Abstract The human breast and ovine mammary gland undergo a striking degree of postnatal development, leading to formation of terminal duct lobular units (TDLUs). In this study we interrogated aspects of sheep TDLU growth to increase understanding of ovine mammogenesis and as a model for the study of breast development. Mammary epithelial proliferation is significantly higher in lambs less than two months old than in peri-pubertal animals. Ki67 expression is polarized to the leading edge of the developing TDLUs. Intraepithelial ductal macrophages exhibit striking periodicity and significantly increased density in lambs approaching puberty. Stromal macrophages are more abundant centrally than peripherally. The developing ovine mammary gland is infiltrated by intraepithelial and stromal T lymphocytes that are significantly more numerous in older lambs. In the stroma, hotspots of Ki67 expression colocalize with large aggregates of lymphocytes and macrophages. Multifocally these aggregates exhibit distinct organization consistent with tertiary lymphoid structures. The lamb mammary gland thus exhibits a dynamic mucosal and stromal immune microenvironment and, as such, constitutes a valuable model system that provides new insights into postnatal breast development. Summary statement Development of terminal duct lobular units in the sheep mammary gland involves distinct growth phases and macrophage and lymphocyte fluxes. Tertiary lymphoid structures are present subjacent to the mucosal epithelium.

Abstract The specific biology of the male breast remains relatively unexplored in spite of the increasing global prevalence of male breast cancer. Delineation of the microenvironment of the male breast is restricted by the low availability of human samples and a lack of characterisation of appropriate animal models. Unlike the mouse, the male ovine gland persists postnatally. We suggest that the male ovine mammary gland constitutes a promising adjunctive model for the male human breast. In this study we evaluate the male ovine mammary gland microenvironment, comparing intact and neutered males. Assessment of the glandular histo-anatomy highlights the resemblance of the male gland to that of the neonatal female sheep and confirms the presence of rudimentary terminal duct lobular units. Irrespective of neutered status, cell proliferation in epithelial and stromal compartments is low in males, and cell proliferation in epithelial cells and in the intralobular stroma is significantly lower than in pubertal female sheep. Between 42% and 72% of the luminal mammary epithelial cells in the male gland express the androgen receptor, and expression is significantly reduced by neutering. Luminal epithelial cells within the intact and neutered male gland also express oestrogen receptor alpha, but minimal progesterone receptor expression is observed. The distrubution of mammary leukocytes within the ducts and stroma is similar in the female mammary gland of sheep and other species. Both macrophages and T lymphocytes are intercalated in the epithelial bilayer and are more abundant in the intralobular stroma than the interlobular stroma, suggesting that they may have a protective immunological function within the vestigial glandular tissue of the male sheep. Mast cells are also observed within the stroma. These cells cluster nearer the glandular tissue and are frequently located adjacent to blood vessels. The abundance of mast cells is significantly higher in intact males compared to neutered males, suggesting that hormone signalling may impact mast cell recruitment. In this study, we demonstrate the utility of the male ovine mammary gland as a model for furthering our knowledge of postnatal male mammary biology.

Abstract Cancers occur across species. Understanding what is consistent and varies across species can provide new insights into cancer initiation and evolution, with significant implications for animal welfare and wildlife conservation. We built the pan-species cancer digital pathology atlas (PANCAD) and conducted the first pan-species study of computational comparative pathology using a supervised convolutional neural network algorithm trained on human samples. The artificial intelligence algorithm achieves high accuracy in measuring immune response through single-cell classification for two transmissible cancers (canine transmissible venereal tumour, 0.94; Tasmanian devil facial tumour disease, 0.88). Furthermore, in 18 other vertebrate species (mammalia=11, reptilia=4, aves=2, and amphibia=1), accuracy (0.57-0.94) was influenced by cell morphological similarity preserved across different taxonomic groups, tumour sites, and variations in the immune compartment. A new metric, named morphospace overlap, was developed to guide veterinary pathologists towards rational deployment of this technology on new samples. This study provides the foundation and guidelines for transferring artificial intelligence technologies to veterinary pathology based on a new understanding of morphological conservation, which could vastly accelerate new developments in veterinary medicine and comparative oncology.

Abstract Mammary gland development begins in the embryo and continues throughout the reproductive life of female mammals. Tissue macrophages (Mϕs), dependent on signals from the Mϕ colony stimulating factor 1 receptor (CSF1R), have been shown to regulate the generation, regression and regeneration of this organ, which is central for mammalian offspring survival. However, the distribution of Mϕs in the pre- and post-natal mammary gland, as it undergoes distinct phases of development and regression, is unknown or has been inferred from immunostaining of thin tissue sections. Here, we used optical tissue clearing and 3-dimensional imaging of mammary tissue obtained from Csf1r-EGFP mice. Whilst tissue Mϕs were observed at all developmental phases, their abundance, morphology, localization and association with luminal and basal epithelial cells exhibited stage-specific differences. Furthermore, sexual dimorphism was observed at E14.5, when the male mammary bud is severed from the overlying epidermis. These findings provide new insights into the localization and possible functions of heterogeneous tissue Mϕ populations in mammogenesis.

