In adult skin, stem cells in the hair follicle bulge cyclically regenerate the follicle, whereas a distinct stem cell population maintains the epidermis. The degree to which all bulge cells have equal regenerative potential is not known. We found that Sonic hedgehog (Shh) from neurons signals to a population of cells in the telogen bulge marked by the Hedgehog response gene Gli1. Gli1-expressing bulge cells function as multipotent stem cells in their native environment and repeatedly regenerate the anagen follicle. Shh-responding perineural bulge cells incorporate into healing skin wounds where, notably, they can change their lineage into epidermal stem cells. The perineural niche (including Shh) is dispensable for follicle contributions to acute wound healing and skin homeostasis, but is necessary to maintain bulge cells capable of becoming epidermal stem cells. Thus, nerves cultivate a microenvironment where Shh creates a molecularly and phenotypically distinct population of hair follicle stem cells.

Abstract The tumor microenvironment (TME) in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a complex ecosystem that drives tumor progression; however, in-depth single cell characterization of the PDAC TME and its role in response to therapy is lacking. We performed single-cell RNA sequencing on freshly collected human PDAC samples either before or after chemotherapy. Overall, we found a heterogeneous mixture of basal and classical cancer cell subtypes, along with distinct cancer-associated fibroblast and macrophage subpopulations. Strikingly, classical and basal-like cancer cells exhibited similar transcriptional responses to chemotherapy, and did not demonstrate a shift towards a basal-like transcriptional program among treated samples. We observed decreased ligand-receptor interactions in treated samples, particularly TIGIT on CD8+ T cells and its receptor on cancer cells, and identified TIGIT as the major inhibitory checkpoint molecule of CD8+ T cells. Our results suggest that chemotherapy profoundly impacts the PDAC TME and may promote resistance to immunotherapy.

Abstract Small animal models have been a challenge for the study of SARS-CoV-2 transmission, with most investigators using golden hamsters or ferrets 1, 2 . Mice have the advantages of low cost, wide availability, less regulatory and husbandry challenges, and the existence of a versatile reagent and genetic toolbox. However, adult mice do not robustly transmit SARS-CoV-2 3 . Here we establish a model based on neonatal mice that allows for transmission of clinical SARS-CoV-2 isolates. We characterize tropism, respiratory tract replication and transmission of ancestral WA-1 compared to variants Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), Gamma (P.1), Delta (B.1.617.2), Omicron BA.1 and Omicron BQ.1.1. We identify inter-variant differences in timing and magnitude of infectious particle shedding from index mice, both of which shape transmission to contact mice. Furthermore, we characterize two recombinant SARS-CoV-2 lacking either the ORF6 or ORF8 host antagonists. The removal of ORF8 shifts viral replication towards the lower respiratory tract, resulting in significantly delayed and reduced transmission in our model. Our results demonstrate the potential of our neonatal mouse model to characterize viral and host determinants of SARS-CoV-2 transmission, while revealing for the first time a role for an accessory protein in this context.

The airway epithelium is composed of diverse cell types with specialized functions that mediate homeostasis and protect against respiratory pathogens. Human airway epithelial cultures at air-liquid interface (HAE) are a physiologically relevant in vitro model of this heterogeneous tissue, enabling numerous studies of airway disease 1â€"7 . HAE cultures are classically derived from primary epithelial cells, the relatively limited passage capacity of which can limit experimental methods and study designs. BCi-NS1.1, a previously described and widely used basal cell line engineered to express hTERT, exhibits extended passage lifespan while retaining capacity for differentiation to HAE 5 . However, gene expression and innate immune function in HAE derived from BCi-NS1.1 versus primary cells have not been fully characterized. Here, combining single cell RNA-Seq (scRNA-Seq), immunohistochemistry, and functional experimentation, we confirm at high resolution that BCi-NS1.1 and primary HAE cultures are largely similar in morphology, cell type composition, and overall transcriptional patterns. While we observed cell-type specific expression differences of several interferon stimulated genes in BCi-NS1.1 HAE cultures, we did not observe significant differences in susceptibility to infection with influenza A virus and Staphylococcus aureus . Taken together, our results further support BCi-NS1.1-derived HAE cultures as a valuable tool for the study of airway infectious disease.

