Abstract In vitro culture systems that structurally model human myogenesis and promote PAX7 + myogenic progenitor maturation have not been established. Here we report that human skeletal muscle organoids can be differentiated from induced pluripotent stem cell lines to contain paraxial mesoderm and neuromesodermal progenitors and develop into organized structures reassembling neural plate border and dermomyotome. Culture conditions instigate neural lineage arrest and promote fetal hypaxial myogenesis towards limb axial anatomical identity, with generation of sustainable uncommitted PAX7 myogenic progenitors and fibroadipogenic (PDGFRa+) progenitor populations equivalent to those from the second trimester of human gestation. Single cell comparison to human fetal and adult myogenic progenitors reveals distinct molecular signatures for non-dividing myogenic progenitors in activated (CD44 High /CD98 + /MYOD1 + ) and dormant (PAX7 High /FBN1 High /SPRY1 High ) states. Our approach provides a robust 3D in vitro developmental system for investigating muscle tissue morphogenesis and homeostasis.

Abstract The plasma membrane of a cell is subject to stresses causing ruptures that must be repaired immediately to preserve membrane integrity and ensure cell survival. Yet, the spatio-temporal membrane dynamics at the wound site and the source of membrane required for wound repair are poorly understood. Here, we show that early endosomes, previously only known to function in the uptake of extracellular material and its endocytic transport, are involved in plasma membrane repair in human endothelial cells. Using live-cell imaging and correlative light and electron microscopy, we demonstrate that membrane injury triggers a previously unknown exocytosis of early endosomes that is induced by Ca 2+ entering through the wound. This exocytosis is restricted to the vicinity of the wound site and mediated by the endosomal SNARE VAMP2, which is crucial for efficient membrane repair. Thus, the here identified Ca 2+ -evoked and localized exocytosis of early endosomes supplies the membrane material required for rapid resealing of a damaged plasma membrane, thereby providing the first line of defense against damage in mechanically challenged endothelial cells.

Germ granules, condensates of phase-separated RNA and protein, are organelles essential for germline development in different organisms The patterning of the granules and its relevance for germ cell fate are not fully understood. Combining three-dimensional in vivo structural and functional analyses, we study the dynamic spatial organization of molecules within zebrafish germ granules. We find that localization of RNA molecules to the periphery of the granules, where ribosomes are localized depends on translational activity at this location. In addition, we find that the vertebrate-specific Dead end (Dnd1) protein is essential for nanos3 RNA localization at the condensates' periphery. Accordingly, in the absence of Dnd1, or when translation is inhibited, nanos3 RNA translocates into the granule interior, away from the ribosomes, a process that is correlated with loss of germ cell fate. These findings highlight the relevance of sub-granule compartmentalization for posttranscriptional control, and its importance for preserving germ cell totipotency.

Summary Spatiotemporal recapitulation of long-range trajectories for lineages that influence body patterning along the medio-lateral and proximal-distal axes during embryogenesis in an in vitro system remains elusive. Here we introduce a three-dimensional organoid approach, termed Gastruloids-Lateraloid-Musculoids (GLMs), to model human neural crest, lateral plate mesoderm and skeletal muscle lineage development at the forelimb level following gastrulation and during limb patterning. GLMs harvest neuro-mesodermal progenitors with the potential to establish neural and paraxial mesodermal populations, while single cell analyses and spatial transcriptomics demonstrate promotion of mesodermal lineage segregation during gastrulation and spatial recapitulation of migration events along the medio-lateral axis for vagal neural crest, hypaxial myogenesis and lateral plate mesodermal lineages. Comparative analyses to developmental atlases and adult muscle stem cell data confirm a pool of hypaxial migrating myogenic progenitors that in a niche dependent manner change their embryonic anatomical developmental program to a fetal myogenic program, thus enabling them to resist specification in a cell autonomous manner and facilitate long term in vitro expansion. GLMs model human myogenesis at the forelimb level, establish fetal muscle stem cells equivalent to those that sustain the growth phase of the embryo and provide a 3D in vitro system for investigating neural crest, early fore-gut and lateral plate mesoderm development.

Abstract Neuronal information conductance depends on transmission of action potentials. The conductance of action potentials is based on three physical parameters: The axial resistance of the axon, the axonal insulation by glial membranes, and the positioning of voltage-gated ion channels. In vertebrates, myelin and channel clustering allow fast saltatory conductance. Here we show that in Drosophila melanogaster voltage-gated sodium and potassium channels, Para and Shal, co-localize and cluster in an area of motor axons resembling the axon initial segment. Para but not Shal localization depends on peripheral glia. In larvae, relatively low levels of Para channels are needed to allow proper signal transduction and nerves are simply wrapped by glial cells. In adults, the concentration of Para at the axon initial segment increases. Concomitantly, these axon domains are covered by a mesh of glial processes forming a lacunar structure that serves as an ion reservoir. Directly flanking the voltage-gated ion channel rich axon segment, the lacunar structures collapse forming a myelin-like insulation. Thus, Drosophila development may reflect the evolution of myelin which forms in response to increased levels of clustered voltage-gated ion channels. One-Sentence Summary Evolution of saltatory conductance is mirrored in fly development where glia dependent clustering of voltage-gated ion channels precedes myelination.