positive progenitor cells that express the 2′,3′-cyclic nucleotide 3′-phosphodiesterase gene display a multipotent phenotype in vitro and generate electrically excitable neurons, as well as astrocytes and oligodendrocytes. The fast kinetics and the high rate of multipotent fate of these NG2+ progenitors in vitro reflect an intrinsic property, rather than reprogramming. We demonstrate in the hippocampus in vivo that a sizeable fraction of postnatal NG2+ progenitor cells are proliferative precursors whose progeny appears to differentiate into GABAergic neurons capable of propagating action potentials and displaying functional synaptic inputs. These data show that at least a subpopulation of postnatal NG2-expressing cells are CNS multipotent precursors that may underlie adult hippocampal neurogenesis.

During chronic viral infections and in cancer, T cells become dysfunctional, a state known as T cell exhaustion. Although it is well recognized that memory CD8 T cells account for the persistence of CD8 T cell immunity after acute infection, how exhausted T cells persist remains less clear. Using chronic infection with lymphocytic choriomeningitis virus clone 13 and tumor samples, we demonstrate that CD8 T cells differentiate into a less exhausted TCF1high and a more exhausted TCF1low population. Virus-specific TCF1high CD8 T cells, which resemble T follicular helper (TFH) cells, persist and recall better than do TCF1low cells and act as progenitor cells to replenish TCF1low cells. We show that TCF1 is both necessary and sufficient to support this progenitor-like CD8 subset, whereas cell-intrinsic type I interferon signaling suppresses their differentiation. Accordingly, cell-intrinsic TCF1 deficiency led to a loss of these progenitor CD8 T cells, sharp contraction of virus-specific T cells, and uncontrolled viremia. Mechanistically, TCF1 repressed several pro-exhaustion factors and induced Bcl6 in CD8 T cells, which promoted the progenitor fate. We propose that the TCF1-Bcl6 axis counteracts type I interferon to repress T cell exhaustion and maintain T cell stemness, which is critical for persistent antiviral CD8 T cell responses in chronic infection. These findings provide insight into the requirements for persistence of T cell immune responses in the face of exhaustion and suggest mechanisms by which effective T cell-mediated immunity may be enhanced during chronic infections and cancer.

Progenitor-like CD8+ T cells mediate long-term immunity to chronic infection and cancer and respond potently to immune checkpoint blockade. These cells share transcriptional regulators with memory precursor cells, including T cell-specific transcription factor 1 (TCF1), but it is unclear whether they adopt distinct programs to adapt to the immunosuppressive environment. By comparing the single-cell transcriptomes and epigenetic profiles of CD8+ T cells responding to acute and chronic viral infections, we found that progenitor-like CD8+ T cells became distinct from memory precursor cells before the peak of the T cell response. We discovered a coexpression gene module containing Tox that exhibited higher transcriptional activity associated with more abundant active histone marks in progenitor-like cells than memory precursor cells. Moreover, thymocyte selection-associated high mobility group box protein TOX (TOX) promoted the persistence of antiviral CD8+ T cells and was required for the programming of progenitor-like CD8+ T cells. Thus, long-term CD8+ T cell immunity to chronic viral infection requires unique transcriptional and epigenetic programs associated with the transcription factor TOX. Long-lived, self-renewing ‘progenitor-like’ CD8+ T cells can arise during chronic viral infection or in cancer. Wu and colleagues identify the transcription factor TOX as essential to endow ‘stemness’ and long-term persistence in the face of chronic infection.

Abstract RUNX1 is essential for the generation of hematopoietic stem cells (HSCs). Runx1 null mouse embryos lack definitive hematopoiesis and die in mid-gestation. However, even though zebrafish embryos with a runx1 W84X mutation have defects in early definitive hematopoiesis, some runx1 W84X/W84X embryos can develop to fertile adults with blood cells of multi-lineages, raising the possibility that HSCs can emerge without RUNX1. Here, using three new zebrafish runx1 -/- lines we uncovered the compensatory mechanism for runx1 -independent hematopoiesis. We show that, in the absence of a functional runx1 , a cd41 -GFP + population of hematopoietic precursors still emerge from the hemogenic endothelium and can colonize the hematopoietic tissues of the mutant embryos. Single-cell RNA sequencing of the cd41 -GFP + cells identified a set of runx1 -/- -specific signature genes during hematopoiesis. Significantly, gata2b , which normally acts upstream of runx1 for the generation of HSCs, was increased in the cd41 -GFP + cells in runx1 - /- embryos. Interestingly, genetic inactivation of both gata2b and its paralog, gata2a , did not affect hematopoiesis. However, knocking out runx1 and any three of the four alleles of gata2a and gata2b abolished definitive hematopoiesis. Gata2 expression was also upregulated in hematopoietic cells in Runx1 -/- mice, suggesting the compensatory mechanism is conserved. Our findings indicate that RUNX1 and GATA2 serve redundant roles for HSC production, acting as each other’s safeguard. Key points Existence of RUNX1-independent mechanisms for the generation of HSCs and the development of functional definitive hematopoietic cells GATA2 and RUNX1 functionally complement each other for their respective roles during hematopoiesis

Abstract Inducible pluripotent stem cells (iPSCs) derived from patient samples have significantly enhanced our ability to model neurological diseases. Comparative studies of dopaminergic (DA) neurons differentiated from iPSCs derived from siblings with Gaucher disease discordant for parkinsonism provides a valuable avenue to explore genetic modifiers contributing to GBA1 -associated parkinsonism in disease-relevant cells. However, such studies are often complicated by the inherent heterogeneity in differentiation efficiency among iPSC lines derived from different individuals. To address this technical challenge, we devised a selection strategy to enrich dopaminergic (DA) neurons expressing tyrosine hydroxylase (TH). A neomycin resistance gene (neo) was inserted at the C-terminus of the TH gene following a T2A self-cleavage peptide, placing its expression under the control of the TH promoter. This allows for TH+ DA neuron enrichment through geneticin selection. This method enabled us to generate comparable, high-purity DA neuron cultures from iPSC lines derived from three sisters that we followed for over a decade: one sibling is a healthy individual, and the other two have Gaucher disease (GD) with GBA1 genotype N370S/c.203delC+R257X (p.N409S/c.203delC+p.R296X). Notably, the younger sister with GD later developed Parkinson disease (PD). A comprehensive analysis of these high-purity DA neurons revealed that although GD DA neurons exhibited decreased levels of glucocerebrosidase (GCase), there was no substantial difference in GCase protein levels or lipid substrate accumulation between DA neurons from the GD and GD/PD sisters, suggesting that the PD discordance is related to of other genetic modifiers.

Abstract Single cell studies have transformed our understanding of cellular heterogeneity in disease but the need for fresh starting material can be an obstacle, especially in the context of international multicenter studies and archived tissue. We developed a protocol to obtain high-quality cells and nuclei from dissected human skeletal muscle archived in the preservative Allprotect® Tissue Reagent. After fluorescent imaging microscopy confirmed intact nuclei, we performed four protocol variations that compared sequencing metrics between cells and nuclei enriched by either filtering or flow cytometry sorting. Cells and nuclei (either sorted or filtered) produced statistically identical transcriptional profiles and recapitulated 8 cell types present in skeletal muscle. Flow cytometry sorting successfully enriched for higher-quality cells and nuclei but resulted in an overall decrease in input material. Our protocol provides an important resource for obtaining high-quality single cell genomic material from archived tissue and to streamline global collaborative efforts.