Non-coding genetic variants in the CLEC16A gene on human chromosome 16p13.13 are associated with risk of autoimmune diseases, including type 1 diabetes and multiple sclerosis. In this region, we previously identified DEXI, a candidate causal gene of unknown function, which alters the risk of type 1 diabetes, where the T1D predisposing allele is associated with lower DEXI expression. Here, we demonstrate by CRISPR mutagenesis in vivo and deep phenotyping that disrupted Dexi expression accelerates diabetes in the non-obese diabetic (NOD) mouse, a spontaneous model of autoimmune pancreatic beta-cell destruction. Mutant mice have increased serum IgM and IgA concentrations compared to wild-type NOD mice, as well as changes in both the gut microbiome and molecular metabolites associated with microbial metabolism. These findings suggest that the mechanism by which DEXI alters diabetes risk involves the composition and function of the microbiome and its impact on host metabolites. Such metabolites, including short chain fatty acids such as butyrate, have been shown to alter the activity of the immune cells involved in beta-cell destruction and susceptibility of the beta cells to autoimmune attack.

A mother’s ability to produce a nutritionally-complete neonatal food source has provided a powerful evolutionary advantage to mammals. Milk production by secretory mammary epithelial cells is adaptive, its release is exquisitely timed and its own glandular stagnation with the permanent cessation of suckling triggers the programmed cell death and tissue remodeling that enables female mammals to nurse successive progeny. Both chemical and mechanical signals control epithelial expansion, function and remodeling. Despite this duality of input, however, the nature and function of mechanical forces in the mammary gland remain unknown. Here, we characterize the mammary force landscape and the capacity of luminal and basal epithelial cells to experience and exert force. We explore the molecular instruments for force-sensing in the mammary gland and the physiological requirement for PIEZO1 in lactation and involution. Our study supports the existence of a multifaceted system of chemical and mechanical sensing in the mammary gland, and a protective redundancy that ensures continued lactational competence and offspring survival.

Intervertebral disc disease is a common cause of pain and neurological deficits. The disease is known to be associated with degeneration and calcification of the disc, which often leads to herniation. However, the precise role of calcification in the pathology of the disease is poorly understood. Here we analysed samples of surgically collected herniated disc material, and compared it to material taken from non-herniated discs in the same animal, following surgical treatment of clinical cases in dogs. Our clinical approach to these cases means that we are ethically able to collect samples in a way which allows a unique opportunity for a case controlled study such as this, an opportunity which is not available to the human neurosurgeon. We analysed all samples using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, as well as a proportion with X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). FTIR spectra of the majority of herniated samples were consistent with the presence of crystalline hydroxyapatite, whereas most of the non-herniated discs showed spectra consistent with amorphous phosphate material. XRD analysis and TEM confirmed these findings and identified the amorphous material as amorphous calcium phosphate nanoparticle clusters of ~ 20 nm diameter and the crystalline hydroxyapatite material as needles up to 100 nm in length. The difference in mineral phases and particle shape between the herniated and non-herniated discs indicate that the degenerative process may involve a conversion of amorphous calcium phosphate into crystalline hydroxyapatite. This conversion precedes and may predispose the disc to herniate. Further work is needed to identify the pathway of this mineral phase transformation and could lead to treatments to halt this process.

Summary Although somatic cell genomes are usually entirely clonally inherited, nuclear DNA exchange between cells of an organism can occur sporadically by cell fusion, phagocytosis or other mechanisms 1–3 . This phenomenon has long been noted in the context of cancer, where it could be envisaged that DNA horizontal transfer plays a functional role in disease evolution 4–13 . However, an understanding of the frequency and significance of this process in naturally occurring tumours is lacking. The host-tumour genetic discordance of transmissible cancers, malignant clones which pass between animals as allogeneic grafts, provides an opportunity to investigate this. We screened for host-to-tumour horizontal transfer of nuclear DNA in 174 tumours from three transmissible cancers affecting dogs and Tasmanian devils, and detected a single instance in the canine transmissible venereal tumour (CTVT). This involved introduction of a 15-megabase dicentric genetic element, composed of 11 rearranged fragments of six chromosomes, to a CTVT sublineage occurring in Asia around 2,000 years ago. The element forms the short arm of a small submetacentric chromosome, and derives from a dog with ancestry associated with the ancient Middle East. The introduced DNA fragment is transcriptionally active and has adopted the expression profile of CTVT. Its 143 genes do not, however, confer any obvious advantage to its spatially restricted CTVT sublineage. Our findings indicate that nuclear DNA horizontal transfer, although likely a rare event in tumour evolution, provides a viable mechanism for the acquisition of genetic material in naturally occurring cancer genomes.

Signal Transducers and Activators of Transcription (STATs) regulate mammary gland development. Here we investigate the expression of pSTAT3 in the murine and bovine mammary gland around the day of birth. We identify polarisation of mammary alveoli towards either a low- or high- proportion of pSTAT3 positive alveolar epithelial cells. We present localised colocation analysis applicable to other mammary studies where identification, quantification and interrogation of significant, spatially congregated events is required. We demonstrate that pSTAT3-positive events are multifocally clustered in a non-random and statistically significant fashion. This finding represents a new facet of mammary STAT3 biology meriting further functional investigation.