Abstract The transcription factor FOXN1 is essential for fetal thymic epithelial cell (TEC) differentiation and proliferation. In the postnatal thymus, Foxn1 levels vary widely between different TEC subsets, from low or undetectable in putative TEC progenitors to highest in the most differentiated TEC subsets. Correct Foxn1 expression is also required to maintain the postnatal microenvironment, as premature down-regulation of Foxn1 causes a rapid involution-like phenotype, while transgenic over-expression can cause thymic hyperplasia and/or delayed involution. In the current study, we investigated a K5.Foxn1 transgene that drives Foxn1 over-expression in TECs, but does not cause hyperplasia, nor does it delay or prevent aging-related involution. Similarly, this transgene cannot rescue thymus size in Foxn1 lacZ/lacZ mice that undergo premature involution due to reduced Foxn1 levels. However, K5.Foxn1 transgenics do maintain TEC differentiation and cortico-medullary organization with aging both alone and in hypomorphic Foxn1 lacZ/lacZ mice. Analysis of candidate TEC markers showed co-expression of progenitor and differentiation markers as well as increased proliferation in Plet-1+ TECs associated with Foxn1 expression. These results demonstrate that the functions of FOXN1 in promoting TEC proliferation and differentiation are separable and context-dependent, and suggest that modulating Foxn1 levels can regulate the balance of proliferation and differentiation in TEC progenitors.

Abstract The thymus is a primary lymphoid organ generating self-restricted and self-tolerant naïve T-cells. Early in life the thymus starts to involute, resulting in decreased naïve T-cell output which may be more self-reactive, leading to an increased prevalence of autoimmunity. A decrease in the transcription factor FOXN1 is an early event in thymic involution. Using the Foxn1 lacz model, we studied how premature thymic involution affects the thymic microenvironment, thymocytes, and peripheral T cell immunity. We found that early thymic involution led to aged-like thymic epithelial cells that resulted in aged-like thymocyte phenotypes, with a significant decrease in CD4+ single-positive T-cells. We also observed severe lymphopenia in Foxn1 lacz mice caused by the premature decrease in T-cell production, resulting in a peripheral T-cell phenotype similar to de novo aged peripheral T-cells. Moreover, following T cell receptor stimulation, Foxn1 lacz peripheral T cells had reduced IL-2 secretion and strong initial IFN-g responses, resembling aged wild-type peripheral T-cell responses. Lastly, influenza response in Foxn1 lacz had a reduction in some aspects of T cell responses to influenza infection, similar to thymectomized mice. Our study shows an independent and direct impact of premature thymic involution on both thymopoiesis and peripheral immune niches likely contributing to immunosenescence and inflammaging as observed in the elderly population.

Abstract Background Localized and total body irradiation are used to treat certain cancers and also used prior to transplantation of stem cells or organs. However, the use of radiation also induces collateral damage to the cells of healthy tissue. Although the acute damage of radiation to oocytes is well known, the long-term effects induced by radiation to stromal cells and their relationship with age are still unclear. Methods A total of 206 two-month-old female mice were whole-body exposed to gamma rays at doses of 0, 0.5, 1, 2, or 4 Gy, respectively. The mice were sacrificed at 3.5, 9, 12, or 18 months of age and pathological changes including cysts and tumors were assessed in the ovary and other organs. Results The overall incidence of visible pathological changes of mice receiving irradiation was 33.7% in the ovary, but much lower in the liver, spleen, lung, thymus, and skin. Among these, the ovarian cyst formation rate was 24.7%, and tumor lesions were 10.2%, respectively, compared to 5% cyst formation and no tumor lesions among control, unirradiated mice. Statistical analysis showed that cyst formation was age, but not dose-dependent, whereas the formation of tumor lesions was dependent on both age and radiation dose. Pathology analysis indicated that most ovarian cysts originated from follicles and both tumor lesions analyzed originated from granulosa cells. Conclusion Ovaries are highly susceptible to the effects of radiation. Long-term damage is increased after total body irradiation in mice, manifested by higher incidences of cyst formation and tumor lesions. The ovarian stromal-derived granulosa cells might play an essential role in these changes.