The interaction between tumors and their microenvironment is complex and heterogeneous. Recent developments in high-dimensional multiplexed imaging have revealed the spatial organization of tumor tissues at the molecular level. However, the discovery and thorough characterization of the tumor microenvironment (TME) remains challenging due to the scale and complexity of the images. Here, we propose a self-supervised representation learning framework, CANVAS, that enables discovery of novel types of TMEs. CANVAS is a vision transformer that directly takes high-dimensional multiplexed images and is trained using self-supervised masked image modeling. In contrast to traditional spatial analysis approaches which rely on cell segmentations, CANVAS is segmentation-free, utilizes pixel-level information, and retains local morphology and biomarker distribution information. This approach allows the model to distinguish subtle morphological differences, leading to precise separation and characterization of distinct TME signatures. We applied CANVAS to a lung tumor dataset and identified and validated a monocytic signature that is associated with poor prognosis.

ABSTRACT The ongoing transmission of influenza A viruses (IAV) for the past century continues to be a burden to humans. IAV binds terminal sialic acids (SA) of sugar molecules present within the upper respiratory tract (URT) in order to successfully infect hosts. The two most common SA structures that are important for IAV infection are those with α2,3- and α2,6-linkages. While mice were once considered to be an unsuitable system for studying IAV transmission due to their lack of α2,6-SA in the trachea, we have successfully demonstrated that IAV transmission in infant mice is remarkably efficient. This finding led us to reevaluate the SA composition of the URT of mice using in situ immunofluorescence and examine its in vivo contribution to transmission for the first time. We demonstrate that mice express both α2,3- and α2,6-SA in the URT and that the difference in expression between infants and adults contribute to the variable transmission efficiencies observed. Furthermore, selectively blocking α2,3-SA or α2,6-SA within the URT of infant mice using lectins was necessary but insufficient at inhibiting transmission, and simultaneous blockade of both receptors was crucial in achieving the desired inhibitory effect. By employing a broadly-acting neuraminidase (ba-NA) to indiscriminately remove both SA moieties in vivo , we effectively suppressed viral shedding and halted the transmission of different strains of influenza viruses. These results emphasize the utility of the infant mouse model for studying IAV transmission, and strongly indicate that broadly targeting host SA is an effective approach that inhibits IAV contagion. IMPORTANCE Influenza virus transmission studies have historically focused on viral mutations that alter hemagglutinin binding to sialic acid (SA) receptors in vitro . However, SA binding preference doesn’t fully account for the complexities of IAV transmission in humans. Our previous findings reveal that viruses that are known to bind α2,6-SA in vitro have different transmission kinetics in vivo , suggesting that diverse SA interactions may occur during their life-cycle. In this study, we examine the role of host SA on viral replication, shedding, and transmission in vivo . We highlight the critical role of SA presence during virus shedding, such that attachment to SA during virion egress is equally important as detachment from SA during virion release. These insights support the potential of broadly-acting neuraminidases as therapeutic agents capable of restraining viral transmission in vivo . Our study unveils intricate virus-host interactions during shedding, highlighting the necessity to develop innovative strategies to effectively target transmission.

