The Lgr5 receptor is a marker of intestinal stem cells (ISCs) that regulates Wnt/b-catenin signaling. In this study, phenotype analysis of knockin/knockout Lgr5-eGFP-IRES-Cre and Lgr5-DTReGFP embryos revealed that Lgr5 deficiency during Wnt-mediated cytodifferentiation results in amplification of ISCs and early differentiation into Paneth cells, which can be counteracted by in utero treatment with the Wnt inhibitor LGK974. Conditional ablation of Lgr5 postnatally, but not in adults, altered stem cell fate towards the Paneth lineage. Together, these in vivo studies suggest that Lgr5 is part of a feedback loop to adjust the Wnt tone in ISCs. Moreover, transcriptome analyses revealed that fetal ISCs generate their own extracellular matrix components, a property lost in adult ISCs, which adopt a definitive epithelialized phenotype and an inflammatory response signature. Absence of Lgr5 in fetal ISCs resulted in reduced extracellular matrix production and accelerated ISC maturation, indicating that Lgr5 regulates the ISC niche. Finally, evidences are provided that Rspondin 2 negatively regulates the pool of ISCs in organoids via Lgr5, revealing a sophisticated regulatory process for Wnt signaling in ISC.

ABSTRACT Background and Aims Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH) is a progressive liver disease that can lead to fibrosis, cirrhosis, and hepatocellular carcinoma. Though MASH is closely tied to metabolic risk factors, the underlying pathogenic mechanisms remain scarcely understood. Recent research underscores the importance of the gut-liver axis in its pathogenesis, an aspect less explored in human studies. Here, we investigated whether the duodenal epithelium of MASH patients, could exhibit intrinsic dysfunctions. Methods Duodenal epithelial organoids were generated from 16 MASH patients and 14 healthy controls. Biopsies and patient-derived organoid transcriptomes were then analyzed to evaluate if specific intestinal pathways were differentially modulated in MASH subjects. Functional assays were performed to assess the duodenal epithelial digestive potential and barrier functionality. Results Organoid formation efficiency was similar between control-derived epithelial organoids (CDEOs) and MASH-derived epithelial organoids (MDEOs) (71% and 69%, respectively). Despite global heterogeneity in growth patterns, MDEOs frequently exhibited cystic spheroid morphology. MDEOs displayed altered digestive homeostasis associated with reduced mature absorptive cell fate, but they retained their lipid metabolic capacity, possibly mediated by lipid oxidation in stem/progenitor cells. Additionally, MDEOs misexpressed components of tight and adherens junctions and desmosomes compared to controls. However, MDEOs maintained pore and leak pathway integrity, indicating that the duodenal epithelial barrier remained functionally preserved under tested conditions. Conclusions This study provides evidence that the duodenal epithelium of MASH patients exhibits significant alterations in its digestive and barrier functions. This study sheds light on the intricate dynamics of duodenal epithelial alterations in MASH, highlighting potential therapeutic avenues for restoring intestinal homeostasis.

Collagenase/dispase treatment of intestinal tissue from adult mice generates cells growing in matrigel as immortal cystic spheroids in addition to differentiated organoids. Contrary to classical EDTA-derived organoids, these spheroids display poor intestinal differentiation and are independent of Rspondin/Noggin/EGF for growth. Their transcriptome resembles strikingly that of fetal intestinal spheroids, with downregulation of crypt base columnar cell (CBC) markers (Lgr5, Ascl2, Smoc2, Olfm4). In addition, they display upregulation of inflammatory and mesenchymal genetic programs, together with robust expression of YAP target genes. Lineage tracing, cell-sorting and single cell RNA sequencing experiments demonstrate that adult spheroid-generating cells belong to a hitherto undescribed developmental lineage, independent of Lgr5+ve CBCs, and are involved in regeneration of the epithelium following CBC ablation.

ABSTRACT The gastrointestinal epithelium constitutes a chemosensory system for microbiota-derived metabolites such as Short Chain Fatty Acids (SCFA). In this study, we investigated spatial distribution of Olfr78, one of the SCFA receptors, in the mouse intestine and studied the transcriptome of colon enteroendocrine cells expressing Olfr78. The receptor is principally detected in the enterochromaffin and L subtypes in the proximal and distal colon, respectively. Using the Olfr78-GFP and VilCre/Olfr78flox transgenic mouse lines, we reveal that loss of epithelial Olfr78 results in impaired enterochromaffin cell differentiation, blocking cells in an undefined secretory lineage state. This is accompanied by dysbiosis, characterized by an increased Firmicutes / Bacteroidete s ratio, as well as a less efficient antioxidant system in colon crypts. Using organoid cultures, we further show that maintenance of enterochromaffin cells involves activation of the Olfr78 receptor via the SCFA ligand acetate. Altogether, this work provides evidence that Olfr78 contributes to colon homeostasis by regulating enterochromaffin cell differentiation.

ABSTRACT Cold atmospheric plasma (CAP) treatment has been proposed as a potentially innovative therapeutic tool in the biomedical field, notably for cancer due to its proposed toxic selectivity on cancer cells versus healthy cells. In the present study, we addressed the relevance of three-dimensional organoid technology to investigate the biological effects of CAP on normal epithelial stem cells and tumor cells isolated from mouse small intestine. CAP treatment exerted dose-dependent cytotoxicity on normal organoids and induced major transcriptomic changes associated with global response to oxidative stress, fetal-like regeneration reprogramming and apoptosis-mediated cell death. Moreover, we explored the potential selectivity of CAP on tumor-like Apc-deficient versus normal organoids in the same genetic background. Unexpectedly, tumor organoids exhibited higher resistance to CAP treatment, correlating with higher antioxidant activity at baseline as compared to normal organoids. This pilot study suggests that the ex vivo culture system could be a relevant alternative model to further investigate translational medical applications of CAP technology.