Abstract Binding of Streptococcus pneumoniae (Spn) to nasal mucus leads to entrapment and clearance via mucociliary activity during colonization. To identify Spn factors allowing for evasion of mucus binding, we used a solid-phase adherence assay with immobilized mucus of human and murine origin. Spn bound large mucus particles through interactions with carbohydrate moieties. Mutants lacking neuraminidase ( nanA ) or neuraminidase B ( nanB ) showed increased mucus binding that correlated with diminished removal of terminal sialic acid residues on bound mucus. The non-additive activity of the two enzymes raised the question why Spn expresses two neuraminidases and suggested they function in the same pathway. Transcriptional analysis demonstrated expression of nanA depends on the enzymatic function of NanB. As transcription of nanA is increased in the presence of sialic acid, our findings suggest that sialic acid liberated from host glycoconjugates by the secreted enzyme NanB induces the expression of the cell-associated enzyme NanA. The absence of detectable mucus desialylation in the nanA mutant, in which NanB is still expressed, suggests that NanA is responsible for the bulk of the modification of host glycoconjugates. Thus, our studies describe a functional role for NanB in sialic acid sensing in the host. The contribution of the neuraminidases in vivo was then assessed in a murine model of colonization. Although mucus-binding mutants showed an early advantage, this was only observed in a competitive infection, suggesting a complex role of neuraminidases. Histologic examination of the upper respiratory tract demonstrated that Spn stimulates mucus production in a neuraminidase-dependent manner. Thus, an increase production of mucus containing secretions appears to be balanced, in vivo , by decreased mucus binding. We postulate that through the combined activity of its neuraminidases, Spn evades mucus binding and mucociliary clearance, which is needed to counter neuraminidase-mediated stimulation of mucus secretions. Author Summary Streptococcus pneumoniae (Spn) is a leading mucosal pathogen, whose host interaction begins with colonization of the upper respiratory tract. While there has been extensive investigation into bacterial interaction with epithelial cells, there is little understanding of bacterial-mucus interactions. Our study used mucus of human and murine origin and a murine model of colonization to study mucus associations involving Spn. The main findings reveal i) the enzymatic activity of Spn’s neuraminidases (NanA and NanB) contribute to mucus evasion through removing terminal sialic acid, ii) the enzymatic activity of NanB controls expression of the main neuraminidase, NanA, and iii) Spn induces sialic acid containing mucus secretions in vivo in a neuraminidase-dependent manner. We postulate that during colonization, neuraminidase-dependent reduction in mucus binding enables evasion of mucociliary clearance, which is necessary to counter neuraminidase-mediated stimulation of mucus secretions. Thus, our study provides new insights into the role of Spn neuraminidases on colonization.

ABSTRACT Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is the 3 rd leading cause of cancer-death in the U.S.. Glycans, such as CA-19-9, are biomarkers of PDA and are emerging as important modulators of cancer phenotypes. Herein, we utilized a systems-based approach integrating glycomic analysis of human PDA and the well-established KC mouse model, with transcriptomic data to identify and probe the functional significance of aberrant glycosylation in pancreatic cancer. We observed both common and distinct patterns of glycosylation in pancreatic cancer across species. Common alterations included increased levels of α-2,3- and α-2,6-sialic acids, bisecting GlcNAc and poly-LacNAc. However, core fucose, which was increased in human PDAC, was not seen in the mouse, indicating that not all human glycomic changes can be modeled in the KC mouse. In silico a nalysis of bulk and single cell sequencing data identified ST6GAL1, which underlies α-2,6-sialic acid, as overexpressed in human PDA, concordant with histological data. Enzymes levels correlated with the stage of clinical disease. To test whether ST6GAL1 promotes pancreatic cancer we created a novel mouse in which a pancreas-specific genetic deletion of this enzyme overlays the KC mouse model. Analysis of our new model showed delayed cancer formation and a significant reduction in fibrosis. Our results highlight the importance of a strategic systems-approach to identifying glycans whose functions can be modeled in mouse, a crucial step in the development of therapeutics targeting glycosylation in pancreatic cancer. SIGNIFICANCE Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is the 3 rd leading cause of cancer-death in the U.S.. Glycosylation is emerging as an important modulator of cancer phenotype. Herein we use a systems-approach integrating glycomics of human PDA and a well-established PDA mouse model with transcriptomic data to identify ST6GAL1, the enzyme underlying α-2,6-sialic acid, as a potential cancer promoter. A pancreatic specific ST6GAL1 knockout in the KC mouse showed delayed cancer formation and a reduction in fibrosis. Our results highlight the importance of a strategic systems-approach to identifying glycans whose functions can be modeled in mouse, a crucial step in the development of therapeutics targeting glycosylation in pancreatic cancer.